国内外能源转型中，氢的利用是一个热点。氢是宇宙中分布最广、含量最多的元素。氢气是一种能量载体，其质量能量密度很高（142 MJ/kg），但体积能量密度很低（70 MPa时为5.6 MJ/L）。因为氢气在自然界中不能天然存在，因此氢不是一次能源，不能称“氢能源”，只能称“氢燃料”或“氢气”。
氢主要用作工业原料，例如用于炼油的石油化学工艺，用于化肥的合成氨生产，以及用于甲醇生产。在能源领域，可以通过燃料电池（fuel cell， FC）的电化学过程转化为电。FC不受卡诺效率的限制，因此有可能运行电效率高达60%，如果再利用发电过程中产生的热量，可以实现超过80%的理论效率。
表3给出了FC的3种用途。根据一份研究报告，全球FC市场规模2020年为41亿美元，2021年达到52亿美元。从2021年到2028年，将以23.2%的年复合增长率增长，其中固定场合应用预计占比最大，而交通领域应用增长率最快。
FC最主要的固定场合应用就是作为建筑能源，为建筑供电或用于热电联产。这也是氢燃料用于建筑的最主要路径。相对于汽车FC应用，建筑要求的功率密度、能量密度和负荷变化的斜坡速率都较低。FC基本没有振动和噪声，对贮存的安全要求也较低，更没有交通应用中对交通事故的担忧。而且它输出稳定，不会因负荷变化而损失效率。氢燃料可以利用天然气重整获得，利用燃气管道基础设施，相比交通应用中加氢站建设的巨大工作量而言简单得多。
图7为基于FC的建筑供冷示意图。图中FC除了利用余热提供除湿剂的再生外，还可以用发出的电力驱动制冷机，取代蒸发冷却。因为空气经过除湿，所以制冷机可以提高蒸发温度，取得更高的效率。
燃料电池作为热电联产（CHP）原动机，相比传统CHP技术有明显的优势。表4显示了各种CHP原动机的性能比较。
从表4可以看出，固体氧化物FC适合在CHP中应用，能得到较高的效率和较好的环境效益，但投资和运行成本较高（还没有考虑获取氢燃料的成本）。受制于电极材料的研发，我国目前尚不具备固体氧化物FC的制造能力。而固体氧化物FC的进口又受到西方国家的限制。国内目前极少量的FC固定场合应用，主要还是将汽车用的质子交换膜FC拼装在一起使用，而且制氢过程受到安全性要求的很多限制。相比日本，还有很大差距。
燃料电池在建筑领域应用，还要解决以下几个重要问题：
1）氢燃料的制备。
制氢技术有多种，适合城区和建筑规模应用的主要有2种。第一种是蒸汽甲烷重整（SMR），是从天然气中生产氢气的方法，是目前成本最低、最成熟的制氢工艺。它是用高温水蒸气与甲烷反应，生成CO和H，然后CO与水蒸气进一步反应，再次生成氢和CO。这种工艺过程在生产氢的同时产生CO。世界上近70%的氢气都是通过这种方法生产的。第二种是水的电解制氢，即用电力将水分解为氧气和氢气。水电解技术主要有碱性电解、PEM电解和固体氧化物电解。在城区和建筑层面较适合的是碱性电解，也是目前最便宜的技术。
前文已经介绍氢燃料通过发动机发电实现热电联产的能流。电解水生产1 m氢气约耗电5 kW·h，而用碱性电解方法生产氢气，按质量计量，生产1.1 kg氢气需要耗电39.4 kW·h、耗水9.1 kg，同时生成8 kg氧气。如果电解水的电力来源于电网供电，可参考图8流程。
图8中假定，制取1.1 kgH耗水电总计折合为40 kW·h，氢气供给电效率60%和总效率90%的燃料电池，发出电力驱动多联式空气源热泵供暖，包括FC余热总计供热71.2 kW·h。可以看出，由于燃料电池的电效率高于发动机发电，所以总效率较高。如果制氢电力的碳排放因子为0.583 9 kg/（kW·h）（2020年全国平均水平），则10 kW·h制热量的碳排放量为3.28 kg，仍然高于直接用天然气锅炉供暖的碳排放量。所以，如果没有可再生电力的支撑，电解水制氢（即使用燃料电池）目前并不值得提倡。而如果有可再生电力，则用燃料电池作为氢燃料动力装置应该是首选。
相比之下，天然气重整制氢工艺中，每kg产氢的碳排放量为10~12 kg，是电网电力电解水制氢的一半。如果用于图8所示供暖流程，最终碳排放量也是一半，有一定的减排效益。对于固定场合应用的燃料电池而言，原有天然气管道可以得到利用，天然气供应链得以维持。用燃料电池替代燃气锅炉，在不改变供暖品质的前提下获得减排效果。
此外，目前国内大量利用石化工业副产品提取氢，如氯碱副产气、油田伴生干气、焦炉煤气、乙烷裂解副产气等。这是一项节能降耗技术，但因为石化工业高碳排放的特点，由此产生的氢气归为”灰氢”。在城区应用首先要有工业副产气源，即附近要有大型石化工厂，其次还要投资实现氢气输送。
2）氢气输送。
主要通过交通运载工具输送和管道输送。城区建筑热电联产用氢燃料主要依靠管道输送。管道输送有2种方式。一种是新建氢气管道。管道需要由低至中等强度的钢制成（也可用高分子材料和纤维增强聚合物管道），在小于10 MPa的压力下输送氢气。运行中需要防止氢气泄漏，避免出现管材钢和焊缝的“氢脆”现象。另一种是调整部分天然气输送基础设施以适应氢气输送。最简单的是在现有天然气管道中掺入氢气（最高可达20%）。第一种方式需要投资建设管线。氢管线还没有成为城市基础设施的一部分，所以这还涉及谁来投资及管道穿越城区边界以外的土地的问题。第二种方式需要燃气公司等公用事业部门的配合，必须确保安全性，同时也涉及利益分配问题。
