今年3月12日是第45个植树节，要守住“绿水青山”，清洁能源的应用势在必行。在这个绿意盎然的日子，我们今天来聊一聊氢气这个极具潜力的绿色能源载体。

氢气在航空航天、军工以及新能源汽车等领域有着广阔的应用背景。然而，氢气的密度极低，在标准状态下(101.325 kPa, 0°C)的密度为0.0899 kg/m³ ，仅为空气的1/14，这给储存和运输带来了困难。因此，要实现氢能的推广应用必须突破高密度储氢技术。氢液化经过百余年的发展，已成为氢气大规模高密度储运的主流技术之一。

氢气的常压沸点是-253℃，仅比温度极限-273.15℃高20℃左右，达到如此低的温度无疑是个挑战。早在1898年，低温科学的奠基人之一James Dewar利用液态二氧化碳和液态空气预冷18 MPa的高压氢气，再通过回热与节流，首次制取了液氢（4 cc/min）。

图1 James Dewar及其研制氢液化器（图源：James Dewar. Liquid hydrogen. 网易https://www.sohu.com/a/457951965_120044756）

自50年代起，美国建立了一系列氢液化装置，目的是为双子星计划、阿波罗计划等提供液氢燃料。为航天活动迅速建立的一大批液氢工厂使北美地区长期占据全球液氢产能的90%以上。随着清洁能源、半导体等产业对液氢的需求逐年增加，商用氢液化技术蓬勃发展，在美国、德国、日本等地已有成功的应用案例。目前，国际上商用氢液化装置生产商主要有Linde、Air Liquide、Praxair等低温领域的国际巨头。

相比之下，我国的氢液化技术起步相对较晚。洪朝生院士于1956年研制出了国内首台氢液化器。然而，除早期自研的Linde-Hampson型小型氢液化器外，国内长期使用仍是Linde和Air Liquide生产的氢液化装置。在中国低温科技工作者的持续努力下，2021年以来航天101所和中科富海先后研制成功了1.5吨/天级氢液化装置，并继续向更大规模装置进军，支撑国家航天事业和能源革命。

图2 美国航天发射场及其液氢储罐（图源：Laurence Bernard et al. State of the art of LH2 installations and facilities.）

图3 Linde公司氢液化装置及典型液化冷箱内部结构（图源：Linde Group）

从人类第一次实现氢液化到现在已经走过125年的历程，探究更加节能高效的氢液化方式是我们需要继续研究下去的课题。我们相信随着各项关键技术的突破，氢能的利用会更加普及，山将更绿，天将更蓝。

撰文：中国科学院理化技术研究所项目副研究员王昊成（北京市科协2023-2025年度青年人才托举工程被托举人）

审核：公茂琼

编辑：王晓童