在距今約140億年前，宇宙處于一片混沌，隨著一陣強(qiáng)烈的爆炸，誕生出了質(zhì)子、中子、電子等構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，以及位于元素周期表上第一位的元素——?dú)洌╭īng）。接著，氫元素中含有多個(gè)中子的氘（dāo）、和氚（chuān）在高溫和高壓下聚變生成質(zhì)子數(shù)為1+1＝2的氦元素。而產(chǎn)生出的氦又會(huì)和氫繼續(xù)反應(yīng)，最終，在核聚變與核裂變的作用下，形成了構(gòu)成多姿多彩世界的各種元素。氫不僅是最輕的元素，而且作為構(gòu)成各種各樣物質(zhì)元素的基礎(chǔ)，它也是宇宙中含量最多的元素，約占據(jù)宇宙質(zhì)量的75%。

氫元素常見的單質(zhì)（由同種元素組成的純凈物）是氫氣，分子式為H2，是最輕的氣體。1671年，化學(xué)家羅伯特·波義爾發(fā)現(xiàn)鐵（Fe）屑和稀釋酸之間會(huì)發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生氣體，也就是氫氣。歷史上，最先對氫氣進(jìn)行過系統(tǒng)性研究的科學(xué)家，是英國科學(xué)家卡文迪什，除了研究氫氣外，卡文迪什另一個(gè)重要的工作是測定地球密度和萬有引力常量。1766年，卡文迪什用鐵（Fe）和鋅（Zn）等與鹽酸及稀硫酸反應(yīng)的方法制取氫氣，并將氫氣用水銀槽法收集起來。

他還發(fā)現(xiàn)，氫氣與空氣混合點(diǎn)燃會(huì)發(fā)生爆炸。所以卡文迪什稱這種氣體為“可燃空氣”。并指出，這種氣體比普通空氣輕11倍，并且不溶于水。1784年，卡文迪什發(fā)現(xiàn)氫和空氣混合爆炸后有液體產(chǎn)生，接著用多種不同比例的氫和空氣的混合物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，斷定所生成的液體是水，且定量地確認(rèn)大約2體積氫氣與1體積氧氣恰好化合成水。三年后，法國化學(xué)家拉瓦錫正式確認(rèn)氫是一種元素，并將這種氫氣命名為“hydrogen”，“hydro”的意思是水，“gen”表示生成，所以氫的含義是“水的生成者”。不論是作為構(gòu)成各種各樣物質(zhì)的元素的基礎(chǔ)，還是作為生命之源——水的生成者，氫元素確確實(shí)實(shí)可以被稱作“萬物之源”。

氫氣作為最清潔環(huán)保的燃料，燃燒的時(shí)候只產(chǎn)生水，可實(shí)現(xiàn)完全的零排放，能夠真正體現(xiàn)綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的原則。除了作為清潔能源，氫氣在許多領(lǐng)域都顯得舉足輕重：

1.作為保護(hù)氣體。電子材料、半導(dǎo)體材料和器件、集成電路以及電真空器件生產(chǎn)中，都需要高純氫做還原氣、攜帶氣和保護(hù)氣。

2.用于還原金屬。在冶金工業(yè)中，有色金屬如：鎢、鉬、鈦等生產(chǎn)和加工過程中，使用氫作還原劑和保護(hù)氣。在硅鋼片、磁性材料和磁性合金生產(chǎn)中，也需要高純氫氣作保護(hù)氣，以提高磁性和穩(wěn)定性。在精密合金退火、粉末冶金生產(chǎn)過程中，薄板和帶鋼軋制中常用氫-氮做保護(hù)氣。

3.用于食品貯存。在油脂工業(yè)中，將液態(tài)油氫化為固態(tài)或半固態(tài)的脂肪，生產(chǎn)人造奶油或肥皂工業(yè)用的硬化油。許多天然食用油具有很大程度的不飽和性，經(jīng)氫化處理后，所形成產(chǎn)品可穩(wěn)定貯存，并能抵抗細(xì)菌生長，提高油的黏度。

4.用于疾病防治。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，氫氣可以有效抑制體內(nèi)的部分活性氧，繼而產(chǎn)生抗氧化效應(yīng)，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中顯示出對多種氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的良好防治作用，并在初步的臨床試驗(yàn)中取得類似的防治效果。

5.用于儲(chǔ)存能量。氫氣可以通過燃料電池以電化學(xué)反應(yīng)形式直接轉(zhuǎn)換成電能，用于發(fā)電及交通運(yùn)輸?shù)龋€可用作各種能源的中間載體。

6.燃料電池汽車。根據(jù)氫氣和氧氣的反應(yīng)，能持續(xù)地產(chǎn)生電的發(fā)電裝置。燃料電池汽車，燃料電池公共汽車等是用其產(chǎn)生的電來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的交通工具。

7.家用燃料電池。通過從燃?xì)庵刑崛〉臍錃夂涂諝庵械难鯕獍l(fā)生反應(yīng)來發(fā)電的裝置。該過程中產(chǎn)生的熱量還可給熱水系統(tǒng)與地暖供熱。

8.氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)。以氫氣為燃料的內(nèi)燃機(jī)的排放幾乎都是水蒸氣，CO2排放為零。未來有望汽車和飛機(jī)上都采用氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

9.加氫站。對精制的氫氣進(jìn)行加壓、并儲(chǔ)存在高壓鋼瓶內(nèi)、為燃料電池汽車和氫氣引擎汽車加注氫氣燃料的設(shè)施。

除此之外，在重要的工業(yè)合成氨和化肥的生產(chǎn)過程中，氫氣是重要反應(yīng)原料，在高溫高壓條件下，三分子的氫氣和一分子的氮?dú)鈺?huì)反應(yīng)生成兩分子的氨氣，這一過程又被成為工業(yè)固氮，它極大提升了人類糧食的產(chǎn)量。氫氣還能用于大型發(fā)電機(jī)組的冷卻，氫氣具有導(dǎo)熱性好（導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的8.4倍），密度小，擴(kuò)散快等優(yōu)點(diǎn)，用氫氣冷卻的效果好，容易輸送并可循環(huán)使用。

氫，這個(gè)神奇的元素，因?yàn)樗庞辛诉@個(gè)美麗的大千世界和我們自身。氫，還有很多神奇的地方等待人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

作為終極能源的氫氣也是一種易燃易爆的氣體。對于氫氣安全，工采網(wǎng)可為各種不同的應(yīng)用提供相應(yīng)的氫氣傳感器。

審核編輯 黃宇