【特别关注】新技术带来绿色氢气
作者：Ken Rudisuela，来自国际镍协会Nickel Institute
不少国家都在开展雄心勃勃的计划，推进绿色氢气的生产和应用。有分析人士预测，有两种涉及镍的市场——电解法制氢和以氢为燃料的燃料电池——可能会在未来十年增长两倍。
是什么在推动绿色氢气市场的升温？为了实现《巴黎气候协定》的降碳目标，以及个别国家野心勃勃的碳中和目标，化石能燃烧势必将被碳中和型能源代替。
氢气可能就是代替传统燃料的完美解决方案。转化为能量后，氢气不会产生二氧化碳，只会释放出水蒸气。因此，氢气的推广使用将会显著降低温室气体的产生。
电解技术的作用
生产氢气最高效的方法就是电解，它的原理是将水分子分解成氢气和氧气。随着水分子在电场中分解，阴极[-]会释放氢气，而阳极[+]释放氧气，因此可以在电场的两极分别收集两种气体。如果是以可再生能源发电，并用电解法制造氢气，那么整个过程就不会排放二氧化碳。如此制造的氢气就是所谓的绿色氢气。
碱性液体（LA）电解槽是目前大型电解设施的标准方案。不仅应用最为广泛，技术成熟程度和成本效益也在实际应用中得到了验证。在碱性液体电解槽中，电解液是水和电解质（30%氢氧化钾）混合而成的溶液。电解槽两端分别有正负电极，浸没在电解液中。两侧电极都需要催化剂来提高反应速度。这正是镍发挥重要作用的场合。只要在电极表面有一层镍，就能实现成本效益、耐久性和效率的完美平衡。
对于碱性电解槽而言，纯镍含量和能量转换的比例大概是2KG/Kw。
燃料电池的未来
燃料电池属于电化学能量发生器，它将化学能转变为电能。以氢作为燃料时，唯一的副产品就是水。等到未来实现了碳中和时，所有规格和类型的汽车都将以电池驱动作为动力标配。大部分乘用车辆都将采用锂电池，卡车、巴士和轮船等大型运输工具将采用燃料电池。
各种燃料电池的工作原理
和电解槽一样，燃料电池也有两个电极，它们像三明治一样将电解液夹在中间。燃料电池的不同种类，是根据其采用的电解液来划分的。质子交换膜燃料电池（PEMFC）的应用最广泛和常见，例如在汽车、卡车、巴士和叉车等交通运输领域。这是因为这种电池的尺寸灵活，具有较高的动力-重量比，而且启动迅速。质子交换膜电池采用了固态聚合物薄膜，它能和储存的氢气以及空气中的氧气发生电化学反应，产生电流。而且它的工作温度和压力相对较低，和其它种类的燃料电池相比具有更高的能量密度。
由于尺寸小而灵活，具有较高的动力-重量比，而且启动迅速，质子交换膜燃料电池被广泛应用于交通运输领域。
每个电池都被夹在两块双极板中间。双极板将氢气燃料输送到阳极，将氧气输送到阴极，同时它们也将反应产生的水从电极输送到排放端口。总之在各种类型的燃料电池中，同等性能条件下，质子交换膜燃料电池需要用的镍最少，因为它们的工作温度较低（-80℃），但由于应用非常广泛，总的镍消耗量可能会非常高。
固体氧化物燃料电池（SOFC）的应用广泛度位居第二，主要用作发电站、微型电网和大型用电单位的一次能量来源。此类燃料电池采用离子导电陶瓷电解质，工作温度在600℃至800℃之间。由于温度高，固体氧化物燃料电池中必须采用大量镍基不锈钢。
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池相似，也是高温电池，但MCFC是以含有熔融碳酸盐的多孔陶瓷材料作为电解质。尽管并不常用，但此类燃料电池可以在放电过程中捕捉二氧化碳，因此在许多没有天然气供应的场合，这种电池是降低温室气体总量的理想选项。MCFC电池的镍消耗量较大，平均每千瓦功率需要5公斤镍。
气候变暖和由此导致的环境恶化会严重威胁地球生态。好在各种关于氢燃料电池的新技术和新用途层出不穷，为绿色的发展道路打下了坚实的基础。
