氢气作为能源的吸引力因封闭技术的突破而大增

氢是宇宙中最轻的元素，用符号 H 表示，原子序数为 1，是最常见的元素。它是最简单的化学元素，只有一个质子和一个电子，无色、无味、无臭。 

有趣的是，据估计，氢占宇宙质量的 75%。然而，按重量计算，氢只占地壳的 0.14%。它以化合物的形式与其他元素自然存在于固体、液体和气体中。当与氧结合时，这种易燃物质会形成水（H2O），而与碳结合则会形成碳氢化合物，这在石油和煤炭中都能找到。因此，氢可以从多种资源中产生，包括太阳能和风能等可再生能源、核能和天然气。 

值得注意的是 已取得多项发现 在澳大利亚、新西兰、加拿大、法国、德国、日本和俄罗斯等国，都有天然形成的氢气储藏。目前，科学家们正在探索这些国家的氢气储量，以及它们的来源和开采后对周围环境的潜在影响。

氢作为一种能源

最常见的氢燃料生产方法包括热法、电解法、光伏驱动电解法、太阳能驱动法和生物法。 

热能

在热加工过程中，蒸汽与柴油、天然气、气化煤或气化生物质等碳氢化合物燃料发生反应，产生氢气。值得注意的是，所有氢气中的大部分（约 95%）是通过天然气的蒸汽转化产生的。 

电解

电解则是将水分离成氧气和氢气。这一过程在电解槽中进行，从水分子中产生氢气。

生物

生物过程利用肉眼无法看到的微生物（如细菌）来产生氢气。 

太阳能

太阳能驱动过程，顾名思义，就是通过光电化学（利用专门的半导体将水分离成 H 和 O）、光生物（利用细菌和绿藻的自然光合作用）和太阳能热化学（利用集中的太阳能驱动水分裂反应）等不同方式，利用光来再生产 H。

除了所有这些特性外，氢还是一种清洁燃料，这意味着它在燃料电池中消耗时只产生水、热量和电能。这使它成为发电和运输（包括汽车和火箭）的理想选择。这种高能量、可储存、不产生温室气体的物质实际上早在两个多世纪前就被用来为内燃机提供动力。 

这些都表明，氢气是储存可再生能源的主要选择之一，也被用于许多行业。然而，氢的真正潜力还有待发挥。为此，需要经济地大规模生产氢气。此外，尽管氢气可以通过天然气管道运输，但目前的基础设施也需要适应氢气。

尽管我们还没有完全开发出使用氢作为燃料的奇妙之处，但多年来，全球用于探索氢作为能源的全部潜力的研发支出一直在增加。 事实上，最近的一项研究在这方面取得了重大突破，为未来的能源系统实现了高密度储氢。

密闭氢气存储框架

上个月发表在《自然-化学》杂志上、 该研究题为 "小孔水化物框架可储存密集的氢"。韩国国家研究基金会（NRF）和德国研究基金会（DFG）提供了部分资助。

虽然纳米多孔材料在气体存储方面一直备受关注，但研究指出，实现高容积存储容量仍然是一项挑战。因此，来自不同大学的几位研究人员走到了一起，共同解决这一问题。

来自日本东北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）和德国马克斯-普朗克智能系统研究所的迈克尔-赫舍尔（Michael Hirscher）构思了最初的想法并监督了该项目。同时，韩国蔚山国立科学技术研究院（UNIST）的 Hyunchul Oh 领导了该项目。

有趣的是，2022 年，一个由来自马克斯-普朗克智能系统研究所、美国能源部橡树岭国家实验室、德累斯顿工业大学和埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学的科学家组成的研究小组，在美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）进行了一项研究，发现了一种新的智能系统。 显示 在接近氢气沸点的极低温度下，氢气在表面上凝结。这一过程会形成一个超密度单层，密度是液氢的 3 倍，从而使每公斤氢气的体积减少到只有 5 升。

现在，最新的相关研究利用中子粉末衍射、非弹性中子散射、体积气体吸附和第一原理计算，对一种硼氢化镁框架进行了研究。该框架具有小孔和部分带负电荷的非平面内部，可吸附氢气（H）和氮气（N）。 

氮和氢在孔隙中占据的吸附位点明显不同。它们的极限容量也截然不同，每 Mg(BH4)2 的极限容量分别为 0.66 N2 和 2.33 H2。Mg(BH4)2 于 1950 年首次被发现，是一种众所周知的高容量储氢材料，它既有具有纳米多孔 MOF 样结构的结晶多晶体，也有具有极高氢气体积密度和高氢气重量容量的致密多晶体。

因此，分子氢的密度极高，约为液态氢的两倍。 

随后，研究小组利用中子粉末衍射（NPD）确定了氢原子在结构中的位置以及分子的吸附位点。 

研究指出，在一个位置上的 H2 分子具有旋转自由度，而在另一个位置上的 H2 分子则具有明确的方向，并与框架发生定向相互作用。与此相反，另一个位置上的 H2 分子具有明确的取向以及与框架的定向相互作用。这揭示了在正常大气压力下，密集的氢实际上可以稳定在小孔材料中。

通过这一发现，研究小组利用先进的高密度吸附技术成功地解决了储氢能力有限的难题。 

UNIST 化学系的 Oh 教授报告了这一突破性进展。这项创新研究标志着未来能源系统的重大进展。 

推动大规模氢储存

在运输、固定动力和便携式动力中使用氢气时，存储起着关键作用。虽然氢元素的单位质量能量最高，但其环境温度密度较低，导致单位体积能量较低。因此，需要采用先进的存储方法来实现更高的能量密度。

目前，存储技术主要集中在液态或气态的分子氢存储上。当然，目前这种技术在体积和重力（每克或每公斤可存储多少能量）存储密度方面存在局限性。

储存气体氢需要高压罐，而储存液体氢则需要低温。氢气也可以通过吸收储存在固体表面或内部。

作为一种分子，氢可以通过物理吸附作用，在含有孔隙（空隙）的材料中通过弱范德华相互作用（性质相对较弱且为非离子）被物理吸附。这是指气体分子吸附到固体表面的过程。不过，虽然高多孔材料确实具有较高的重量吸氢能力，但在体积储存能力方面还需要改进。

纳米多孔立方硼氢化镁（γ-Mg(BH4)2）就在这方面取得了巨大的成果。它的密度为 ρ = 0.550 g cm-3，自由孔隙体积为 33%。孔隙直径为 9 Å，可以吸附氢或氮等小分子。正是通过这种多孔氢化物带部分负电荷的内表面，氢原子才得以暴露在孔隙中。

这项研究通过 NFR 和科学与信息通信技术部（MSIT）的 "中期研究计划"，合成了这种由镁阳离子（Mg+）和镁氢化物以及固体硼氢化物（BH4）2 组成的纳米多孔复合氢化物。

这种材料能以三维排列方式储存五个氢分子，实现了显著的高密度氢储存。它进一步显示，每孔体积的储氢能力为 144 克/升，远远超过了传统方法。令人印象深刻的是，材料内氢气分子的密度甚至超过了固态。

Oh 教授将这种材料描述为世界储氢领域的 "范式转变"，他说，这种材料提供了 "一种令人信服的替代传统方法"。 

这项研发大大提高了利用氢作为能源的生产率和经济效益。它还进一步解决了为广泛应用于公共和个人交通而大规模储存氢气的难题。

将从中受益的公司 

如果我们谈及能从这种改变氢储存的研究中获益的行业，就会想到化工、能源、汽车、工程和建筑等众多行业。那么，让我们来看看哪些公司可以从中获益： 

#1. 本田技研工业株式会社

这家总部位于日本的汽车公司承诺减少二氧化碳排放量，并声称自己是最早关注氢能源潜力的公司之一。 

为了实现这些目标，本田汽车公司自 20 世纪 80 年代起就开始研究燃料电池技术，并将其应用于多种领域。 

今年早些时候，该公司宣布已开始与通用汽车公司（GM）合作生产氢燃料电池动力解决方案，用于各种产品应用，并称之为 "氢时代的开端"。

该公司市值为 $64.85亿，股价为$36.93，年初至今（YTD）上涨了19.221TP3。本田汽车的营业收入（TTM）为 $128.49 亿美元，每股收益（TTM）为 7.73 美元，市盈率（TTM）为 4.77 美元。该公司的股息率为 2.77%。

#2. 陶氏化学公司

陶氏化学公司涉足多个领域，包括碳氢化合物和能源。最近，该公司与林德公司（纽约证券交易所股票代码：LIN）合作，为其位于加拿大的净零碳排放一体化乙烯裂解及衍生品生产基地提供清洁氢气和氮气。该交易于去年年底敲定，项目总投资为 $6.5 亿美元。作为交易的一部分，该项目将采用林德的空气分离和自热转化技术，将裂解炉尾气转化为氢气。

陶氏化学市值超过 $39.9 亿美元，股价为 $56.76，今年以来上涨了 3.5%。陶氏化学的营收（TTM）为 $44.62亿，每股收益（TTM）为0.81，市盈率（TTM）为69.67。该公司的股息率为 4.93%。

#3. McPhy Energy SA

这家总部位于法国的公司开发氢气生产和储存解决方案。去年，McPhy 扩大了与 Chart Industries 公司（纽约证券交易所股票代码：GTLS）的商业协议，根据协议，后者将为氢压缩和氢液化提供与氢有关的工艺和设备。 

最近，这家领先的电解槽技术和制造公司赢得了瑞典 AAK AB 公司的一份合同，为其提供容量为 4 兆瓦的 800-30 电解槽和相关备件，使这家瑞典公司能够使用低碳氢气作为工艺气体。

该公司（MCPHY-FR：巴黎泛欧交易所）市值 471.8 亿欧元，股价为 1.69 欧元，较去年同期下跌 49.97%。上个月，McPhy 公布了 2023 财年的业绩，年收入增长了 171TP3，达到 1880 万欧元，电解槽业务的年收入增长更高，达到 251TP3。截至 12 月底，该公司的现金状况约为 6200 万欧元。

结论 

氢能储存市场将快速增长，预计将超过 估值为 $17.6 亿美元 根据 Global Market Insights 的报告，随着各国政府大力投资于氢能基础设施，未来八年内，氢能将成为全球最重要的能源之一。值得注意的是，由于氢气在大幅减少行业内碳排放方面的作用，预计交通领域将以 10% 的复合年增长率推动大幅增长。 

鉴于氢气作为一种更清洁、更高效能源的潜力，它不仅将继续在交通领域得到应用，而且还将在其他行业得到应用。随着研究的不断深入和新发现的不断涌现，我们终将能够看到更广泛的应用，帮助我们实现碳净零排放。

点击此处查看五大绿色氨股（其他为氢股）名单。