氫能是指以氫及其同位素為主導的反應中或氫在狀態變化過程中所釋放的能量。它可以產生于氫的熱核反應，也可來自氫與氧化劑發生的化學反應。前者稱為熱核能或聚變能，其能量非常巨大，通常屬核能范疇；后者稱為燃料反應的化學能，就是人們通常所說的氫能。氫作為能源，具有許多優點：①所有元素中，氫的質量最輕，它是除核燃料外發熱量最大的燃料，它的高位發熱量為142.35kJ/kg，是汽油發熱值的3倍；②氫是自然界中存在最豐富的元素，據估算它構成了宇宙質量的75％，在地球上，自然氫存在的量極其稀少，但氫元素卻非常豐富，水是最豐富的含氫物質，其次是各種化石燃料（天然氣、煤和石油等）及各種生物質等；③氫本身無毒，與其他燃料相比，氫氣和大氣中的氧氣燃燒或反應后，只生成水，因而清潔無污染；④氫的燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，而且燃點高，燃燒速度快；⑤氫能利用形式多樣，即可通過燃燒產生熱能，在燃氣輪機、內燃機等熱力發動機中產生機械功，又可以作為燃料用于燃料電池；⑥氫可以以氣態、液態或固態形式、金屬氫化物形式和吸附氫等形式存在，因此能適應儲運及各種應用環境的不同需求。氫能和電能一樣，沒有直接的資源蘊藏，都需要從別的一次能源轉化得到，所以，氫能是一種二次能源。與電和熱等載能體相比，氫最大的特點是可以大規模地以化學能形式儲存。作為一種二次能源，氫能具有的優勢和對能源可持續發展支持的潛力是多方面的。氫能不僅對未來長遠的能源系統（聚變核能和可再生能源為主）具有巨大意義，而且對人類仍將長期依賴的化石能源系統也具有重要的現實意義。氫能體系的內涵可理解為建立在氫能制備、儲存、運輸、轉換及終端利用基礎上的能源體系。在這樣的體系中，氫作為能源載體，成為能源流通的貨幣或商品，氫能既是與電力并重而又互補的優質二次能源，又可以直接應用于各種動力或轉化裝置的終端燃料能源，滲透并服務于社會經濟的各個方面。21世紀人類將邁入氫經濟時代，然而要真正實現氫作為能源的廣泛使用，還需要解決氫的規模生產、儲存、輸運及高效轉化利用等一系列關鍵科學技術問題。從世界氫能迅猛發展的勢頭看，21世紀前20～40年將是各種氫能關鍵技術商品化和產業化的重要階段，其技術實用性和生產成本等都將取得重大突破。我國應盡早制定我國氫能發展總體戰略規劃，大力開展相應關鍵技術的研發與示范。
（一）國際能源署（IEA）的氫能戰略
IEA的氫能項目戰略目標為，通過國際合作和信息分享，推動、協調并保持氫能領域的創新性研究、開發和示范活動。主要關注技術、能源安全、環境、經濟性、市場、部署以及拓展等七個方面的內容。IEA氫能項目自1977年以來，已經實施和正在部署的實施項目達到28個，20多個國家承擔了氫能利用和制備方面的項目。這些項目針對的前景為：氫能在未來經濟中的各個方面發揮重要作用，形成清潔的可持續發展的全球能源供應體系。項目實施的目標為：加快氫能實施和推廣應用。項目實施的戰略為：加強國際合作和信息交流，促進、協調并維持創新研究、發展和示范活動。2005年12月，國際能源署發布了《氫能與燃料電池前景展望（Prospects for Hydrogen and Fuel Cells）》報告，對氫能在未來能源供給多樣性，以及限制二氧化碳排放方面的作用給予期待，同時，探究了氫能發展潛力和燃料電池在未來能源市場的地位。但從真正進入市場方面來看，報告認為氫能和燃料電池還需要實現重大的技術突破，在降低成本同時還需要政府的政策扶持。報告認為，基于氫能的特點，用于車輛系統的氫能與燃料電池研發最為熱門。而在眾多車用能源可選技術方案中，氫能源燃料電池可能是最難實現的方案。這也吸引了全球政府和公司最大關注興趣及空前的研發投入。目前，全球范圍內有約400項的車用氫能與燃料電池示范項目在進行過程中，在最有利的條件得以滿足的情況下，到2050年，全球30%的車輛將會以氫能燃料電池驅動，即大約7億輛汽車的保有量。
（二）美國的氫能發展戰略
美國從本國能源供應安全角度出發，為了能夠逐漸減少對國外進口石油的依賴，較早開始了氫能和燃料電池的研發。從立法、政策和國家重大研究項目的立項三個層面來確保美國氫能和燃料電池技術的國際領先地位。2001年，美國政府再次通過2001氫能法案（HydrogenEnergyActof2001），主要涉及氫能商業化應用的研究和演示以及開發氫能生產的方法，減少環境影響，降低從可再生能源和非可再生能源制氫的成本和能耗，該法案還明確撥款4億美元作為2002～2006年度研究經費。迄今為止，美國已經啟動實施了三個氫能重大研究計劃。
首先是2002年開始實施的自由汽車合作研究和燃料行動計劃（Freedom CAR and Fuel Initiative）。2003年，美國總統布什宣布，撥款17億美元實施這一計劃，其中12美元用于在未來5年發展關于氫能生產、儲存和分配所需的技術和基礎設施。該計劃的主要目標是：降低氫能成本，2010年前使氫能成本從當前汽油的4倍降低到與之同一水平；②提供有效的氫能存儲技術，實現氫燃料電池的經濟可行性；③到2020年使燃料電池汽車的市場競爭力于內燃機汽車相當，實現燃料電池汽車的商業化。其次是2003年2月美國政府宣布啟動的未來一代（FutureGen）計劃。該計劃為期10年，總經費10億美元，目標是涉及、建造并運行276MW示范工廠，生產電力和氫能并實現零排放，以此證明煤基零排放技術的工程、經濟和環境可行性，以實現煤清潔發電，最終達到零排放的目標以及CO2的永久封存。第三就是美國能源部為了配合美國能源政策的實施，提出的一個龐大的全面涉及氫能生產、儲存、運輸和燃料電池應用的氫能計劃（Hydrogen, Fuel Cell & Infrastructure Technologies Program），該計劃的主要內容包括：①開發針對短期、中期和長期目標的氫能生產技術；②開發廉價和低重量儲氫技術，解決固定氫源和車載氫源，同時解決氫的運輸問題；③開發和優化氫的安全高效利用方法，減少排放或達到零排放；④為公用事業部門和交通部門的應用確定可持續的氫能供應系統；⑤對技術和過程進行評估和分析，確定能夠實現氫能利用的途徑。美國能源部提出的氫能計劃的近期，中期和遠期目標分別為：近期目標以化石能源和電解水提供氫氣，從而使氫氣以具有競爭力的價格提供給終端應用；中期目標發展分布式的燃料電池發電系統和燃料電池汽車在交通運輸上的廣泛應用；長期目標是以可再生能源系統產氫為社會提供潔凈的、豐富的能源；最終目標是以可再生能源生產廉價氫，使得氫能夠廣泛用作潔凈能源的載體和燃料。
美國能源部對氫能的展望為：未來20年，出于對全球氣候變化和能源安全的關注，氫能將在一些特定市場的應用上取得突破，最終，氫能和電能將來自可再生能源，但是，化石能源在這期間仍將是主要的過渡性資源。燃料電池技術的發展將提供一個機遇，使得氫在交通部門和發電方面的應用具有廣闊的市場前景。至此，美國對氫能的規劃從最初對高效過程的追求逐漸過渡到擺脫石油資源的依賴和CO2的減排上，并形成了相對成熟的“氫經濟”構想，提出了四個自由的原則：①擺脫對國外石油的依賴；②消除CO2和其他污染物的排放；③國民能夠不受時間、地點和車型的限制自由駕車出行；④便利地獲得燃料供應。
（三）歐盟的氫能發展戰略
2002年，歐盟委員會主席普羅迪在15個成員國會議上表示，歐洲已確定新能源使用目標，即到2010年，歐洲電力需求的22％，所有能源需求的12％必須來自新能源，到2020年所有可替代能源的5％來自氫。為實現此目標，歐盟委員會撥款20億美元作為未來5年可轉換能源項目的研究經費，研發經費比過去5年增加了20倍，研究目標集中于燃料電池的發展。2003年，總金額高達175億歐元的歐盟第六框架協議開始啟動，其第一輪資金支持的氫能項目約有30個，共投入資金1億歐元，涉及氫能制造（1460萬歐元）、氫能貯藏（1070萬歐元）、氫能安全及其標準制訂（750萬歐元）、氫能的傳輸（2134萬歐元）、氫能的最終應用（1350萬歐元）、高溫燃料電池（1510萬歐元）、SOFC燃料電池（1495萬歐元）、便攜式燃料電池（275萬歐元）以及其他通用技術研發（21萬歐元）。盡管歐盟對氫能及燃料電池的投入規模較大，但是相對于FP6的175億歐元資金投入總額，其份額很小，不到1%。目前，歐盟正在實施從2007年至2013年的第七個研究、技術發展與示范活動框架計劃（簡稱FP7），總預算為505.21億歐元，其中能源領域的預算總額為23.50億歐元，研究目標是優化目前能源結構，以可再生、無污染的多樣化能源為基礎，減少對進口燃料的依賴；提高能源效率，包括能源的合理利用及儲存；應對能源供應安全和氣候變化問題的同時，提高歐洲工業的競爭力。該計劃中設立了專門的氫能和燃料電池專題。
（四）日本的氫能發展戰略
日本從自身資源貧瘠的國情特點出發，非常重視新能源的開發，也是最早系統制定氫能發展規劃的國家。早在20世紀80年代，日本政府就成立了新能源和工業技術發展組織，負責日本燃料電池的技術開發。
日本通產省于1993年啟動了世界能源網項目，其目標是為構建一個環球能源網絡以實現氫能的高效供給、輸送與利用。該計劃分為三個階段，第一階段（1993～1998年）主要分析氫生產、儲存和利用的可行性，投資78億日元，進行基礎研究；第二階段（1999～2005年）推出氫的生產、儲存和利用示范工藝；第三階段（2006～2020年）實現氫的生產、儲存和利用商品化。該項目計劃總投入30億美元。目前，WE-NET計劃已在燃料電池現場發電或車用以及氫運輸和儲存方面開展了廣泛的研究，并取得了較大進展。WE－NET計劃在第一階段結束后，做出了修改，將第二階段縮短至2002年，投資81億日元，第三階段改為2003～2007年，主要發展氫能的安全使用和基礎設施的建設。為配合WE－NET第三階段的實施，NEDO在2002年啟動了為期三年的氫能與燃料電池示范項目，以期對氫能基礎設施、燃料電池車等進行前面的測試和評估。
（五）中國的氫能發展
作為世界上最大的發展中國家，我國政府重視發展氫能及其應用技術。目前，在氫能及燃料電池領域，已經初步形成了從基礎研究、應用研究到示范演示的全方位格局。在基礎研究方面，科技部973計劃已資助多個氫能項目：2000年，973計劃“氫能的規模制備、儲運及相關燃料電池的基礎研究”項目啟動，總經費3000萬元；2008年，國家科技部支持973計劃“利用太陽能規模制氫的基礎研究”項目繼續滾動，開展“高效低成本直接太陽能化學及生物轉化與利用的基礎研究”項目研究工作，經費總額4200萬元；在氫能與燃料電池技術應用示范研究方面，科技部863計劃也給與了重點資助：2001年，科技部投資3000萬元開展863計劃后續能源主題“氫能技術和高溫燃料電池技術”研究；2002年，科技部啟動電動汽車重大科技專項，在863計劃中安排8.8億元開展燃料電池客車和轎車研究，以期在燃料電池、燃料電池發動機及整車系統方面形成一整套擁有自主知識產權的核心技術，最終開發成功燃料電池公交車和燃料電池轎車；2006年科技部863計劃設立了“氫能及燃料電池技術”專題，共發布9個研究方向，包括制氫技術、儲氫和輸氫技術、燃料電池技術和氫安全技術等4個探索導向類以及分布式小型天然氣及液體燃料制氫技術、新型儲氫技術、加氫站系統技術、電站用質子交換膜燃料電池技術、固體氧化物燃料電池技術等5個目標導向類，立項48個課題，支持經費7313萬元。
2008年北京奧運會期間，我國自主開發的多輛氫燃料電池城市客車和燃料電池轎車首次投入運行。燃料電池城市客車在北京公交801路（區間）上示范運行，全天平均行程約85公里。本次燃料電池城市客車的示范運行不僅是科技奧運的“明星工程”之一，同時也是FCB項目的一部分，示范運行時間為期1年，將持續至2009年7月。燃料電池轎車作為公務VIP用車在奧運中心投入示范運營，與近500輛各類電動汽車一道，實現了奧運核心區污染零排放。在北京中關村科技園區永豐高新技術產業基地的北京新能源交通示范園建有占地面積近4000平方米的加氫示范站，一期包括加氫示范站外供氫氣貯存、加注系統和新能源車輛示范運行維護基地，已于2006年10月建成。二期包括新能源產業創新中心、新能源交通教育館、現場制氫裝置等，現已建成全面投入使用。燃料電池車加氫需要20分鐘，加滿后行駛250公里左右。基本上，一輛車每天回站加氫一次。在日前召開的2008（首屆）中國綠色能源汽車發展高峰論壇上，科技部部長萬鋼說：“我國自主研發的節能與新能源汽車，在這次奧運示范運行考核中表現得非常出色，得到了各國代表的好評，取得了圓滿的成功。”
經過幾年的努力，我國在氫能領域取得了較大成績。一是形成了一支專業研究隊伍，目前，包括中科院、高等院校在內的十幾個科研機構在氫能領域開展研究工作；二是在氫能領域形成了一大批具有自主知識產權的新技術、新材料和新工藝；三是多家單位聯合開發成功了燃料電池公交車和燃料電池轎車，并進入演示階段。以上海神力、中科院大連化物所以及武漢理工大學為代表的研究團體初步建立了車用燃料電池自主知識產權體系，積累了燃料電池的車用經驗。盡管如今國際社會對氫能特別是氫燃料電池車的研究持更加冷靜和務實的態度，但在氫能及燃料電池技術研發與示范方面的努力一刻也沒有停止。發達國家依然投入大量的人力物力開展研究，開發各種高效率、高可靠性和低成本的新一代氫能利用新技術，以期推動氫能及燃料電池的技術進步，促進其商業化進程。
