科学家们正在探索氢作为一种清洁能源来应对气候变化，重点是通过水电解生产氢，并将其用于交通燃料电池，以实现到2050年实现净零碳排放的目标。
随着气候变化的影响逐渐显现，我们的星球面临着创纪录的热浪、前所未有的风暴、历史性的干旱和野火。科学家们将这些事件与大气中的二氧化碳等温室气体联系起来，其中大部分是由人类活动产生的。
但是，如果我们的飞机和汽车不再向环境中排放有害的温室气体，而是使用由水产生的燃料，利用太阳能或风能发电，那会怎么样呢?如果这种可再生燃料可以为电网提供备用电源，并从全国各地的加油站购买，那会怎么样?
在这段科学101视频中，科学家Debolina Dasgupta和Nancy Kariuki描述了氢能源的科学、技术和应用。氢是最简单的化学元素，或者说原子的类型，在我们星球上的水中存在着丰富的氢。它通过水循环自然更新，当用作燃料时，它不会释放有害排放物。由于这些原因，氢可以在促进更清洁的环境和减少从运输到电网等部门的温室气体排放方面发挥重要作用。美国能源部阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的科学家们正在利用世界一流的设施和专业知识，降低氢生产的成本，并为氢动力汽车开发价格合理的燃料电池。他们还在评估氢的生产、运输、储存和使用方法，以最大限度地减少温室气体排放。
科学家们正在努力利用氢气中的能量使这一愿景成为现实，氢气有望在促进更清洁的环境和实现美国到2050年实现净零碳排放的目标方面发挥重要作用——换句话说，以与大气中碳排放相同的速度从大气中去除碳。
氢是最简单的化学元素或原子类型。它只由一个质子和一个电子组成。它也是最丰富的元素，占宇宙中已知物质的75%左右。大量的氢存在于水和生物中。
我们星球上的水中存在着丰富的氢，它会通过水循环自然地更新。当用作燃料时，它不会释放碳排放，使其成为一种有前途的清洁能源。来源:阿贡国家实验室
由两个氢原子组成的氢分子可以用来生产无碳能源。氢分子携带大量能量;一磅氢气所含的能量几乎是一磅汽油或柴油的三倍。
然而，氢分子在地球上并不丰富，占大气的比例不到0.0001%。正因为如此，氢必须从含有它的其他物质中产生。在不使用化石燃料的情况下，最常见的生产氢的方法是用电将水(H2O)分解成氢(H2)和氧(O2)。这个过程被称为水电解，是无碳制氢的一个很有前途的选择，因为电力可以来自核能或可再生能源，如风能和太阳能。科学家和工程师们正在努力改进和降低水电解制氢的成本。
在电解过程中，水在阳极分裂形成氧、氢离子和电子。电解质材料允许氢离子通过，但迫使电子单独流向阴极，两者在阴极重新结合形成用作燃料的氢气。来源:阿贡国家实验室
他们还在开发利用和模仿光合作用等生物过程，将太阳能和水直接转化为氢的方法。
一旦氢被生产出来，有几种方法来利用它作为能源。最突出的是燃料电池，它将储存在氢和氧中的化学能转化为电能。与以汽油为燃料的发动机不同，没有二氧化碳等有害排放物。与普通电池不同，燃料电池系统不需要长时间的停机充电。它们的燃料就像汽油发动机一样，但使用的是氢气。
氢可以用于燃料电池或在发动机中作为燃料燃烧。科学家和工程师正在努力改进这些技术，以取代运输和电网中化石燃料的使用。来源:阿贡国家实验室
一种用于汽车、卡车、叉车、公共汽车、轮船和火车的氢燃料电池正在开发中，它将氢分子分解为电子和质子。电子被迫流过电路，产生可用的电力供应。与此同时，质子能够穿过薄膜，最终与电子重新结合，并与空气中的氧分子反应产生水，这是唯一的排放物。
美国能源部阿贡国家实验室的科学家们正在利用世界一流的设施和专业知识推进氢科学和技术。我们的研究人员正在降低氢气生产的成本，为氢动力汽车开发负担得起的燃料电池。他们还在评估氢的生产、运输、使用和储存方法，以尽量减少温室气体排放。
