氢气应用

绿氢

通过电解水产生。所需电力来自太阳能、风能或水能等可再生能源。因此，生产过程不产生二氧化碳，对气候友好。

灰氢

通过化石燃料（如天然气、煤或石油）通过蒸汽转化产生。生产一吨氢气会产生 10 吨二氧化碳废气。不符合碳中和目标。

蓝氢

与灰氢一样，也是通过蒸汽转化生产的。不过，释放出的二氧化碳被储存在地下（CCS 技术：碳捕获与储存）。由于二氧化碳不会释放到大气中，因此蓝氢是碳中和的。

蓝绿氢

通过甲烷热解产生。天然气（甲烷）在热化学过程中被分解成氢和固体碳。固体碳可以作为颗粒储存起来，供以后再利用。

红氢/粉氢

与绿氢一样，也是通过电解产生的。不过，所需的电力来自核能。虽然这种氢气是碳中和的，但会产生放射性废料，必须安全储存。

制氢技术有很多。如今，主要通过对化石燃料进行蒸汽转化来获得，该过程还会产生二氧化碳。电解法则因其气候中和的特性而变得越来越重要。在此过程中，利用可再生能源发电，将水分成氢和氧两种成分。

工业中最重要的电解类型是碱性电解 (ALK)、质子交换膜电解 (PEM) 和固体氧化物电解 (SOEC)。在所有工艺中，水都被分成氢和氧两种成分。这些技术在膜和电解质的选择上有所不同。

碱性电解 (ALK)

碱性电解是实践中最常用的技术。使用氢氧化钾溶液 (KOH) 作为电解质。这项技术已经可以大规模应用。除了投资成本低、使用寿命长的优势之外，几乎不使用任何特殊原材料。但最大的缺点是对负载变化的动态响应较低。

质子交换膜电解 (PEMEC)

与碱性电解法相比，质子交换膜电解法出现的较晚，但也可用于工业规模。质子交换膜是其核心部件。它可确保氧气和氢气这两种产物不会混合，从而提高氢气纯度。PEM 电解可快速适应负载变化且设计紧凑。但另一方面，催化剂材料价格昂贵。

固体氧化物或高温电解 (SOEC)

水以水蒸气的形式进入系统。因此，可实现最高 85% 的高效率。电解池的工作温度高达 900°C。使用固体陶瓷材料作为电解质。SOEC 的另一个优点是，它也适用于一氧化碳电解生产合成气。然而，高温会导致负载变化能力低，并且对材料的要求高。

储氢技术有很多种。基于物理的储罐具有较高的重力和体积能量密度。基于材料的储罐可在压力和温度可控的条件下进行存储。最常见的两种技术是在高达 700 bar 的压力下储存气态氢，以及在 -253 °C 的温度下在真空隔热罐中储存液态氢。其他技术包括金属氢化物储存、LOHC 或化学存储，如氨或甲醇。

氢气可用于多种行业。其中工业领域的需求量最大，因为氢气的化学特性决定了工业领域对氢气的需求。可能的应用包括生产氨和甲醇，或生产钢铁和水泥。预计汽车领域的需求也非常高。在无法用电池替代的情况下（即在高负载和远距离行驶时），就会使用氢气。这些应用包括航空航天、航海以及运输部门。

氢只有一个质子和一个电子。因此，它是体积最小、重量最轻的元素，这也是它在各种材料中扩散速度极快的原因。根据基体材料、压力、温度和暴露时间的不同，这可能会导致氢脆，从而使部件过早疲劳。为确保管道的密封性和安全性，必须为应用选择正确的材料和正确的组件规划。

碳含量低、镍含量高的高合金奥氏体铬镍钢最适合氢气应用。低碳高镍使这些钢材具有很强的抗晶间腐蚀能力，并能在很大程度上防止氢脆。

氢脆是指氢原子在材料晶格结构中的渗透和结合。这会导致材料韧性降低，从而过早形成裂纹而产生疲劳，或大大加速裂纹扩展，使材料突然失效。氢脆与材料、压力、温度和许多其他影响因素密切相关。