氢能技术发展与应用概况

氢能是一种绿色高效的二次能源，具有清洁无污染、可储存、与多种能源便捷转换等优点，是未来清洁能源的重要组成部分。从全球看，作为重要技术创新方向的氢燃料电池汽车正逐步成为氢能大规模商业化应用的重要领域。我国氢能发展处于示范应用初期，未来将在新能源消纳、交通运输领域碳减排等方面发挥重要作用。

氢能产业链包括制氢、储运氢、用氢等环节。

在制氢方面， 主要依赖化石燃料 。2017 年全球氢气生产量超过6000万吨，其中96%来自化石燃料，大部分采用天然气和煤油制氢技术；电解水制氢产量仅占4%，制氢成本较高，是化石燃料制氢的两倍多。

在储运氢方面， 主要以高压储存和管道运输为主。 目前国内普遍采用具备高耐氢和耐压能力的25 至35 兆帕储氢罐，国外70 兆帕储氢罐已实现产业化。管道运输是运氢环节的主要方式，根据麦肯锡公司数据，截至2017 年年底，全球共铺设了4284 千米输氢管道，其中美国达到2400 千米，欧洲约有1500 千米。

在用氢方面 ，大部分局限在工业领域， 主要用途是作为化工行业的原材料，其中60%用于合成氨，38%用于炼油和煤炭深加工。在能源领域主要用于氢燃料电池汽车，截至2017 年年底，全球在运的氢燃料电池汽车超过6000 辆，加氢站达到286 座，主要集中在美国、日本和德国。此外还有部分燃料电池电站，2009年在比利时索尔维公司安装首座1MW 燃料电池发电站，由荷兰设计的世界首座2MW 级燃料电池发电站在2016年10月于中国营创三征(营口)精细化工有限公司交付使用，利用氯碱装置的副产品氢气作为能源进行发电。

1 、技术问题

氢能产业虽然近来取得了一定的发展，但是总体的发展速度仍然相对缓慢，从技术上看，主要是由于在 氢气制备、储运与使用三个环节中，均存在着需要攻克瓶颈问题。

在氢气的制备方面，目前国内制氢主要利用煤炭与水蒸气反应获得，会产生大量的碳排放，同时制得的氢气中含有一氧化碳，会导致燃料电池催化剂中毒失效，需要进行纯化处里，增加了成本。

在氢气的储存与运输方面，高压气态储氢和液氢储氢技术是目前最常用的两种技术，高压气态储氢是现阶段经济、实用的储氢方案，但总体储氢量仍然较低，同时罐体材料的价格较高；液氢储氢体积储氢密度高，但将液化耗能高、安全隐患大。固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物等作为储氢载体，通过化学吸附方式储氢，其储氢密度高于高压氢和液氢，但目前还处于研究和探索的阶段。

在氢能利用方面，在燃料电池是最具吸引力和最有前途的技术, 具有较高的能量利用效率，其理论效率接近83%。但目前燃料电池成本太高, 一方面是生产规模较小, 另一方面是原材料昂贵,目前广泛采用磺化全氟聚合物隔膜材料、铂和铂合金催化剂等，使其难以得到广泛应用。

2 、市场问题

对于氢的能源化利用，主要的技术路线是将氢储存后利用燃料电池转化为电能，从而实现减少污染物排放，降低化石能源消耗的目的。

但是，氢能技术面临着其他储能技术的竞争，例如蓄电池技术。与近年来技术飞速进步的蓄电池技术，发展相对缓慢。除了前述的技术问题以外，在基础设施建设上，充电站相对于加氢设施而言方便许多，而在生产方面以锂离子电池为代表的蓄电池也要比燃料电池更成熟，总体而言，从产业化的程度来看氢燃料电池比蓄电池落后五年，在最重要的应用场景——新能源汽车领域，面对已经成型的锂电池汽车，较晚才进入市场的氢燃料汽车在市场竞争中明显处于劣势。

从技术上看，氢燃料电池的难度远高于储能电池，也面临更多工程和商业化的问题，目前还处于产业化前期。虽然目前与储能电池相比在市场竞争上处于劣势地位，但是，氢燃料电池拥有较高的能量密度，可以使新能源汽车拥有较高的行驶里程与较短的燃料补充时间。因此，在氢能源领域，应当对产业链各环节存在的问题继续进行有针对性的过关布局，解决相关技术问题，提升市场竞争能力。

在制氢方面， 重点发展可再生能源制氢技术， 主要是电解水制氢技术，需要减少电解过程中能源的消耗，降低成本。也应关注固体聚合物电解制氢、核能/光热能高温电解制氢技术，此外要积极探索光/ 热化学水解制氢技术新技术。

储氢是制约氢能实用化、规模化的关键环节 ， 目前从短期来看还是以 高压储氢 为主，为了进一步提升储存压力，重点进行耐压耐氢脆材料的研发，从长期看 固态储（运）氢技术 具有较高的储氢量，需要解决重量储氢率低、放氢温度高和充氢速度慢等问题。

在氢能利用方面，主要针对燃料电池技术，进一步开展催化剂、质子交换膜、膜电极、双极板等 燃料电池核心技术 研究，提高电堆产品的性能和寿命，降低成本。优化燃料电池发动机集成与控制技术，开发高比功率燃料电池发动机技术，实现可靠性、耐久性等的全面提升。

此外，针对氢气储存运输方面的瓶颈问题，可研发 制氢与燃料电池集成应用技术。 日本目前的大力推广的家庭用燃料电池也是以天然气为原料，现场制氢供燃料电池发电，氢气因需而产，即产即用。我国可根据采用小型甲醇重整制氢技术与氢燃料电池结合的思路，来避免氢气储运所面临的技术问题，但需要解决整个系统体积与重量问题、制氢效率问题和制氢过程中一氧化碳等有害物质的抑制与消除问题。

（责任编辑：沈跃栋）

邵知寅，上海新能源科技成果转化与产业促进中心项目管理部主管。

零排放的氢能，加你不容易

“数”里行间 | 社会舆情视角下我国能源领域技术景气指数

关于长三角区域能源互联网发展的建议

基于大数据的我国能源体系供给侧改革问题思考

当能源互联网遇上区块链

互联网+分布式能源技术产业的创新路径（一）

互联网+分布式能源技术产业的创新路径（二）