美国能源信息署——氢能解释、氢气的使用
氢气有许多实际和潜在用途
氢气用于工业过程，用作火箭燃料，以及用于发电和为车辆提供动力的燃料电池。几家天然气发电厂的运营商正在探索将氢气作为天然气的补充或替代品。氢气具有间接储存能源用于发电的潜力。
氢气用于工业过程
美国消耗的几乎所有氢气都被工业用于提炼石油、处理金属、生产肥料和其他化学品以及加工食品。美国炼油厂使用氢气来降低燃料的硫含量。生物燃料生产商还使用氢气生产加氢处理植物油 （HVO），用作可再生柴油。
氢燃料电池发电
氢燃料电池通过结合氢原子和氧原子来发电。氢气通过电化学电池（类似于电池）与氧气反应，产生电、水和少量热量。
燃料电池的尺寸、类型和应用各不相同。燃料电池发电厂为各个设施提供电力，在微电网和未连接到电网的偏远地区具有潜在应用。一些汽车制造商已经开发出用于为车辆提供动力的燃料电池。
燃料电池发电厂
燃料电池发电厂发电（在少数情况下还产生热量），主要作为单个建筑物或设施的补充或备用电源。截至 2024 年 3 月底，美国在 151 个设施中拥有约 210 台正在运行的燃料电池发电机，总铭牌发电容量约为 384 兆瓦 （MW）。1铭牌容量范围从康涅狄格州 Bridgeport Fuel Cell， LLC 工厂最大的单一燃料电池（铭牌容量约为 17 MW）到加州理工学院的 10 个燃料电池（每个容量为 0.1 MW）。大多数运行中的燃料电池使用管道天然气作为氢源，但有 5 家燃料电池发电厂使用废水处理产生的沼气，1 家使用垃圾填埋气。2022 年，燃料电池的发电量不到美国年发电总量的 1%。
汽车燃料电池
根据 1992 年《能源政策法案》，氢气被归类为替代汽车燃料。人们对氢气作为替代运输燃料的兴趣主要源于它为零排放车辆（不排放空气污染物的车辆）中的燃料电池提供动力的潜力。燃料电池的效率可能比使用汽油的内燃机高 2 到 3 倍。一些汽车制造商拥有氢燃料电池汽车。一些测试车辆可供可以使用加氢站的组织使用。
燃料电池的高成本和加氢站的有限可用性限制了当今使用的氢燃料汽车的数量。氢燃料汽车的生产是有限的，因为如果加氢站不容易到达，人们就不会购买这些汽车，如果公司没有氢燃料汽车的客户，他们也不会建造加氢站。美国有大约 60 个氢燃料汽车加氢站，全部位于加利福尼亚州。加利福尼亚州的先进清洁汽车计划包括协助在加州建立可公开访问的氢能汽车加氢站，以促进零排放燃料电池汽车的消费市场。
氢气可以燃烧用于发电和供暖
燃烧氢气发电和供暖是纯氢气或富氢天然气混合物的潜在用途。然而，在现有的天然气分配基础设施和燃烧设备中使用氢气和氢气混合物会带来许多与材料兼容性和燃烧特性相关的挑战。在改造商用燃气轮机中的天然气燃烧器以适应高氢混合物（高达 100% 的氢气）方面已经取得了一些进展，但在氢气有资格用于公用事业规模的发电之前，还需要继续研究、开发和示范 （RD&D）。美国的几家发电厂已宣布计划在燃气轮机中使用天然气-氢燃料混合物运行。俄亥俄州的 Long Ridge 能源发电项目就是一个例子。还需要研发来评估在加热设备中使用氢气和氢气-天然气混合物的兼容性。
氢气可用于储能
储氢是实现美国经济中氢气使用的一项重要技术。氢气可以储存为：
气体
- 氢气可以作为气体大量储存在自然地质构造中 - 盐穴、衬砌的硬岩洞穴、枯竭的石油和天然气田以及含水层。气态氢也可以以相对较小的体积储存在加压固定或便携式储罐以及专用氢气管道基础设施中。气态储存是扩大储氢的最常见和最可能的选择，因为大多数氢气用作能源。 液体 — 氢气可以通过冷却至 -423 以下来液化oF （−253o液化氢可以储存在过冷（低温）罐中，用于燃料电池汽车的运输应用，或直接作为卡车、铁路、船舶和火箭发动机的燃料——NASA 拥有世界上最大的两个液氢储罐。氢气液化和碳化液体储存是一个能源密集型且昂贵的过程。
氢气可以通过将可再生能源产生的能量储存数天甚至数周来促进电力部门的脱碳。当可再生能源产量高时，可以用可再生资源生产氢气，当可再生资源有限且电力需求高时，可以储存氢气以发电。一个例子是犹他州的先进清洁能源存储项目，该项目计划储存大量由可再生资源产生的气态氢，用于长期的季节性能源储存。
