氢是一种化学元素，元素符号H，在元素周期表中位于第一位。氢通常的单质形态是氢气，无色无味无臭，是一种极易燃烧的由双原子分子组成的气体，氢气也是已知最轻的气体。
在地球上和地球大气中只存在极稀少的游离状态氢。在地壳里，如果按质量计算，氢只占总质量的1%，而如果按原子百分数计算，则占17%。氢在自然界中分布很广，水便是氢的“仓库”——氢在水中的质量分数为11%；泥土中约有1.5%的氢；石油、天然气、动植物体也含氢。在空气中，氢气倒不多，约占总体积的一千万分之五。在整个宇宙中，按原子百分数来说，氢却是最多的元素。据研究，在太阳的大气中，按原子百分数计算，氢占81.75%。在宇宙空间中，氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约大100倍。
在简单的了解了氢的基本概念和分布状况后，我们再结合现状氢能源利用的实际状况来看看氢来自哪里最终又到哪里去，在这个过程中我们去思辨氢能源对碳中和的意义以及其和碳中和的关联，顺便也思辨整个能量转化的方式。
我们现状对氢的利用也是在大自然的范畴内的利用。大自然是指狭义的自然界。它是与人类社会相区别的物质世界，此物质世界是以自然的方式存在和变化着的，即自然科学所研究的无机界和有机界。自然界是客观存在的，它是人类和其它自然界的产物本身赖以生长的基础。水、空气、山脉、河流、微生物、植物、动物、地球、宇宙等等，都属于大自然的范畴。
结合开篇中氢的实际分布状况和我们现状可以利用的实际状况来看现状能被利用的氢基本是来自于水和石化、煤化工、天然气等。
我们不去讨论水解制氢的方式和工艺，仅从化学方程的角度去思辨。来自于水中的氢原则上就是利用外界的能量输入和催化使水分解成氢气和氧气。由于水的分子式中不存在碳元素，所以这个过程本身是不会有含碳化物（二氧化碳）的排放。但是外界输入的能量，比如再生能源光风水能、核能（热+电）、也或是传统的煤电等，这些能量的来源过程是否脱碳，才是这个路径氢气是否脱碳的本质。
众所众知，存在石化、煤化、天然气等中的氢基本大多数是以C-H键的方式存在的，当然也有少量比如H-O键，或者其他其他键合方式存在。在这个制氢氢的方式上为在外界能量的输入和催化的作用下断开C-H键，重新组合获得独立的氢气。但是伴随着C-H键的断裂，同样会有大量的碳化物等污染物的出现，最直接的就是碳化物、氮化物、硫化物等的排放，所以这个过程不仅有分解键合需要的能量来源问题还有环境有害物的排放问题。因为这个过程和水解制氢相比不仅有外界能量输入需求还多了有害气体的排放，所以我们就定义了这个过程的不环保性。当然随着CCUS的加入，我们也可以尽可能的降低和减少污染物的排放。
我们再看传统石化能源（广义的把煤炭天然气也含进去吧）的利用方式，一般对石化能源的直接利用就是各种燃烧，作为燃烧必然需要氧气，故从物质（元素）转化的角度看最终的产物仍然是他们和氧的结合物，既包含了水（H2O），也包含了碳、氮、硫等氧化物。但这个过程能量输出的量和仅利用氢气输出能量是完全不一样的。（下面内容会说明氢气的能量输出方式）。
从碳排放的角度看，这两个过程实际上都是有污染物出现的过程，只是为了降低碳排我们人工干预加入了CCUS的手段。从能量利用角度和最终排放来看唯一不同的在：
2.利用化石能源直接燃烧是事后脱碳过程（或无脱碳排放）。比如工业尾气的处理、现状从国1到国6的排放要求、甚至未来一段时间出现的零排放要求等等，这些都可归结为CCUS的手段或技术。
以上的差别仅在于在不同阶段进行CCUS的难易程度问题，也仅仅是技术可行性问题，但是两个过程对于能量利用的方式和结果是完全不同的，这里也值得我们思辨。
我们局限的看，把氢作为能量载体最直接的利用方式当下就是两种（先不讨论补足二氧化碳合成甲醇等等方式），一是直接燃烧产生热进行热力学做功、二是电化学产生电和热再进行做功利用。能量产生原理说明如下：
在分子量级上，氢气分子和氧气分子相互碰撞而引起反应，氢气分子被氧化成水并释放出热量。更明确地讲，在原子量级上，氢-氢原子键和氧-氧原子键在秒级以内被破坏，同时形成氢-氧原子键。这些原子键的破坏和形成是通过分子之间电子的传输实现的。生成物水结构的键合能低于初始的氢气和氧气的键合能，这一能量差以热量释放出来。这就是氢气燃烧产生能量的基本原理。当然最终的产物是水。
通过催化剂的方式，将氢气分离成质子和电子，然后利用电子从高能量的反应物结合键转向低能量的生成物结合键来直接从化学反应中产生电能。当结合键形成时，将释放能量。这就是氢气在燃料电池电化学反应中的基本原理。
基于电解水制氢这个路径。我们将水通过吸收能量加催化的方式生产了氢气，然后透过各种努力最终在释放氢气内能的同时我们又成功的将氢气变成了水。我们仔细思考这一过程的能量的转移和损耗，会有什么感想呢？
首先，我既是氢能源产业的从业者，也是坚定的支持者。
其次，无论基于广义石化（含煤、天然气等）还是水，通过能量吸收和催化得到了我们想要的氢气。这个氢气也仅仅是是把来自原本储氢物质（水、石化等）中的物质能量再加上吸收的能量总和中的一部分变成H-H键能暂时存储了起来，最终经过氢气燃烧或者电化学的方式又都变成了水，使其的能量进行释放，并对其中的部分能量进行了有效利用。显而易见氢气仅仅是一个能量转移的介质或者载体。
再次，整个能量转移过程是否脱碳取决于储氢物质本体是否含碳和外加能量输入的来源过程是否脱碳，而所有这些是在产生氢气之前的就要具备的，貌似和氢气本身没有多大关系。以物质元素形态转变的角度来看我们能考虑的只是在那个阶段去CCUS而已。制氢过程脱碳或者直接使用原一次能源后脱碳（CCUS）仅仅是技术手段的区别而已。
最后，从碳中和角度来看无疑来自可再生源源的能量输入基于水解是获得氢气的最佳途径，但这是以低成本使用再生能源本身具有的能量为代价和前提来成全氢气这个能量载体。
碳中和是国家战略，基于一次能源的基本面以及自然属性，我们尽己所能去寻找或制造各种清洁的二次能源或者能源载体，氢气只是其中一种形式，故我们绝不能把氢能源的利用等价于实现碳中和的战略目标的唯一途径，更不要去“神化”氢能源，否则就是一种捧杀！
原文始发于微信公众号（氢眼所见）：“氢”其一生~从哪里来又到哪里去？
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