日前，我國首個1噸級別混動傾轉(zhuǎn)翼eVTOL（電動垂直起降無人機(jī)）搭載液態(tài)氫能燃料電池的飛行驗證順利完成。此次飛行驗證是全球首架噸級氫能混動傾轉(zhuǎn)翼eVTOL試飛，也是大型風(fēng)冷燃料電池系統(tǒng)在大型飛機(jī)上的首次實證案例，同時還是我國首架以液氫作為燃料的大型eVTOL應(yīng)用。

        據(jù)研究，氫氣的熱值是常見燃料中最高的，為142千焦/克，大約是石油的3倍、煤炭的4.5倍。這意味著如果消耗相同質(zhì)量的燃料，氫氣所提供的能量最高，是現(xiàn)有化石燃料的理想替代品。液氫在未來eVTOL市場競爭中具有很大優(yōu)勢。

        從氣態(tài)到液態(tài)，液氫的制備需要經(jīng)歷四大嚴(yán)苛步驟

        從氣態(tài)到液態(tài)，液氫的制備是一場跨越250攝氏度溫差的精密工程。氫氣成功液化后需將其儲存在專門設(shè)計的多層絕熱真空容器中

        液氫，是氫氣在極低溫度下液化的產(chǎn)物。常態(tài)氫氣密度極低，為0.0899千克/立方米，直接儲存和運輸效率低。通過低溫液化至零下252.78攝氏度后，液氫密度躍升至70.85千克/立方米（大約為水的1/14），其能量密度卻是鋰電池的120倍。這種“輕如鴻毛、力若千鈞”的特性，使其既能推動百噸火箭掙脫地心引力，又能驅(qū)動汽車實現(xiàn)零污染長續(xù)航。

        從氣態(tài)到液態(tài)，液氫的制備是一場跨越250攝氏度溫差的精密工程，需要經(jīng)歷四大嚴(yán)苛步驟。

        氣體收集與凈化。氫氣的來源多種多樣，常見的制氫方法包括電解水、蒸汽重整、生物質(zhì)氣化和煤氣化等。電解水是利用電能將水分解為氫氣和氧氣，這種方法制得的氫氣純度高，但能耗較大；蒸汽重整則是利用高溫蒸汽將天然氣中的甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳，成本相對較低，是目前工業(yè)上主要的制氫方法之一；生物質(zhì)氣化和煤氣化分別通過熱解或氣化生物質(zhì)、煤來生產(chǎn)氫氣，這些方法可以充分利用廢棄物和煤炭資源，具有一定的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)價值。在收集到氫氣后，還需要對其進(jìn)行凈化處理，以去除其中的雜質(zhì)，如水分、一氧化碳、二氧化碳等，確保氫氣的純度符合后續(xù)液化的要求。

        多級壓縮。為減少液化過程能耗，氫氣需進(jìn)行分階段壓縮。在一些大型的液氫生產(chǎn)裝置中，氫氣會先被壓縮為20~30兆帕，再進(jìn)入后續(xù)的冷卻環(huán)節(jié)。壓縮本身并不能使氫氣液化，卻是整個液化過程中不可或缺的一步，為后續(xù)的冷卻和液化奠定了基礎(chǔ)。

        深度冷卻與液化。液化的核心在于構(gòu)建逐級降溫的“低溫階梯”：冷卻到低溫是液體制取的關(guān)鍵步驟，需要專門的冷卻設(shè)備和復(fù)雜的制冷技術(shù)來實現(xiàn)這一目標(biāo)。在實際操作中，通常會采用壓縮機(jī)和熱交換器來逐步降低氫氣的溫度。首先，利用液氮等冷媒對氫氣進(jìn)行預(yù)冷，將其溫度降為約80開爾文溫度（熱力學(xué)溫度），接著，通過膨脹機(jī)進(jìn)一步冷卻至30開爾文溫度，最后，通過節(jié)流閥膨脹冷卻至20開爾文溫度并實現(xiàn)冷凝液化，最終完成氣液相變。

        低溫儲存。氫氣成功液化后需將其儲存在專門設(shè)計的多層絕熱真空容器中。這些儲罐不僅要能夠保持氫氣所需的低溫環(huán)境，防止其蒸發(fā)，而且要具備良好的密封性，防止氫氣泄漏。低溫儲罐通常采用高真空的絕熱容器，雙層壁之間除了保持真空，還會放置薄鋁箔來防止輻射，以最大限度地減少熱量的傳遞。

        液氫成為連接當(dāng)下與未來能源轉(zhuǎn)型的核心紐帶，在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景

        液氫具有低密度高能量的特性，在一些對能量需求較高的領(lǐng)域，如航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域，具有巨大的優(yōu)勢

        液氫的多重特性決定了其前途不可估量，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

        液氫具有低密度高能量的特性。這使得液氫在一些對能量需求較高的領(lǐng)域，如航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域，具有巨大的優(yōu)勢。

        液氫具有超低溫的特性。液氫的臨界值是零下252.78攝氏度，這種超低溫特性為液氫在一些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能，如在超導(dǎo)技術(shù)中，液氫可以作為冷卻劑，為超導(dǎo)材料提供所需的低溫環(huán)境，使其展現(xiàn)出超導(dǎo)性能。

        液氫具有零碳燃燒的特性。液氫與氧氣反應(yīng)僅生成水，無二氧化碳、硫化物或顆粒物排放。在全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)日益重視的今天，液氫作為一種清潔能源，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。在分布式能源系統(tǒng)中，液氫可以與燃料電池結(jié)合，為家庭、商業(yè)建筑等提供電力和熱能，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。

        液氫不僅是宇宙中最簡單、最豐富的元素（占宇宙物質(zhì)總量的75%），更憑借其高能量密度與零碳排放特性，成為連接當(dāng)下與未來能源轉(zhuǎn)型的核心紐帶，在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

        在航天領(lǐng)域，液氫作為高能低溫燃料，與液氧配對時能產(chǎn)生高比沖，是運載火箭的重要燃料之一。自1967年“土星五號”火箭搭載J-2液氫發(fā)動機(jī)實現(xiàn)登月，液氫便成為航天工業(yè)的“血液”。我國長征五號火箭的YF-77氫氧發(fā)動機(jī)，液氫占比達(dá)90%，單臺推力70噸，助力天問一號登陸火星，推動我國航天事業(yè)不斷邁向新的高度。

        在交通領(lǐng)域，液氫作為一種清潔能源，正逐漸展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢和巨大的潛力，尤其是在氫燃料電池汽車中的應(yīng)用，為解決傳統(tǒng)燃油汽車帶來的環(huán)境污染和能源短缺問題提供了新的思路。在氫燃料電池汽車中，液氫被用作燃料，通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，為車輛提供動力。與傳統(tǒng)燃油汽車相比，液氫驅(qū)動的氫燃料電池汽車具有諸多優(yōu)勢。液氫的能量密度高，能夠為車輛提供更長的續(xù)航里程。例如，豐田的Mirai氫燃料電池汽車，一次加滿液氫，續(xù)航里程可在650公里以上，能滿足大多數(shù)消費者的日常出行和長途旅行需求。

        在工業(yè)領(lǐng)域，液氫同樣發(fā)揮著不可或缺的重要作用，廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體、冶金、鋼鐵等工業(yè)。

        在電子工業(yè)和半導(dǎo)體制造中，液氫主要用作保護(hù)氣和還原劑。在半導(dǎo)體芯片的制造過程中，需要使用高純度的氫氣來保護(hù)硅片表面，防止其被氧化和污染。

        在冶金工業(yè)中，液氫的應(yīng)用為實現(xiàn)綠色冶金提供了新的途徑。在傳統(tǒng)的冶金過程中，通常使用煤炭或焦炭作為還原劑，這會產(chǎn)生大量的二氧化碳等溫室氣體排放。使用液氫作為還原劑可顯著減少碳排放，實現(xiàn)近零排放的綠色冶金。

        在鋼鐵生產(chǎn)中，氫氣可以替代傳統(tǒng)的焦炭與鐵礦石發(fā)生反應(yīng)，將鐵從礦石中還原出來。這種氫氣直接還原鐵（DRI）的工藝不僅能減少二氧化碳排放，而且能提高鋼鐵的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。使用液氫還可以降低冶金過程中的能耗，提高能源利用效率。由于液氫的能量密度高，在反應(yīng)過程中能提供更多的能量，使得冶金反應(yīng)更加充分和高效。

        液氫產(chǎn)業(yè)迎來快速發(fā)展的黃金期

        2030年，全球液氫市場規(guī)模預(yù)計達(dá)到120億美元，復(fù)合年增長率約為14%。這一增長趨勢反映了液氫在能源領(lǐng)域的重要性日益凸顯，以及各國對其發(fā)展的高度重視

        近年來，隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨蟛粩嘣鲩L及氫能源技術(shù)的逐漸進(jìn)步，液氫產(chǎn)業(yè)迎來快速發(fā)展的黃金期。

        截至2022年底，全球液氫市場規(guī)模達(dá)到40億美元，預(yù)計到2030年將達(dá)到120億美元，復(fù)合年增長率約為14%。這一增長趨勢反映了液氫在能源領(lǐng)域的重要性日益凸顯，以及各國對其發(fā)展的高度重視。

        美國是全球最大的液氫生產(chǎn)國，液氫產(chǎn)能326噸/日（占全球67%），廣泛應(yīng)用于航天、電子、化工、冶金等領(lǐng)域，在交通領(lǐng)域也得到了一定程度的應(yīng)用。在亞洲，日本的液氫技術(shù)發(fā)展迅速，在儲存、運輸和應(yīng)用等方面取得了多項突破，建成全球首個液氫進(jìn)口碼頭（神戶），日本積極開展液氫的國際合作，進(jìn)行了從澳大利亞到日本神戶之間約9000千米液化氫運輸試驗，探索了液氫的長距離運輸和大規(guī)模應(yīng)用。

        我國的液氫技術(shù)起步相對較晚，1956年，中科院物理所低溫實驗室第一次制得液氫，這是我國液態(tài)儲氫技術(shù)的重要起步。1960年，中科院物理所又完成了第一套小型氫液化裝置試驗，此后較長的一段時間里，由于我國液氫產(chǎn)能較低且成本過高，主要集中應(yīng)用于航空領(lǐng)域，民用領(lǐng)域基本處于空白狀態(tài)。

        近年來，隨著我國對清潔能源的大力支持和氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，液氫技術(shù)取得了顯著突破，液氫產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。

        在技術(shù)研發(fā)方面：2021年，航天科技集團(tuán)六院101所研制的我國首套氫液化系統(tǒng)調(diào)試成功；2021年，我國首座液氫油電綜合供能服務(wù)站浙江石油虹光（櫻花）液氫油電綜合供能服務(wù)站竣工，為氫燃料電池汽車的推廣提供了基礎(chǔ)設(shè)施支持；2024年，中科院理化所研制的國內(nèi)首套5噸/日級大型氫液化系統(tǒng)在北京滿負(fù)荷測試調(diào)試成功。

        我國液氫產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中充分發(fā)揮了政策支持和市場需求驅(qū)動的優(yōu)勢。國家出臺了一系列政策鼓勵液氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃》等，為液氫技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局和市場推廣提供了政策保障；2022年《氫能中長期規(guī)劃》明確“液氫民用化”路徑，成都試點液氫儲運，佛山建設(shè)“氫能世界”產(chǎn)業(yè)園，支持液氫項目的建設(shè)和發(fā)展，促進(jìn)液氫產(chǎn)業(yè)鏈的完善，為液氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的市場空間。

        從航天器尾焰的璀璨到城市公路的靜謐，液氫正將人類對清潔能源的想象變?yōu)楝F(xiàn)實。液氫作為一種清潔能源，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。盡管橫亙在前的有技術(shù)高山和成本鴻溝，但每一次透平機(jī)的轟鳴、每一座加氫站的落成，都在為這場能源革命注入動力。相信在不久的將來，液氫將在全球能源格局中占據(jù)重要地位，為人類創(chuàng)造一個更加清潔、美好的未來。