近期，中国科学院院士，李四光地质科学奖获得者，现任中国石油天然气集团有限公司新能源首席专家、中国石油深圳新能源研究院院长邹才能发表了《氢能工业现状、技术进展、挑战及前景 》的文章。文章阐述了氢产业链中制备、储运、应用等重点环节主要关键技术进展，分析了氢能工业化现状与发展的新趋势，探讨了氢工业发展所面临的挑战，展望了氢能产业的发展与未来，为氢能相关产业加快发展和能源公司加速转型提供了理论支持，为构建“氢能中国”提供了参考。本文选自这篇报告。

  在“双碳”目标的背景下，需要探讨氢气能源战略意义，分析氢能制备、储运和应用中的技术进展以及存在的挑战与机遇，积极推动“氢能中国”战略的实现。

  目前全球氢能行业总体处于发展初期，在终端能源消费量中占比仍然很低。尽管目前开展氢能行业布局国家的合计经济总量已占据全球的75%，但受限于多方面的制约因素，氢能行业尚未形成全产业链与合力，未能全面推动生产生活进步，其问题大多如下：

  1) 氢能关键材料及设备零部件要求苛刻、工艺复杂、成本高昂，并且不同国家、不同部门之间的技术差距明显。尤其对于我国来说，一些关键技术仍然被国外所垄断。如PEM制氢技术中的核心部件质子交换膜，目前美国杜邦公司的Nafion全氟磺酸膜在全球市场具有超过90%占有率，技术突破难度大。

  2) 电解水制氢技术是实现绿氢大规模生产的最有希望的途径，但其成本过高，主要由电价导致，短期仍无法完全替代碳排放量较高的化石燃料制氢。目前电解水制氢在我国氢能源结构中占比不到2%，短期内仍需依靠煤制氢来保障氢能行业的供给。

  3) 受限于我国可再次生产的能源资源的分布状况，制氢端与用氢端往往存在着较大的时间和空间错位性，尚未形成完善的氢气存储和输运网络渠道。我国西北地区拥有丰富的风、光资源，而具有大规模用氢需求的则主要是经济发达及人口密集的东南地区。

  4) 较之于石化能源产业，氢能属于新兴能源，目前缺乏相应基础设施整体布局。例如城市加氢站、输氢管道、工业副产氢纯化系统等支撑设施严重不足。因此，目前氢能全产业链体系上下游难以形成有效联动，尚未健全。

  5) 当前用氢端需求关注方向过于单一，大多分布在在氢燃料电池及其交通载具方面，目前成熟度偏 低、规模不大。而氢能作为能源载体，在传统能源密集型产业及新型氢能应用场景中，需求尚且没得到全面开发。

  6) 氢能技术标准不完善，涉及氢品质、储运、加氢站和安全等内容的技术标准较少。例如在可再次生产的能源制氢、液态储氢、工业用绿氢等新型氢能领域的技术工艺、装置设备及生产运营环节，急需一套健全的国际、国家或行业标准，以此来规范氢能行业市场健康发展。

  与当前构建天然气工业一样，我国正在构建制氢、储氢、运氢、加氢、用氢等氢气能源工业体系(图3)。针对氢能行业在技术、经济性及布局规划上的挑战，结合产业链所有的环节，对氢能未来发展进行如下展望。

  1) 在制取氢方面，氢能作为二次能源，要实现真正意义上的零碳排放，它的发展不可避免地将依赖于太阳能、风能等可再次生产的能源技术的突破。通过电力成本与设备成本的协同降低，方可体现绿氢的经济优势。较之于日本、韩国等国家，我国幅员辽阔，具有广阔的沙漠、戈壁、荒漠、草原及海域资源，能够给大家提供丰富的太阳能、风能、潮汐能等可再次生产的能源资源，在发展绿氢方面具有先天优势，可以加快实现“氢能中国”战略。

  2) 在储运氢方面，氢的长距离储运将以天然气管道掺氢或新建纯氢管道输氢为主，中短距离要以如氨等多种储运技术结合，并因地制宜地发展。随着制氢端的技术突破，通过输氢网络交联，在氢能的下游如工业、交通和建筑等领域大规模普及，绿色“氢经济”的概念将转变为现实。

  3) 在应用氢方面，随着行业聚焦与技术发展，期待很高的是氢燃料电池，带动交通领域应用的变革。在各类需要用氢的化工领域，如炼油、合成氨、甲醇生产以及炼钢行业，绿氢将逐步取代灰氢。在其他诸多传统能源密集型产业，氢能也将代替化石能源作为能量载体进行供能。在建筑领域，采用绿色氢能的分布式冷热电联供系统，也是节能减排的重要方式。同时，更多的氢能应用场景将得以逐渐开发。

  )预测，全球在2050年，仅工业及氢燃料电池领域将有3.6×108t的氢能需求量。目前氢能已成为欧盟、美国、日本、韩国等发达经济体能源转型的战略方向。全球氢能产业链正逐渐形成，对氢能的高效利用已然成为全世界的共识。我国正在积极跟进氢能行业发展大势，加大氢能制备与应用领域技术与相关设备自主研发，加快实施“氢能中国”战略。

  1) 加大可再次生产的能源制氢领域技术攻关，积极推动试点示范，在玉门、新疆、青海、大庆、吉林等风、光资源丰富地区，推进清洁、低碳、低成本氢能制备产业体系建设，形成绿氢制备大规模发展，并持续开展电解海水制氢、光催化制氢、微生物制氢等技术探讨研究，逐步提升“绿氢”在终端能源消费中的比重。具体做法包括：①加大可再次生产的能源电解水制氢、光解水制氢等科学机理及氢脆失效、低温吸附、泄漏/扩散/燃爆等氢能安全基础规律研究，储备自主研发核心技术；②重点开展低成本、高效率、长寿命的质子交换膜电解水制氢、固体氧化物电解水制氢成套工艺、大功率碱水电解制氢等关键技术开发；③在我国西北地区风、光资源丰富地区打造“零碳”产业园，开展清洁、低碳、低成本氢能制备产业体系建设与试点示范；④探索利用氢能实现季节性储能，提高弃风、弃光利用率，增强电网系统调峰力度，将可再次生产的能源与电网、气网、热网和交通网连为一体，解决可再次生产的能源生产与消纳错位的问题。

  2) 依托能源行业丰富的基本的建设与储运经验，探索固态、深冷高压、有机液体等氢储运方式应用，统筹推进氢能基础设施建设，布局中长距离输氢管网建设，在重型卡车多的码头与运输高速路线上构建加氢站网络，加快构建安全、稳定、高效的全国氢能供应体系，逐步构建便捷和低成本的氢气运输网络。具体做法包括：①加大固态、深冷高压、有机液体等关键技术攻关，开展天然气管道掺氢、纯氢管道输送液氨等试点示范，利用管道或车载实现氢气安全高效输运；②统筹布局建设加氢站，有序推进加氢网络体系建设，利用现有加油加气站场地设施改扩建加氢站，探索站内制氢、储氢和加氢一体化加氢站新模式；③发挥氢燃料电池汽车加氢时间短、续航里程长、低碳无污染等优势，推动氢燃料电池汽车在重载及长途交通运输等领域先行示范。

  3) 配合我国的东北、华北北部和西北地区(简称“三北”地区)绿氢规模发展与东部沿海“海氢上岸”布局，积极引导氢能在化工、炼钢、交通、储能、发电等高能耗高排放行业替代，加大氢能应用领域技术与相关设备自主研发，结合工业领域替代化石燃料应用，构建以绿氢为核心的“氢工业”全产业链体系。具体做法包括：①开展以氢作为还原剂的氢冶金研发技术与应用，探索氢能在工业生产里作为高品质热源的应用；②扩大氢能替代化石能源应用规模，积极引导合成氨、合成甲醇、炼化、煤制油气等行业，由高碳工艺向低碳工艺转变；③推动氢作为二次能源介质，在大规模储能及分布式发电、备用电源、移动式电源、家用热电联供系统等领域取得规模应用突破。

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