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氢气是氢元素形成的一种单质，化学式为H2，常温常压下是一种极易燃烧、难溶于水、无色无味的气体。氢气具有无毒、还原性好、绿色无污染、抗氧化性能良好、分子量低、燃烧热值高等特性，在化工、电子、汽车、新能源发电、燃料、医药等领域应用较为广泛。氢气作为一种优质的能源载体，也是一种十分重要的工业原料，它不仅可以用于能源、交通，也广泛应用于石油、化工、电子、冶金、油脂、航天、轻工业等领域。
氢在农业上的应用
现在农药和化肥的滥用产生环境污染、土壤破坏以及食品安全问题。氢气已被证明对植物生长发育、抗逆性、品质和采后保存具有积极影响，在应对气候变化、粮食安全和绿色农业发展方面具有重大潜力。已经开发了多种用于农业的氢气应用。
研究发现，氢气在促进种子萌发速率、调控花期、提高植物的抗盐碱、干旱的能力、提高病虫害抗性、提高农产品品质都有着显著的作用，氢水处理往往可以促进植物的生长，从而可以减少化肥的使用。
此外，氢气在农产品的质量提高、采后保存、保质期延长和运输方面发挥着积极作用，从采后到餐桌前都能保持农产品的高质量。这些发现也为氢气的综合大规模应用提供了良好的基础。
氢在工业上的应用
氢能既是二次能源、能源载体，也是重要的工业原料，将支撑未来经济社会的可持续发展。 氢作为一种清洁低碳的工业原料，目前已得到广泛应用。在化学品合成中氢气占比最大约65%，主要用于氨、聚合物、树脂合成。此外，在氢化裂解、加氢精制、金属冶炼等行业都有广泛应用。
氢在化学工业的应用
氢作为化工生产过程中的重要原料，在化学领域中的应用占比较大，随着化工与材料的需求量的增加，化工行业规模的进一步扩大，用氢量还会进一步增加。公开数据显示，目前生产合成氨用氢占比为37%，甲醇用氢占比为19%，炼油用氢占比为10%。氢气是合成氨、甲醇等的主要原料之一。
另外，石油加工过程对氢气的需求也较大。在炼油工业中，氢气被广泛用于对石脑油、粗柴油、燃料油和重油的脱硫、石油炼制、催化裂化，以及不饱和烃等的加氢精制，以提高油品的质量。
氢在冶金工业的应用
在冶金工业中，有色金属如：钨、钼、钛等生产和加工中，氢气被用作为还原剂和保护气。在硅钢片、磁性材料和磁性合金生产中，也需要高纯氢气作保护气，以提高磁性和稳定性。在精密合金退火和粉末冶金生产中，薄板和带钢轧制中常用氢-氮做保护气。
炼钢主要分为采矿（铁矿石和煤）、选矿、备料与炼焦、炼铁、炼钢等几个关键步骤。传统的高炉炼铁选用焦炭作为原料之一，通过焦炭燃烧提供还原反应所需要的热量并产生还原剂CO，在高温下利用CO将铁矿石中的氧夺取出来，将铁矿石还原得到铁，并产生大量CO2。目前的炼钢企业大都采用该技术，因此钢铁行业碳排放量大，污染严重。
在“双碳”目标下，钢铁工业急需改进工艺，减少生产过程中的碳排放。使用纯氢气或氢气混合气直接还原替代焦炭还原，能够有效降低炼钢行业的碳排放量。
氢在电子工业的应用
电子工业中电子材料、半导体材料和器件、集成电路及电真空器件生产中，都需要高纯氢做还原气、携带气和保护气。电子级高纯氢气纯度需达到99.9999%及以上的氢气，主要包括6N高纯氢气与7N高纯氢气等。
目前，主要应用于大型和超大规模集成电路制造、充气电子管填充、电真空材料制造、电子微芯片制造、线材与带材制造、氢燃料电池制造、电子管极阴极与栅极制作等场景，应用领域较为广泛。同时，7N及以上电子级高纯氢气还可应用于硅外延、LED、液晶面板等领域，市场需求空间广阔。
氢在油脂工业的应用
在油脂工业中，将液态油氢化为固态或半固态的脂肪，生产人造奶油或肥皂工业用的硬化油，可稳定贮存，并能抵抗细菌的生长，提高油的黏度。此外，氢气还用于动植物油脂的硬化，如制造人造奶油、脆化奶油、润滑脂等。
氢在轻工业的应用
轻工业中，如：石英玻璃、人造宝石的制造和加工生产中，都使用氢气做燃烧气或保护气。在玻璃生产中，氢气是一种不可或缺的重要原料和能源。作为能源，以氢气替代玻璃生产过程中所使用的化石燃料，可以实现碳排放的减少。
作为原料，氢气可以用作玻璃熔炼过程中的气氛保护剂。在玻璃熔炼过程中，高温会使得玻璃中的杂质氧化，影响玻璃质量，氢气可以与氧气反应生成水蒸气，起到保护作用。通过控制氢气的流量和浓度，有效降低玻璃中的杂质含量，提高玻璃的纯度和质量。其二，氢气具有较强的还原性，可以与玻璃表面的氧化物质发生反应，去除表面的污垢和杂质。其三，氢气可以用于玻璃的热处理过程中，减少玻璃在加热和冷却过程中裂纹的产生。其四，在玻璃的气蚀加工中，氢气可以实现玻璃高效精确的加工。
氢在航天动力的应用
由于氢气所具有的良好的燃烧性能，一直以来都被视为航天工业中的重要燃料。2022年10月，国际民航组织（ICAO）在第 41 届会员大会上确定了航空业的长期气候目标：2050年前实现国际航空业务的净零碳排放。在航空业的碳排放中，由航空煤油燃烧产生的占了79%，氢能源以其零碳排放的特性吸引航空业界的广泛关注，未来市场需求潜力巨大。
氢能的零碳属性为航空业脱碳带来巨大希望，在航空领域的应用愈发引起业界重视，氢能航空相关的研发活动显著增强，包括航空氢动力、机载储氢、液氢分配系统和机场氢能基础设施等方面，而航空氢动力的研发主要集中在氢涡轮动力和氢燃料电池动力两个方向，欧盟清洁航空联合行动（CAJU）更是将氢动力飞机视为三大重点研发领域之一，CAJU将成熟并验证所有相关系统（机载液氢储存、燃料分配系统、氢燃料电池动力和氢涡轮动力等），以便集成到未来的飞机中。
空客公司全面布局氢能航空，并联手CFM国际公司、GE公司和赛峰集团研发氢涡轮动力技术，并计划在A380 MSN1测试飞机上开展燃氢试验，氢储罐、液氢分配系统和氢涡轮动力等组件在完成地面测试后，将于2026年年底之前开始飞行测试，目标是2035年投入使用。
▲空客公司的氢燃料电池动力
氢在医学上的应用
氢气以其安全、有效、渗透性强、代谢产物只有水等特点,逐渐进入医学研究者和临床工作者的视野, 氢分子具有广谱抗炎抗氧化效应和高的生物安全性,在炎症相关的众多重大疾病中展现出明确的生物学效应。因而,氢气治疗成为一种新兴的、且非常有应用前景的治疗策略。
大量研究证明,氢气对于包括肿瘤、炎症损伤、代谢疾病、神经性疾病等百余种疾病具有潜在的治疗作用。2020年新型冠状病毒肺炎(新冠肺炎)疫情全球大流行期间,氢气在新冠肺炎辅助治疗中也崭露头角，钟南山院士在“第七届全国氢生物医学大会”上再次肯定了氢氧混合气对呼吸系统疾病的治疗作用。《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）》中也建议吸入氢氧比例（66%：33%）的混合气体，以改善炎症反应，取得更好临床疗效。
参考文献
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