19.氢能源
19.1引言
氢能源是燃料电池动力的基本燃料。但这是一种通俗的理解，严格的说，所谓氢燃料其实是一种能源载体。氢是宇宙中最丰富的化学元素，可以在太阳系的太阳、恒星和气体行星中找到。它自然存在于地球上，但数量不足以以具有成本竞争力的方式生产。在地球上，氢存在于与其他元素的化合物中，即碳基元素，如天然气或碳氢化合物（例如CH4）。因此它需要与其他元素分开。比如水也是氢的重要来源。作为化石燃料的原材料，水不依赖于地理，而化石燃料的地理分布并不均匀。“氢经济”是人类未来以氢取代化石燃料的愿景。
到目前为止，氢在能源生产中所占的份额并不大，但它在许多工业过程中被广泛用作化学品。比如在生产氨和甲醇以及精炼石油时，需要大量的氢气。在电子和冶金工业中也使用氢气。在航空航天工业中，液氢和氧被用作火箭的主要推进剂。现在认识到氢能系统与可再生能源兼容是未来能源安全和可持续发展的关键。把氢喂给燃料电池适用于生产清洁能源，效率高，环境影响小。很多发电厂为了减少二氧化碳排放，也把氢气与天然气一起引入燃气轮机燃烧器。
气候变化是一个严重的问题，这里旱那里涝的，时常有极端天气状况，这些我们是不是感觉越来越明显。在过去的年中，二氧化碳水平或多或少的持续上升对全球变暖现象做出了重大贡献。尽管气温多有波动，但同期全球平均气温还是有所上升。好歹在生产实践中发现了这么一个可以造出来烧，烧完了又干净的宝贝，可是这个东西既难储存又难输送，着实让人头疼。
氢气每公斤具有最高的HHV（较高的热值）。但对于尺寸有限的储罐和管道的实际应用，体积热值是气体燃料的更好衡量标准。我们知道克氢的能量含量与1千克汽油相同，但克氢的体积为3.升，而1千克汽油仅占1.3升。在任何压力下或以液态形式存在，与甲烷和其他碳氢化合物相比，氢气每单位体积的能量含量较低。这给氢的储存带来了很大的问题。
到目前为止，大部分氢（约95%）是由木材或煤炭、石油和天然气等化石燃料生产的。基本上有三种主要的制氢工艺。
(a)天然气重整是最常见的过程。由于使用高温蒸汽，因此该过程称为蒸汽甲烷重整。当天然气暴露于热和蒸汽中时，甲烷的碳原子分离，形成氢气和一氧化碳。随之而来的是所谓的气体变换反应，由此产生额外的氢气以及二氧化碳。如果这个过程与碳捕获和储存技术相结合，温室气体的产生就会受到限制。
(b)另一个过程是以木炭的形式气化生物质和木材。木炭基本上由碳和水组成。通过在高温(~1-C)的反应器中燃烧，木炭释放出气体，该气体被分离并重整为氢气和一氧化碳。如果生物质是来源，则碳足迹可以很低，因为该来源可以重新种植。
(c)用电电解水是另一种制氢工艺。通过电流，水被分解成氢气和氧气。电解过程目前被认为非常昂贵，但当前业界对此兴趣是巨大的，特别是如果电力由可再生能源产生，然后生产清洁或绿色的氢。
还存在其他生产氢气的方法。例如，通过光电解，通过应用浸没在水中的光化学电池，利用阳光将水分离成氢气和氧气。在所谓的热化学循环中，水被加热到-°C，从而水分子分裂以释放氢。一些微生物可以通过使用阳光的光合作用过程产生氢气。
19.2可歌可泣的故事
为了这个氢能源，人们可是绞尽了脑汁，很多事可歌可泣。听说过有个青年汽车吗？听说过“水氢车吗”？前几年可算是网红。《南阳日报》年5月23日头版“水氢发动机在南阳下线，市委书记点赞”的报道（如图57），于是喝水就能跑的汽车捷报吹拂大江南北，越洋而澈。
图57浙江青年汽车集团的“水氢发动机”故事及主人公庞青年
这个公司叫浙江金华青年汽车集团，老板叫庞青年，一个从自行车轮胎起家的豪华客车新秀，其与德国尼奥普兰汽车合作的“欧洲之星”豪华客车曾占到万以上的客车的约70%的份额，万以上客车市场的%。山东的朋友应该也不陌生，青年莲花轿车就是济南高新区给青年汽车投了4、5个亿仅上展会的产品。青年汽车为什么会打水氢发动机的主意？实际上从原理上说存在可行性，只是他们无知把问题想简单了。
我们说它为什么有可行性？前面几讲我们说了燃料电池发电的原理，我在这里就这个可行性再说一下。如图58所示。这是一个极其简单的H2-O2燃料电池发电示例。该装置由两个浸入硫酸（酸性水溶液电解质）中的铂电极组成。氢气在左侧电极上冒泡，按照公式H2←→2H++2e-分解为质子(H+)和电子。质子可以流过电解质（硫酸就像H+的“海洋”），但电子不能。相反，电子从左到右流过一条连接两个铂电极的电线。按照传统定义，产生的电流方向相反。当电子到达正电极时，它们会与质子重新结合并冒泡氧气，按照公式1/2O2+2H++2e-←→H2O生成水。水再分解出质子和电子，如此循环。如果沿电子路径引入负载（如灯泡），流动的电子将为负载提供功率，从而使灯泡发光。这个早在年WilliamGrove就弄明白了。
首先肯定的就是它肯定不是通过电解水来制氢气的，因为电解水所需要的能量是远超于氢氧反应所能产生出的能量的，如果是电解水制氢的话，那它就还需要额外的电源供应，所以显然水氢发动机并不可能是通过电解水制氢。有什么方法能从水里获得氢气？可能是水铝反应吧，铝在水中反应的产物是氢气和氢氧化铝。
图58简单的“水氢发动机”动力原理
当时庞青年表示，水氢燃料车的最大秘密是一种特殊催化剂，在这种特殊催化剂的作用下才能将水转换成氢气；最终实现青年水氢燃料车不加油，不充电，只加水，续航里程就能超过公里，轿车可达公里的惊人表现。我们看当时的情况，年，因青年莲花资产为23亿元，负债却高达30亿元，并不能清偿到期债务，最终正式破产。仅仅在青年莲花汽车宣告破产的一个月后，青年汽车就宣布全球首辆水氢燃料车正式下线。我在这里猜测一下，一定是一个融资吸金的骗局，你看看图57左下图“全球首辆水氢燃料车在青年诞生，光大金控财金资本有限公司设立50亿基金支持”是不是就明白了？当然还是有技术“帮凶”的，那就是**汽车工业学院的一些指鹿为马者。
我按照庞青年所说的“水氢发动机最大的秘密是一种特殊的催化剂”这个线索，把化学元素周期表扒拉一遍，能够产生氢气的东西都列在如图59中，差不多25种可以做催化剂的元素吧。图59中根据这些可以制氢的活性元素特性我们看到，钾、钡、锶、钙、钠、镁、铝、锰、锌这9种元素是不被氢还原的氧化物，而只有钾、钡、锶、钙、钠这5种元素添加到凉水中，就可以产生氢气和氢氧化物。那么他的这个“特殊催化剂”所含元素就在其中，比如说电解熔融氯化钾生成的金属钾（银白色的软金属）和金属钠。这2种东西添加在水中会产生氢气。
有人大体上估算过重卡行驶50-60公里需要1公斤氢气，他的车按他说的公里续驶里程计算，需要10公斤氢气。
如果他用金属钾，成本大约13-14万/吨，在足量水中，以2K+2H2O=2KOH+H2反应，1公斤金属钾可产生升氢气，约0.公斤。即得到0.公斤氢气的费用是-元。需要39公斤金属钾行驶公里花费0-5元。
他这个水氢发动机除了升水，还要在每个公里行程加39公斤金属钾。这还没有考虑为这个剧烈反应而做功的其它辅助设备的功耗。而且其排放是氢氧化物，也不是只排水。这样的发动机在实验室不计成本的演示一下还可以，面对如此剧烈的反应，没有缺胳膊少腿已经不错了，说明他的氢系安全装置也不简单。但量产的话显然是噱头。当然，也可能用少量的金属钾、金属钠，做一个可靠的反应室，用钾或者钠遇水剧烈反应的热，再去加热催化剂氢氧化钠，会产生如下过程的发电。即加热下的铝粉和水的化学反应是：2AI+6H2O=2AI(OH)3+3H2，这个反应太慢，需要催化剂NaOH，这样子会有：2AI+2NaOH+2H2O=2NaAIO2+3H2，这样危险系数大大降低。从原材料看，金属钾或钠用量极少，但铝的用量很大，产生能跑公里的氢气，差不多用近公斤铝。总之，这是一个民间科学探索，拿不到台面上来。但还是可歌可泣的。
图59按元素周期表找出的可产氢金属
19.3制氢
很多人担心氢气会爆炸，被形容为“氢弹”。的确氢气的这个特性造成了我们制氢容易，储氢运氢难的困难局面。储运氢气的危险范围是浓度4-74%，低于4%是安全的，高于74%只燃烧不爆炸。
氢气用于许多过程，例如，在所谓的哈伯过程中合成氨，制造乙醇(C2H5OH)和盐酸(HCl)，氢化油以生产人造酥油，作为冶金过程中的还原剂，以液体形式作为火箭和导弹的燃料，以及填充气球和研究大气层。氢气是一种无色无味的气体，无*、易燃，燃烧时会发出淡蓝色且几乎看不见的火焰。图60是氢气的性质。
图60在25°C(K)和大气压(mmHg)下氢气的某些化学、物理和热特性的选定值
氢气可以从煤、天然气、石油、生物质、氢化物和硫化物中提取。由于氢是一种二次能源或能量载体，它必须由一次能源生产。这些来源是化石、核能或可再生能源，可以从这些热能、电、生化或光子形式的能源中产生，这些能源又可用于各种生产氢气的过程。我将描述一些生产氢气的过程。
19.3.1蒸汽重整
当液态或气态化石燃料转化为氢气时，重整就是发生的过程。这个过程涉及许多复杂的反应。蒸汽重整是与水蒸汽反应的烃的强吸热转化。反应过程如图61。
图61蒸汽重整化学反应过程
在实践中使用更高的压力，然后需要基于镍的催化剂来增强反应和固体碳的形成，因为在高压下很难实现完全转化。高温还可能导致烃的热裂化。然后可能会发生催化剂中*，反应会受到阻碍，从而导致温度升高。通过在高H2O/C比和轻烃下操作，可以避免形成固体碳。
如果在蒸汽重整过程中引入H2O和O2，就会发生所谓的自动重整。如图62。
然后反应采取以下形式：
图62蒸汽自动重整的化学过程
该工艺需要纯氧（生产成本也高），但能效高。
19.3.2煤炭和生物质气化
气化是将生物质、固体废物或煤等固体燃料转化为所谓的合成气（合成气）的过程。这种过程包括各种类型的反应，这些反应可能是均相的、非均相的、吸热的和放热的。常见的反应物是水和氧气，但可以使用空气，但会降低效率，并且会因加热氮气而发生损失。为了煤的完全转化，需要高温和适当的O2/C和H2O/C比例，否则产生的合成气中会出现甲烷CH4。由于大多数反应是非均相的，化学反应动力学和热力学会影响该过程，并且反应物向固体表面的转移速度也具有重要作用。
气化器配置为固定床、移动床或流化床或夹带流。床配置具有反应物的高停留时间并且可以在低温下操作。效率很高，但合成气中甲烷和其他碳氢化合物的含量可能很高。对于流化床气化器，反应物以粉状形式供应，它们在反应器中停留的时间很短，因此需要高温。流化床气化炉的能效低于其他气化炉。
关于生物质，这可能具有高或低的水分含量。对于高水分含量，生物质必须在气化过程之前干燥。对于低水分含量（通常低于重量的35%），可以使用蒸汽从生物质中提取氢气。通过使用超临界蒸汽气化，无论水分含量如何，生物质都可以转化为氢气。
19.3.3水的电解
电解现在通常被认为是从可再生能源生产氢气的一种有前途的选择。电解是将电能转化为化学能的过程。在水的电解中，水的氧化还原反应是通过使用直流电发生的。整个反应意味着水分解成氢气和氧气，化学过程：H2O→H2+1/2O2。
反应在水分解成离子的过程中进行。水主要由未解离的水分子组成，而5.5亿个分子中只有一个被解离为H3O+和OH-离子。由于水的自动电离，这些离子的浓度太低而无法在水中建立电荷。因此必须使用溶解在水中的电解质。这种电解质可以是酸或离解盐。典型的物质是使水具有导电性的NaSO4、NaOH或H2SO4。使用浸入电解液中的两个多孔电极，并将它们连接到外部电源。电极可能镀有一些贵金属作为催化剂。
在电极上发生的半反应取决于电解质。如果使用NaSO4，则为双极性分子H2O；Na+和SO4-离子在任何反应发生之前就存在于溶液中。随着反应开始出现电荷迁移。阴极带负电，正的Na+离子迁移到该电极，水被还原。阳极带正电，这里发现负SO4-离子，水被氧化。半反应如图63。
图63电解水制氢的化学过程
用于将水分解成氢气和氧气的装置称为电解槽。这些装置的大小范围从非常适合小型分布式氢气生产的小型家电设备到可能直接与可再生或其他绿色电力生产相关联的大型中央生产工厂。现在人们对聚合物电解质膜(PEM)电解槽非常感兴趣。其中，电解质是塑料材料的固体。水在阳极反应形成氧和带正电的氢离子。电子通过外部电路提供，氢离子穿过膜到达阴极。在阴极氢离子与来自外部电路的电子结合形成氢气。阳极反应与阴极反应见图63。其工作温度范围为70-90°C。
图64电解槽中的组件
使用氢氧化钠或氢氧化钾的液体碱性溶液的电解槽已在商业上使用多年。这些所谓的碱性电解槽通过将氢氧根离子(OH-)从阴极通过电解质传输到阳极而运行，同时在阴极侧产生氢气。碱性电解槽的工作温度在-℃范围内。
固体氧化物电解槽使用固体陶瓷材料作为电解质。电解质在升高的温度下传导带负电的氧离子O2-。在阴极水与来自外部电路的电子结合形成氢气并使氧离子带负电。这些离子穿过固体陶瓷电解质并在阳极反应形成氧气并为外电路产生电子。工作温度在-℃的范围内，以便膜或电解质正常工作。固体氧化物电解槽可以使用来自各种来源的热量，然后可以减少所需的电能。
图64和65提供了电解槽的原理草图。
图65电解槽制氢的化学过程
19.3.4热化学水分解和热解
热解和热化学水分解是由热能驱动的从水中制氢的方法。
热解是由水解离组成的单步反应，需要高于2K的高温能源。这是获得足够解离度和提供避免获得爆炸性混合物的有效方法所必需的。由于温度如此之高，这个过程对材料提出了严格的要求。
另一方面，热化学分解涉及在循环中进行的一系列化学反应，并且水被分解为氢和氧。主要优点是通常不需要催化剂，不需要用于分离氢和氧的膜。操作温度范围K至1K。较高的温度需要较少的热化学水分解循环次数。热化学水分解可以通过电能辅助，然后称为混合循环。
19.3.5光电化学分解水
水的光电化学分解是水分子被光子分解的化学反应。当光子与目标水分子相互作用时就会发生反应。如果光子具有足够的能量，它可能会影响化合物的化学键。电磁波，例如紫外线、X射线和伽马射线，它们由波长较短的高能量光子组成，参与此类反应。光解是众所周知的光合作用的一部分。反应过程如图66所示。
图66光化学制氢过程
19.3.6热催化裂化
另一种制氢方法是所谓的热催化裂化。这种方法通常需要催化剂。在热催化裂化中，发生与蒸汽重整相同的反应，产生固体碳作为产物。过程如图67。
氧化热裂解是一种可以在金属上进行循环氧化还原反应的过程，并且可以回收固体碳。对于氧化铁，这些反应需要高于°C的温度。
图67热催化裂解制氢过程
图68中总结了一些制氢方法，并提供了过程和状态。
图69主要制氢过程总结
19.4氢气的储存
前面说了了各种生产氢气的方法。这里说的重点是如何储存产生的氢气。氢气很难储存，因为它的体积能量密度非常低。为了使氢气对运输部门有用，需要使其能量密度更高。基本上分为物理储存和材料储存。物理储存分为压缩、低温和低温压缩。材料储存主要化学储存和金属材料储存。以下分别说明。
19.4.1压缩气体
在机械存储方法中，气体压缩是最常用的方法，因为它代表了一项众所周知的技术，并且车辆和基础设施方面的成本都是已知的。但压缩到80MPa的氢气在能量含量相同的情况下占据的体积是汽油的三倍。氢气的物理特性使其成为所有气体中最难压缩的，因此将氢气压缩到如此高的压力是一项挑战。可以估计，理想的单级压缩机就要消耗掉相当于氢气中化学能的16%的能量。带中冷器的多级压缩机可将所需能量降低至约12%。用于氢气罐的材料必须重量轻、价格低廉并且能够满足应变、应力和安全的要求。而且热导率必须足够高以在填充过程中散发热量。最初，使用铝，但它不够坚固且不够安全。目前常用的氢罐有两种：
(A)包含带有全复合外包装的金属内衬，通常为铝制，带有碳纤维复合材料。这从技术角度来看是最优的，但由于成本，该技术令人望而却步。
(B)含有碳纤维增强聚合物(CFRP)。这是最常用的技术（如丰田Mirai燃料汽车）。该技术的主要问题是纤维复合材料的成本，它在压缩气体系统的成本中占主导地位，但组装成本也不低。
实施这项技术的另一个问题是公众的接受度和基础设施的发展。储存高压气体的一种选择是使用子结构作为毛细管或微球。另一种方法是使用内部骨架来抵抗压缩气体的膨胀力。在制造过程和长期系统耐用性得到改进之前这个比较难。需要强调的是当前技术无法满足DOE（美国能源部）的所有要求（重量、体积、成本）。
19.4.2低温储存
低温储存通过液化氢气来增加体积密度，但对于相同的能量含量，液态或低温氢气的体积仍然是汽油的3倍。如果在1个大气压下储存，则必须保持低于其沸点(20K)。达到要求的温度也是一项技术挑战，必须使用特殊的气瓶来避免热量侵入。用于此目的的原始气瓶是金属双壁容器。内容器具有由几层金属玻璃棉组成的多层绝热层，并且在内外容器之间的空间中产生真空（称为真空超绝热层）。近年来，出于安全原因，增加了安全泄压阀。氢气液化的优点是低温氢气罐要轻得多。
由于多种原因，低温技术并不经常使用。首先大约35%的燃料能量用于将流体转化为液态（比压缩它所需的能量多3倍）。其次是由于氢气蒸发，即使使用高绝缘的储罐，低温氢气也会蒸发。第三，随着从环境中吸收热量，低温氢气压力迅速增加。因此有必要每3到5天给气瓶排气一次。在车辆使用过程中，通常会观察到H2由于吸热而加压。
由于这些问题，最近几年对储存机械氢的研究已转向低温压缩的H2。
19.4.3低温压缩存储
低温压缩液态H2结合了压缩和低温储存。这包括加压液态氢、冷却压缩氢气和两相系统。
19.4.3.1压缩液氢
这种类型的存储是首选，因为罐可以在更高的温度下通风。当罐体温度等于环境温度时，排气停止。发生这种情况时，罐内压力保持不变，使H2密度达到低温氢气初始值的30%。这有利于储存，并使储罐在休眠期间更安全。
与其他机械式H2储存容器相比，放置在丰田普锐斯燃料汽车并以低温氢气为燃料的低温压力容器显示出最长的未加燃料行驶距离和最长的保持时间，而没有蒸发损失。一般来说，与压缩罐相比，压缩液体储存在DOE目标要求方面具有更好的结果，因此是最有前途的技术之一。
19.4.3.2压缩低温气体
冷却压缩氢气意味着增加储气罐中的密度和储存更多的气体。该系统通常用液氮冷却至77K，与非冷却氢气相比，体积容量增加了3倍。已经发现在室温下将4.1kg氢气储存在L中需要个大气压的压力，由于隔热，需要更大更重的储罐。新的研究结果表明，在罐中添加吸附剂进一步降低了存储压力。如果罐中装有超级活性炭颗粒，则只需要59个大气压。
19.4.4化学品储存
由于高压储存和液态H2不能完全满足DOE安全廉价的车载汽车应用目标要求，因此在化学储氢领域开展了研究。化学储存技术利用化学反应产生氢气。化学储存的核心思想是利用物质作为氢载体。当氢气被释放时，载体被再生并且可以再循环。发现以下物质可用于储氢：氨(NH3)、金属氢化物(MH)、化学氢化物、液态有机氢载体(LOHC)、碳水化合物、合成烃。以下简要说明。
19.4.4.1氨（NH3）
氨是世界上生产和使用最多的化学品之一。因此NH3的处理是业界众所周知的，并且由于基础设施已经存在，氨对于储氢很有吸引力。根据美国能源部的说法，纯氨在室温下的蒸气压为0.9MPa，因此可以很容易地储存在具有成本效益的压力罐中。此外氨的氢气重量比例大(17.65%)使体积H2密度成为液态氢密度的4.5倍。
另一个优点是氨可以与现有燃料混合而高效燃烧。纯NH3的燃烧没有CO2排放。但对于从氨释放H2的过程，需要高能量消耗。此外氨是一种有*气体，车辆的安全储存程序仍有待商榷。
19.4.4.2金属氢化物
金属氢化物在中等温度和压力下具有可逆吸氢能力。因此氢在金属晶格中实现。H2和金属或合金可逆地反应生成金属氢化物。图70展示了如何在金属晶格中实现氢的想法。由于强结合，从载体中释放氢需要-℃的温度。由于金属氢化物具有高容量存储容量，因此它们被考虑用于车载应用。
金属水合的两种方式是可能的。在第一种情况下，氢通过化学吸附直接离解在金属表面(M)上。在第二种情况下，水被电化学分解，如图70。
图70金属氧化物储氢
锂(Li)、镁(Mg)、钠(Na)、铍(Be)、硼(B)和铝(Al)是引起研究人员兴趣的轻金属，因为它们可形成多种金属-氢配合物。特别是LiBH4、MgH2和Mg2NiH4是有希望作为H2载体的候选者，因为它们的氢密度相对较高。镁基氢化物如Mg2NiH4的氢容量可达7.6wt%（wt%：重量质量百分比）。此外，Mg2NiH4在成本效率、重量轻、*性低和足够的结合能力方面具有优势。总之金属氢化物具有良好的容积容量，适用于车载应用。
尽管金属氢化物的理论特性不错，但实际使用中的问题仍然存在，如缓慢的动力学是必须克服的障碍，以确保为车载应用提供足够的充电和释放过程。此外在充电过程中需要进行热管理，释放H2所需的温度相对较高。
19.4.4.3化学氢化物
与金属氢化物相比，化学氢化物的H2存储容量在6至8wt%之间，并在中等操作温度下带来更高的能量密度。重要的氢化物是氨硼烷和硼氢化物。例如，硼氢化钠(NaBH4)使用水解反应NaBH4+2H2→NaBO2+4H2达到10.8wt%的理论容量。
19.4.4.3.1氢在硼氢化钠动力球中的储存
可以使用加热氢氧化钠(NaOH)产生的硼氢化钠(NaBH4)来储存氢气。当NaBH4与水反应时，会产生氢气。NaBH4可以形成球状或丸状。NaBH4和H2O反应的剩余产物称为硼砂NaBO2。硼砂可以交换和重新充氢。硼砂大量存在于干涸的咸水湖中。NaBH4不具有爆炸性，也没有火灾风险。它可以在大气压下储存。储存容量估计为4.3wt%的氢气，密度为47kg/m3。
19.4.4.4液态有机氢载体（LOHC）
LOHC提供5-8wt%的氢容量，并且可以在中等温度下充电和放电。可能的液态有机氢载体主要是环烷烃、N-杂环和甲酸(HCOOH)。由于使用Rh和Ru基催化剂的水煤气变换反应，甲酸的优点是在制氢过程中不释放一氧化碳。甲酸*性低，易于运输和储存，氢含量为4.4wt%。图71显示了一个催化系统的循环示意图，其中HCOOH分解为H2和CO2并逆转。
图71用于将甲酸分解为H2和CO2的均相催化系统的示意图
19.4.4.5碳水化合物
碳水化合物是世界上最常见的可再生生物资源。它们具有高H2密度（高达14.8wt%）的优点，并且可以以液体或固体粉末的形式储存。由于其低反应性，使用碳水化合物作为H2载体具有很高的安全性。
19.4.4.6物理吸附和碳基材料
具有金属有机骨架(MOF)的高表面积吸附剂可以通过物理吸附来储存氢气。H2分子通过范德华力吸附在MOF的内表面。由于材料的高孔隙率和高表面积(~m2/g)，H2容量可能达到7.5wt%左右。
碳基材料，例如富勒烯、碳纳米管(CNT)和石墨烯，具有高表面积的特征纳米结构，可实现良好的吸附和解吸行为。
图72提供了各种储存氢气的方法的比较。优点和缺点都有介绍。
图种储存氢气的方法的比较。优点和缺点
19.5氢的运输
从氢气生产现场到最终用户的燃料分配系统的成本和安全性被认为是建立未来氢经济的基本障碍。氢气可以作为加压气体或低温液体运输。它也可以结合在吸收金属合金基质中或吸附在基材上或基材中或以化学前体形式运输，例如锂、金属钠或化学氢化物。
支持氢燃料电池汽车所需的氢气生产、运输和配送基础设施类型与车辆上使用的氢形式直接相关。无论分子氢是集中生产还是本地生产，运输、配送和储存都需要解决几个技术、成本和安全问题。
近年来，人们注意到抵御恐怖袭击的能力已成为任何类型基础设施系统的主要标准。无论是在管道中，作为低温液体还是作为容器中的加压气体，分子氢都难以运输。这是因为按重量计算，氢的能量含量大约是汽油的三倍，而按体积计算，情况正好相反，但根据初始压力将氢气压缩到几乎35MPa所需的电能是其能量含量的4-8%。液化氢并储存它需要大约30-40%的能量含量。
分子氢的集中生产在到达消费者的途中需要一系列的储存设施。还需要能够适应需求波动和短期停电。无论氢气是作为加压气体还是液态氢储存，都需要在填充设施和可能的二级区域分配地点进行本地储存。对于液态氢的本地存储，需要绝缘罐。对于加压氢气容器是需要的。对于邻近或在城市地区的本地氢气生产，将需要新的安全和规范问题。
除了使用加压气体和低温液体外，还有其他运输和储存分子氢的方法。这些可能包括在金属合金或其他基材中的加压吸收。然而，这些装置都不适用于从集中生产场所装运或运输，因为与低温液态氢和管道输送的氢相比，它们在重量或体积基础上效率低下。然而，这些可用于本地存储或车载车辆存储。
19.6氢的利弊
前面所述氢是地球上最基本的成分。氢不能直接在地球上获得，但可以在清洁过程中生产，例如通过电解将氢与水分离。简单的小分子可以帮助为许多物品提供动力，因此它正在成为替代和可再生能源世界中重要的能源载体。氢是一种清洁能源燃料，因为它只有水和热作为副产品。然而，氢有一些优点和缺点，这里将简要介绍一下。
19.6.1氢能的优点
A.氢是可再生且丰富的。但需要一些努力才能获得，但宇宙中没有其他成分像氢一样取之不尽。因此，原则上不应有耗尽的风险。
B.氢气是一种清洁燃料。如果它作为燃料燃烧，它基本上不会留下破坏性的副作用。副产品水可以被提供干净，然后变得可以饮用。
C.氢是无*的，这使它与许多其他燃料来源相比是独一无二的。
D.氢通常比化石燃料更强大。它已被证明可以有效地驱动宇宙飞船并且比其他燃料更安全。事实上，氢气的功率和用途是天然气和类似化石燃料的3倍。
E.使用氢气的燃料转化效率高于其他燃料。因此，对于使用氢燃料的车辆，行驶距离可以比使用相同量的常规汽油的车辆更长。
19.6.2氢能的缺点
A.氢气目前是一种昂贵的燃料，在任何地方都不容易得到。
B.如上所述，氢的运输很棘手，而且不容易以聪明的方式进行。相比之下，石油通常通过管道进行长距离运输，而煤炭则可以通过自卸卡车运输。
C.目前全球氢燃料站的数量非常少，但很可能会逐渐增加。
D.储存是氢的另一个问题，氢气的密度比汽油低得多，因此必须在低温下以液态或压缩气体的形式储存。这使氢的运输和广泛使用的可行性变得复杂。
E.氢气的安全性也是一个