氢和氦：小分子 大技术

知名行业技术网站 IDTechEx 最新报告：两种最轻气体氢气和氦气，正在推动动力、交通和制造业未来技术。

从支撑发电的天然气到推动气候危机的二氧化碳排放，不可否认气体对现代生活产生了重大影响。

两种最轻的气体——氢气和氦气——虽然由小分子组成，但在未来的技术创新中发挥着重要作用。主要应用领域包括交通、发电和半导体制造。

氢能发电

氢气是一种能源载体，可以替代化石燃料为未来提供动力。燃料电池可以通过与氧气的化学反应将氢气转化为电力。

由于固体氧化物燃料电池具有长使用寿命和燃料灵活性，非常适合可持续数据中心所需的持续发电。

随着AI热潮的持续，一些数据中心已经开始使用以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池，并计划在经济性和基础设施条件成熟时转向低碳氢气。

对于汽车，燃料电池电动车也可以通过储存的氢气与空气中氧气的反应来提供动力。燃料电池电动车的市场将取决于各国对绿色氢气项目的投资和加氢站的推广。

氢气助力钢铁工业脱碳

对于钢铁工业，使用竖炉的天然气直接还原铁（DRI）生产已经成熟。基于氢气的DRI（H2-DRI）工艺代表了向更绿色钢铁生产的下一个逻辑发展。

Midrex和Energiron竖炉工厂已经成功演示了氢气或富氢气体的使用，如瑞典SSAB的HYBRIT项目和中国河北钢铁集团的项目所证明的那样。

基于氢气的绿色钢铁生产的成功将很大程度上取决于绿氢和蓝氢的可用性及配套基础设施。IDTechEx的"绿色钢铁2025-2035：技术、参与者、市场、预测"报告预测，到2035年将有4600万吨钢铁通过氢气技术生产。

核聚变用氢同位素

即使是氢的重同位素也发挥着重要作用。氘和氚是核聚变技术的基本燃料，有望提供高能量密度、持续的绿色能源，且无熔毁风险。

根据IDTechEx的"聚变能源市场2025-2045：技术、参与者、时间表"报告，商业聚变公司迄今已筹集超过90亿美元，越来越多的政府将聚变视为现代版的"太空竞赛"。参与者正在追求不同的反应堆设计和燃料，带来了各种材料机会和供应链挑战。

半导体制造所需的氦气

氦气因其冷却和惰性特性广泛用于制造工艺。它对半导体生产过程中的热管理至关重要。

随着半导体制造向更小节点发展（对AI、自动驾驶汽车等至关重要），对氦气的依赖将继续增长。

氦气是有限资源，因此氦气生产技术和氦气替代品将变得越来越重要。

氢气和氦气生产的关键材料

从绿色氢气生产电解槽中的离子交换膜到氦气和氢气生产中使用的气体分离膜，本文探讨的应用为化学和材料公司提供了重要机会。

绿色氢气材料需要用于催化剂、电极、多孔传输层、气体扩散层、双极板和垫片等组件。创新包括铱含量更少的新催化剂以降低成本。对于气体分离膜，新型钯合金金属膜的开发可能实现超纯氢气分离。