独行者快，众行者远，这句人生旅途的谚语也适用于“双碳”之旅。正如每个人都有缺点和不足，彼此合作则可以互相支持，克服困难，每种技术都有它的局限性，只有多种能源、技术、物质结伴同行，方能取长补短。

拿电来说，电有很多优点，同时，电也有明显的缺点——需即发即用，难以大规模储存，此外，电可以提供能量，无法直接转化为物质，电可以给化工厂提供能量，化工厂却无法从电中直接“化合”出物质来。

用中学物理知识分析一下就知道电为什么要即发即用。虽然能源来源不同，水电、风电、煤电、核电、柴油发电等，就发电的物理本质而言，都是基于法拉第电磁感应原理——导线切割磁场产生感应电动势（电压），接通电路，形成电流，电压乘以电流等于电功率。由此可见，有且只有电压和电流同时存在时，电才能做功。当导线停止切割磁场时，感应电动势立即消失，电不会做功。发电机是靠风力、水力、蒸汽（煤电核电都是烧水产生蒸汽驱动发电机的）、柴油机等驱动的，停风时，风车停止转动，发电机线圈不会切割磁场，电动势也即消失了，煤电、核电、柴油发电也是同样道理，只不过相比于风，煤和柴油更容易人为控制。当自由之风劲吹时，虽切割磁场产生了电动势，也许这时你并不需要用电，电路处于断开状态，电路中没有电流，电也没有做功。

近年发展迅猛的光伏发电原理不同于拉第电磁感应原理，光伏发电是基于光电效应——半导体材料在光照条件下电子和空穴定向移动，形成电动势，光照消失，电动势也随即消失。下图是我的同事在一个阳光明媚的日子里（2024年11月27日）测得的一天24小时阳光辐射值，夜间无辐射，白天亦不平稳，曲线形象地体现出阳光的间歇性和波动性。

终上所述，自然界的反复无常和电的基本物理规律共同决定了风光可再生能源发电不随人愿，无法做到应运而生，因此，“双碳”之旅被寄予厚望的风光发电需要寻找更多伙伴。

春华秋实，作物生长也有季节性，每吨米饭不可能是现收割的大米，人们用谷仓把秋收的稻子储存起来，供每日之需。与此类似，风光间歇性发出的电能也可以储存起来，供它时之需。问题是现在各种储能技术储下来的电能和我们需要使用的电能相比，根本不在一个数量级上。

用几个数据你就能感觉到为什么各种储能技术储下来的电能和我们需要使用的电能相比，根本不在一个数量级上。

目前大规模储能技术只有抽水蓄能一种。根据中学物理功能原理简单计算一下就知道，将一立方水抽上370米（大约120层高楼）只储存了一度电，用2100W电磁炉炒菜，大概28分钟就消耗一度电。做饭炒菜洗衣服热水器空调电脑手机，这些是每人每日必需的，如果你还开电动汽车，你就能想象到每天要把多数立方水送到120层楼高才够一人一天之需。

电化学储能排抽水蓄能之后，锂电池是现今各类电化学储能电池中储能密度比较高的，但一公斤锂电池储能不足0.3度电的能量，而一千克汽油可储存13度电的能量，这就是为什么电动汽车笨重的原因，也是为什么锂电池没法在卡车，长途大巴，挖掘机等大功率车辆和设备上应用的原因。

电池即使能够大规模长时间储能也不是好的解决方案，储能不只是技术问题，还要考虑经济问题。如果把夏天太阳光发出的电用电池储存起来，待冬天使用，那么电池一年才周转一次，用电成本将大幅上升。商业社会，无论资金还是设备，快速周转起来就是威力。

“双碳”路上，有一种物质被寄予厚望，它就是氢。

中学物理和化学告诉我们关于氢的很多知，氢气是无色、无味、难溶于水的气体，密度比空气小。氢能量密度高达140兆焦/公斤，即一公斤氢储能达38.9度电的能量，相当于汽油的3倍，锂电池的100倍。氢元素丰富，在世界上占比75%。氢很活泼，容易失去核外层电子，和其它元素“凑合”在一起，你一定还记得初中化学水的分子式H₂O，两个氢原子和一个氧原子“凑合”成水，氢还是同性恋，喜欢和自己凑合在一起，一对氢原子结合成氢气（H₂）。

正因为氢元素很活泼，氢很少单独存在，它总是和其它元素结合在一起。你不能像开采石油那样从地壳中把氢挖出了，要得到氢你就得打破氢原子和其它原子之间的化学键，这意味着得到氢需要消耗能量。消耗能量获得氢，氢通过其他物理或化学过程释放能量，这样氢就能成为储能介质。

打破什么物质能比较经济地得到氢呢？想想水的分子式H₂O，打破一个水分子就可得到两个氢，三分陆地七分水，水是地球上最丰富的资源，看来从水中取氢是比较合理的选择，有什么办法可以水中取氢？

还记得初中化学实验课吗？如下图，通直流电后，电极上出现气泡，一段时间后两试管收集的气体体积比约为1:2，试管1中的气体可使带火星的木条燃烧，是氧气，试管2的气体移近火焰时，火焰呈淡蓝色，是氢气。

由此推论，风能和太阳能发出的电可以用来制氢，将电能转化为物质（抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能等都只有能量形式的改变，没有产生新的物质）储存起来，就像植物光合作用一样，把光能转化为粮食在粮仓里储存起来。

氢不但能再次转化为电，也可以作为化工原料，用来合成氨，甲醇等。这样氢不但能够储能，还架起了能源和物质之间的桥梁，为可再生能源的用途添加了更大的灵活性。氢能被认为是继新能源汽车、锂电池之后的又一万亿赛道，是可再生能源需要的一个新“伴侣”。

其实氢能并不是新事物，上个世纪70年代石油危机时人们已对氢能进行了研究，只不过石油危机持续时间不长，油价持续下跌使氢能研究被边缘化了。现在风、光等可再生能源发电已达到一定规模，已基本能达到能盈利的水平，氢能又再次被提上日程。许多技术都遵循这个规律，电动汽车比燃油车出现还是早，由于电力基础设施，储电等问题，电动汽车沉睡了，新时代电动汽车又焕发了活力。

氢能现状和未来如何呢？

据一位华裔德籍朋友在他的新书透露，2024年德国汉诺威工业博览会上，上百家公司展出从储存、运输到使用，一套完整的氢能产业链的各种元件系统。

据朋友介绍（本人没有参加），2024年11月26-29日在上海举办的工程机械展览会（俗称宝马展）上已明显感到氢能向工程机械渗透，尤其是日本的企业，有人认为日本会放弃锂电池汽车，通过氢能汽车实现弯道超车。

中国截至2023年底，氢燃料电池汽车保有量19000辆，加氢站420座，相对于汽车总保有量，一万九千辆只是沧海一粟，但增速喜人，中国政府计划到2025年氢燃料电池汽车保有量约达5万辆。佛山南海区丹灶镇仙湖谷汇聚了上百家氢相关的企业，构建了包括燃料电池、制氢设备、核心材料的氢能产业基地，打造了氢巴士，市政车等应用场景。

据任泽平在他的《新能源》一书中推测，未来汽车格局可能是：市区用锂电，长途用氢能；小型乘用车用锂电，大型商用车用氢能；南方用锂电，北方冬季温度低、影响续航的地区用氢能。

     未来是难以预测的，制氢绝非中学化学课本那样简单，一公斤氢包含的能量虽然是同重量汽油的3倍，但标准大气压下一公斤氢气11个立方，没有那辆车会搭载11方的氢箱。氢能要成为继新能源汽车、锂电池之后的又一万亿赛道，还需要解决安全、成本、储存、运输等一系列问题。