氫氣是氫元素形成的一種單質，化學式為H2，常溫常壓下是一種極易燃燒、難溶于水、無色無味的氣體。氫氣具有無毒、還原性好、綠色無污染、抗氧化性能良好、分子量低、燃燒熱值高等特性，在化工、電子、汽車、新能源發電、燃料、醫藥等領域應用較為廣泛。氫氣作為一種優質的能源載體，也是一種十分重要的工業原料，它不僅可以用于能源、交通，也廣泛應用于石油、化工、電子、冶金、油脂、航天、輕工業等領域。

氫在農業上的應用

現在農藥和化肥的濫用產生環境污染、土壤破壞以及食品安全問題。氫氣已被證明對植物生長發育、抗逆性、品質和采后保存具有積極影響，在應對氣候變化、糧食安全和綠色農業發展方面具有重大潛力。已經開發了多種用于農業的氫氣應用。

研究發現，氫氣在促進種子萌發速率、調控花期、提高植物的抗鹽堿、干旱的能力、提高病蟲害抗性、提高農產品品質都有著顯著的作用，氫水處理往往可以促進植物的生長，從而可以減少化肥的使用。

此外，氫氣在農產品的質量提高、采后保存、保質期延長和運輸方面發揮著積極作用，從采后到餐桌前都能保持農產品的高質量。這些發現也為氫氣的綜合大規模應用提供了良好的基礎。

氫在工業上的應用

氫能既是二次能源、能源載體，也是重要的工業原料，將支撐未來經濟社會的可持續發展。 氫作為一種清潔低碳的工業原料，目前已得到廣泛應用。在化學品合成中氫氣占比最大約65%，主要用于氨、聚合物、樹脂合成。此外，在氫化裂解、加氫精制、金屬冶煉等行業都有廣泛應用。

氫在化學工業的應用

氫作為化工生產過程中的重要原料，在化學領域中的應用占比較大，隨著化工與材料的需求量的增加，化工行業規模的進一步擴大，用氫量還會進一步增加。公開數據顯示，目前生產合成氨用氫占比為37%，甲醇用氫占比為19%，煉油用氫占比為10%。氫氣是合成氨、甲醇等的主要原料之一。

另外，石油加工過程對氫氣的需求也較大。在煉油工業中，氫氣被廣泛用于對石腦油、粗柴油、燃料油和重油的脫硫、石油煉制、催化裂化，以及不飽和烴等的加氫精制，以提高油品的質量。

氫在冶金工業的應用

在冶金工業中，有色金屬如：鎢、鉬、鈦等生產和加工中，氫氣被用作為還原劑和保護氣。在硅鋼片、磁性材料和磁性合金生產中，也需要高純氫氣作保護氣，以提高磁性和穩定性。在精密合金退火和粉末冶金生產中，薄板和帶鋼軋制中常用氫-氮做保護氣。

 煉鋼主要分為采礦（鐵礦石和煤）、選礦、備料與煉焦、煉鐵、煉鋼等幾個關鍵步驟。傳統的高爐煉鐵選用焦炭作為原料之一，通過焦炭燃燒提供還原反應所需要的熱量并產生還原劑CO，在高溫下利用CO將鐵礦石中的氧奪取出來，將鐵礦石還原得到鐵，并產生大量CO2。目前的煉鋼企業大都采用該技術，因此鋼鐵行業碳排放量大，污染嚴重。

在“雙碳”目標下，鋼鐵工業急需改進工藝，減少生產過程中的碳排放。使用純氫氣或氫氣混合氣直接還原替代焦炭還原，能夠有效降低煉鋼行業的碳排放量。

氫在電子工業的應用

電子工業中電子材料、半導體材料和器件、集成電路及電真空器件生產中，都需要高純氫做還原氣、攜帶氣和保護氣。電子級高純氫氣純度需達到99.9999%及以上的氫氣，主要包括6N高純氫氣與7N高純氫氣等。

目前，主要應用于大型和超大規模集成電路制造、充氣電子管填充、電真空材料制造、電子微芯片制造、線材與帶材制造、氫燃料電池制造、電子管極陰極與柵極制作等場景，應用領域較為廣泛。同時，7N及以上電子級高純氫氣還可應用于硅外延、LED、液晶面板等領域，市場需求空間廣闊。

氫在油脂工業的應用

在油脂工業中，將液態油氫化為固態或半固態的脂肪，生產人造奶油或肥皂工業用的硬化油，可穩定貯存，并能抵抗細菌的生長，提高油的黏度。此外，氫氣還用于動植物油脂的硬化，如制造人造奶油、脆化奶油、潤滑脂等。

氫在輕工業的應用

輕工業中，如：石英玻璃、人造寶石的制造和加工生產中，都使用氫氣做燃燒氣或保護氣。在玻璃生產中，氫氣是一種不可或缺的重要原料和能源。作為能源，以氫氣替代玻璃生產過程中所使用的化石燃料，可以實現碳排放的減少。

作為原料，氫氣可以用作玻璃熔煉過程中的氣氛保護劑。在玻璃熔煉過程中，高溫會使得玻璃中的雜質氧化，影響玻璃質量，氫氣可以與氧氣反應生成水蒸氣，起到保護作用。通過控制氫氣的流量和濃度，有效降低玻璃中的雜質含量，提高玻璃的純度和質量。其二，氫氣具有較強的還原性，可以與玻璃表面的氧化物質發生反應，去除表面的污垢和雜質。其三，氫氣可以用于玻璃的熱處理過程中，減少玻璃在加熱和冷卻過程中裂紋的產生。其四，在玻璃的氣蝕加工中，氫氣可以實現玻璃高效精確的加工。

氫在航天動力的應用

由于氫氣所具有的良好的燃燒性能，一直以來都被視為航天工業中的重要燃料。2022年10月，國際民航組織（ICAO）在第 41 屆會員大會上確定了航空業的長期氣候目標：2050年前實現國際航空業務的凈零碳排放。在航空業的碳排放中，由航空煤油燃燒產生的占了79%，氫能源以其零碳排放的特性吸引航空業界的廣泛關注，未來市場需求潛力巨大。

氫能的零碳屬性為航空業脫碳帶來巨大希望，在航空領域的應用愈發引起業界重視，氫能航空相關的研發活動顯著增強，包括航空氫動力、機載儲氫、液氫分配系統和機場氫能基礎設施等方面，而航空氫動力的研發主要集中在氫渦輪動力和氫燃料電池動力兩個方向，歐盟清潔航空聯合行動（CAJU）更是將氫動力飛機視為三大重點研發領域之一，CAJU將成熟并驗證所有相關系統（機載液氫儲存、燃料分配系統、氫燃料電池動力和氫渦輪動力等），以便集成到未來的飛機中。

空客公司全面布局氫能航空，并聯手CFM國際公司、GE公司和賽峰集團研發氫渦輪動力技術，并計劃在A380 MSN1測試飛機上開展燃氫試驗，氫儲罐、液氫分配系統和氫渦輪動力等組件在完成地面測試后，將于2026年年底之前開始飛行測試，目標是2035年投入使用。

▲空客公司的氫燃料電池動力

氫在醫學上的應用

氫氣以其安全、有效、滲透性強、代謝產物只有水等特點,逐漸進入醫學研究者和臨床工作者的視野, 氫分子具有廣譜抗炎抗氧化效應和高的生物安全性,在炎癥相關的眾多重大疾病中展現出明確的生物學效應。因而,氫氣治療成為一種新興的、且非常有應用前景的治療策略。

大量研究證明,氫氣對于包括腫瘤、炎癥損傷、代謝疾病、神經性疾病等百余種疾病具有潛在的治療作用。2020年新型冠狀病毒肺炎(新冠肺炎)疫情全球大流行期間,氫氣在新冠肺炎輔助治療中也嶄露頭角，鐘南山院士在“第七屆全國氫生物醫學大會”上再次肯定了氫氧混合氣對呼吸系統疾病的治療作用。《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》中也建議吸入氫氧比例（66%：33%）的混合氣體，以改善炎癥反應，取得更好臨床療效。

參考文獻

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