为什么要开发氢燃料电池汽车，而不直接研究氢能源发电？
大家可能都听过“氢能源”这个词，也听说过氢燃料电池汽车。但有个问题可能就没那么多人想过：既然氢能源这么厉害，我们直接用它来发电，解决咱们国家能源问题不是更直接、更高效吗？为什么还要费这么大劲，去搞什么氢燃料电池汽车，听起来像是绕了远路？
这背后其实涉及到一些挺有意思的技术考量和发展思路。咱们慢慢来捋一捋。
首先，得明确一点：氢能源的“能源”属性，是需要通过某种方式“释放”出来的。 就像煤炭、石油一样，它们本身是化学物质，要变成电或者直接燃烧提供动力，都需要一个转化过程。氢能源也不例外。
直接研究氢能源发电
如果咱们的目标是“氢能源发电”，那最直接的方式就是把氢气和氧气在发电厂里进行反应，产生电能。这听起来好像很完美，就像在给一个超级大的电池充电，但这个电池会源源不断地输出电。
那么，氢能源发电的“难点”在哪里呢？
1. 制氢的成本和效率： 氢气不是凭空产生的。目前我们获取氢气主要有几种方式：
化石燃料重整（比如天然气）： 这是目前最经济的方式，但会产生二氧化碳，与我们追求“零排放”的目标相悖。
电解水： 这是最清洁的方式，用电将水分解成氢气和氧气。但电解水的效率虽然在不断提高，仍然有能量损耗。更重要的是，如果用来电解水的电是来自火力发电，那整个过程的“清洁性”就大打折扣了。只有用风能、太阳能等可再生能源发电来电解水，才能实现真正意义上的“绿氢”。而可再生能源发电的成本以及其本身的间歇性，都给大规模绿氢制备带来了挑战。
其他一些生物质气化、工业副产氢等方式： 规模和成本也有限。
所以，“便宜、清洁、大规模”地生产氢气，是氢能源发电面临的首要瓶颈。 咱们国家虽然在这方面投入巨大，但离完全成熟、经济的绿氢生产还有距离。
2. 储运的挑战： 氢气是一种非常轻的气体，密度极低。
高压气态储存： 需要非常坚固、昂贵的储氢罐，而且储存的密度仍然不高，占地方。
液态储存： 需要将氢气冷却到零下253摄氏度，这个过程本身就需要消耗大量的能量，而且液氢容易挥发，储存和运输成本都非常高，对安全要求也极高。
固态储存（如储氢材料）： 还在研究阶段，离大规模商业化应用还有距离。
想象一下，如果我们要建一个全国性的氢能源发电网络，需要把大量的氢气安全、经济地运到全国各地的发电厂，这个储运的挑战是相当巨大的。
3. 发电技术本身： 虽然氢气和氧气反应发电（通过氢燃料电池）的技术已经相对成熟，但从大型发电厂的角度来看，如何设计出效率高、寿命长、成本低的大型氢燃料电池发电系统，并与现有的电网系统完美对接，也是需要持续攻关的。
开发氢燃料电池汽车
那为什么不直接搞氢能源发电，反而要搞氢燃料电池汽车呢？其实，这并不是“放弃”发电，而是一个相互促进、循序渐进的发展思路。
1. 氢燃料电池汽车是“氢能应用”的一个重要切入点和“氢气消耗大户”：
应用牵引： 汽车作为一种移动的动力需求，对能源的需求量巨大，而且分布广泛。如果氢燃料电池汽车能够成功推广，就能创造一个巨大的氢气需求市场。
市场需求反哺： 庞大的市场需求会强力驱动氢气的制备、储存、运输等基础设施的建设和技术革新。 只有有了稳定的、大规模的市场需求，相关产业链才会有动力去投入巨资研发和建设，才能把制氢成本降下来，把储运技术打磨好。
解决“最后一公里”的能源问题： 相比于大规模集中发电，汽车是一个个分散的能源终端。用氢燃料电池来驱动汽车，可以为交通领域提供一种新的、零排放的动力选择， 尤其是在长途运输、重型车辆等领域，电池电动汽车的续航和充电效率可能面临瓶颈，而氢燃料电池汽车在这方面有优势。
2. 汽车场景对氢能的“适配性”：
加氢站是重要的“氢能基础设施”： 虽然建加氢站成本不菲，但相比于给全国所有家庭都铺设氢气管道，或者大规模建设氢液化基地，加氢站的建设目标更明确，也更容易与现有的加油站网络相结合（比如在现有加油站旁边增设加氢功能）。
对能量密度有需求： 汽车需要携带足够的“燃料”以满足续航里程，而氢气储存在燃料电池堆里，相比于电池，在同等重量下可以存储更多的能量（这是因为燃料电池的能量来源是氢气本身，而不是储存的电荷）。所以，对于需要长续航的场景，氢燃料电池有其天然优势。
3. 技术协同与多元化：
氢燃料电池技术本身也在进步： 汽车领域的应用需求，也在推动燃料电池本体的技术进步，例如提高效率、降低铂催化剂的用量、延长寿命等。这些技术进步，未来也可能迁移到大型发电领域。
“双管齐下”，分散风险： 能源转型是一个复杂而漫长的过程，不可能只依靠一条技术路线。发展氢燃料电池汽车，是 在积极探索和推动氢能普及的一个重要方向， 而不是说就放弃了氢能发电。如果未来氢能发电技术成熟、成本降低，完全可以同步发展。
总结一下：
开发氢燃料电池汽车，更像是一种“应用牵引、市场驱动、循序渐进” 的发展策略。它不是绕远路，而是通过在一个具体、有巨大潜力的应用领域（交通）推广氢能，来创造市场需求，从而带动整个氢能产业链（制氢、储运、加氢基础设施）的技术进步和成本下降。
当氢气的生产成本大大降低，储运技术也足够成熟经济时，那么氢气就可以更广泛地应用于发电、供暖等领域，那时，氢能源发电自然也会迎来大规模发展的时机。
可以说，氢燃料电池汽车的推广，是为未来更广泛的氢能应用（包括氢能发电）“铺路搭桥” 的重要一步。两者并非相互排斥，而是相互支持、共同发展 的关系。我们不能因为觉得“直接发电”更简单，就忽视了实际推进过程中的技术、经济和基础设施挑战。应用端的成功，才是驱动整个氢能生态系统崛起的关键。
这背后其实涉及到一些挺有意思的技术考量和发展思路。咱们慢慢来捋一捋。
首先，得明确一点：氢能源的“能源”属性，是需要通过某种方式“释放”出来的。 就像煤炭、石油一样，它们本身是化学物质，要变成电或者直接燃烧提供动力，都需要一个转化过程。氢能源也不例外。
直接研究氢能源发电
如果咱们的目标是“氢能源发电”，那最直接的方式就是把氢气和氧气在发电厂里进行反应，产生电能。这听起来好像很完美，就像在给一个超级大的电池充电，但这个电池会源源不断地输出电。
那么，氢能源发电的“难点”在哪里呢？
1. 制氢的成本和效率： 氢气不是凭空产生的。目前我们获取氢气主要有几种方式：
化石燃料重整（比如天然气）： 这是目前最经济的方式，但会产生二氧化碳，与我们追求“零排放”的目标相悖。
电解水： 这是最清洁的方式，用电将水分解成氢气和氧气。但电解水的效率虽然在不断提高，仍然有能量损耗。更重要的是，如果用来电解水的电是来自火力发电，那整个过程的“清洁性”就大打折扣了。只有用风能、太阳能等可再生能源发电来电解水，才能实现真正意义上的“绿氢”。而可再生能源发电的成本以及其本身的间歇性，都给大规模绿氢制备带来了挑战。
其他一些生物质气化、工业副产氢等方式： 规模和成本也有限。
所以，“便宜、清洁、大规模”地生产氢气，是氢能源发电面临的首要瓶颈。 咱们国家虽然在这方面投入巨大，但离完全成熟、经济的绿氢生产还有距离。
2. 储运的挑战： 氢气是一种非常轻的气体，密度极低。
高压气态储存： 需要非常坚固、昂贵的储氢罐，而且储存的密度仍然不高，占地方。
液态储存： 需要将氢气冷却到零下253摄氏度，这个过程本身就需要消耗大量的能量，而且液氢容易挥发，储存和运输成本都非常高，对安全要求也极高。
固态储存（如储氢材料）： 还在研究阶段，离大规模商业化应用还有距离。
想象一下，如果我们要建一个全国性的氢能源发电网络，需要把大量的氢气安全、经济地运到全国各地的发电厂，这个储运的挑战是相当巨大的。
3. 发电技术本身： 虽然氢气和氧气反应发电（通过氢燃料电池）的技术已经相对成熟，但从大型发电厂的角度来看，如何设计出效率高、寿命长、成本低的大型氢燃料电池发电系统，并与现有的电网系统完美对接，也是需要持续攻关的。
开发氢燃料电池汽车
那为什么不直接搞氢能源发电，反而要搞氢燃料电池汽车呢？其实，这并不是“放弃”发电，而是一个相互促进、循序渐进的发展思路。
1. 氢燃料电池汽车是“氢能应用”的一个重要切入点和“氢气消耗大户”：
应用牵引： 汽车作为一种移动的动力需求，对能源的需求量巨大，而且分布广泛。如果氢燃料电池汽车能够成功推广，就能创造一个巨大的氢气需求市场。
市场需求反哺： 庞大的市场需求会强力驱动氢气的制备、储存、运输等基础设施的建设和技术革新。 只有有了稳定的、大规模的市场需求，相关产业链才会有动力去投入巨资研发和建设，才能把制氢成本降下来，把储运技术打磨好。
解决“最后一公里”的能源问题： 相比于大规模集中发电，汽车是一个个分散的能源终端。用氢燃料电池来驱动汽车，可以为交通领域提供一种新的、零排放的动力选择， 尤其是在长途运输、重型车辆等领域，电池电动汽车的续航和充电效率可能面临瓶颈，而氢燃料电池汽车在这方面有优势。
2. 汽车场景对氢能的“适配性”：
加氢站是重要的“氢能基础设施”： 虽然建加氢站成本不菲，但相比于给全国所有家庭都铺设氢气管道，或者大规模建设氢液化基地，加氢站的建设目标更明确，也更容易与现有的加油站网络相结合（比如在现有加油站旁边增设加氢功能）。
对能量密度有需求： 汽车需要携带足够的“燃料”以满足续航里程，而氢气储存在燃料电池堆里，相比于电池，在同等重量下可以存储更多的能量（这是因为燃料电池的能量来源是氢气本身，而不是储存的电荷）。所以，对于需要长续航的场景，氢燃料电池有其天然优势。
3. 技术协同与多元化：
氢燃料电池技术本身也在进步： 汽车领域的应用需求，也在推动燃料电池本体的技术进步，例如提高效率、降低铂催化剂的用量、延长寿命等。这些技术进步，未来也可能迁移到大型发电领域。
“双管齐下”，分散风险： 能源转型是一个复杂而漫长的过程，不可能只依靠一条技术路线。发展氢燃料电池汽车，是 在积极探索和推动氢能普及的一个重要方向， 而不是说就放弃了氢能发电。如果未来氢能发电技术成熟、成本降低，完全可以同步发展。
总结一下：
开发氢燃料电池汽车，更像是一种“应用牵引、市场驱动、循序渐进” 的发展策略。它不是绕远路，而是通过在一个具体、有巨大潜力的应用领域（交通）推广氢能，来创造市场需求，从而带动整个氢能产业链（制氢、储运、加氢基础设施）的技术进步和成本下降。
当氢气的生产成本大大降低，储运技术也足够成熟经济时，那么氢气就可以更广泛地应用于发电、供暖等领域，那时，氢能源发电自然也会迎来大规模发展的时机。
可以说，氢燃料电池汽车的推广，是为未来更广泛的氢能应用（包括氢能发电）“铺路搭桥” 的重要一步。两者并非相互排斥，而是相互支持、共同发展 的关系。我们不能因为觉得“直接发电”更简单，就忽视了实际推进过程中的技术、经济和基础设施挑战。应用端的成功，才是驱动整个氢能生态系统崛起的关键。
网友意见
很遗憾，这个问题下还没看到用物理化学知识来解释的。
其实最重要的就是能量密度了。
假如有两辆车在我的面前选择：
A车烧油，加满油能跑1000公里；B车充电，快充3分钟充满，但是只能跑300公里。不用我，我绝对选A。一次只能跑300公里的话，万一高速上找不到充电桩，岂不gg了？
用专业术语来说的话，就是B车的能量密度偏低。
那么为何要研究氢燃料电池呢？原因就是氢燃料电池的理论能量密度高啊！
铅酸电池（比如电瓶车）的能量密度为 50-90 Wh/kg，也就是每千克的铅酸电池可以提供50-90 Wh的电能——这个数值比较低了，所以电瓶车电池比较重而且还跑不远；锂离子电池的能量密度为100-265 Wh/kg，比铅酸电池强多了，这也是为何现在电池界普遍在研究锂离子电池——因为锂是相对原子质量最低的金属了。
而汽油的能量密度是多少呢？大约是12800 Wh/kg （46 MJ/kg）！这个数据看起来远远胜过电池，但是汽车是靠烧汽油产热做功的。而由于热力学第二定律的限制，中间的能量转化率其实较低，大约是30%左右（12800*0.3=3840）。但是尽管如此，依然还是远远胜过那些电池的能量密度了。
那么氢燃料电池的能量密度为多少呢？从下图中可以看出，氢燃料电池的能量密度（最左边两个）是胜过锂离子电池的（右二）[1]。不过注意这里的单位是 Wh/L.
如果能量密度低，依然强行要远行的话，会发生什么呢？最后的结果可能是一辆车上，除了你之外，全部都是电池的位置，甚至可能你都没有位置了。比如如果锂离子电池需要续航有400英里（大约640公里）的话，锂离子电池的体积将有近1立方米，而此时氢燃料电池则不到0.5立方米。
参考
氢元素过于活泼，在地球上氢单质基本上不天然存在，大量制备氢气的手段本身就要消耗大量的电能和水，或者消耗大量的化石燃料，氢能可以说更像是一种二次能源，用于电网发电成本很高，并不划算。
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