氢能源发展现状

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氢能源在燃烧过程中的热值是天然气的 2.5 倍，是汽油的 3.2 倍，同时其燃烧后的产物除了水之外并无它物，碳排放为 0 ，正是由于氢能源具有绝对的清洁、环保、高热值等特点，因此在当今国内乃至全球推行碳中和政策 / 法规的背景之下，氢能源的发展得到了重视。

与其他任何能源的发展一样，想要让氢能源得到规模化的商业应用，那在此过程中就必然会形成该能源特有的产业链，按照从氢能源的生产到应用的过程可将其分为四大环节：氢能制取、氢能存储、氢能运输以及氢能应用。

图 1 氢能源产业链

而在每一个环节之中，又需要有不同的技术手段作为支持，如：

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1 ）氢能制取

在当下技术层面上，氢气的制取方式主要有：化石燃料制氢、工业副产气制氢、高温分解制氢、电解水制氢和其他方式制氢。

图2 氢能制取方式

化石燃料制氢： 通过煤、天然气等化石燃料进行制取。该种方式由于技术成熟度较高，同时原材料获取容易，因此制取的成本低，是目前制氢的主流手段，不过化石燃料在氢能制取过程中会产生较高的碳排放，这与清洁能源的路线相违背。

图 3 化石燃料制氢过程

工业副产气制氢 ：通过在工业生产过程中产生的富含氢气的工业尾气（如氯碱尾气、焦炉气等）作为原料，再利用变压吸附等技术将其中的氢气分离提纯出来，此种制氢方式几乎无需其他原料的投入，具有低成本的优势，但由于原料的来源主要是工业尾气，因此制氢的地点、原料则受到一定的限制。

图 4 工业副产气制氢过程

高温分解制氢： 通过甲醇裂解的方式制氢。该方式具有操作简便，所需设备少的特点，同时甲醇常温常压下呈液态，储运方便可降低生产成本，所使用的铜系催化剂廉价易得，副产物少，该技术之下制氢的纯度最高可到 99.9% 。在汽车行业中，吉利汽车已布局该技术用于混动系统中了。

图 5 甲醇裂解制氢过程

电解水制氢： 利用风、光、核等清洁能源为电力来源，通过在电解槽中通入直流电以电化学反应的方式来制氢，该技术工艺简单，制氢纯度高，并可实现碳的零排放，同时与清洁能源路线吻合，是未来的主要发展方向。但当前该技术能耗大、成本高，不利于商业化。

图 6 电解水制氢过程

其他方式制氢：如通过热化学转化法和微生物法进行制氢的生物质制氢技术。这其中热化学转化法已有规模生产的能力，而微生物制氢技术由于发展较晚，尚需进一步突破。

图 7 生物质制氢过程

在上述所介绍的多种制氢技术中其成本由低到高排列大致如下：

图 8 不同制氢技术成本对比

通过上述简单介绍，我们知道了制氢的技术路线多种多样，因此世界能源理事会根据制氢原料的来源将氢气分为“灰氢”、“蓝氢”、“绿氢”三类，不同类别的氢气其制氢过程的碳排放由高到低如下图所示：

图 9 不同类别氢气制氢碳排放

在上图的分类中，仅通过原料来源对氢气进行划分而未有量化的数据，是一种广泛的划分方式，如同样为电解水技术，采用当前电网进行电解水的方式进行制氢所产生的碳排放比化石燃料制氢所产生的碳排放还要多，而通过清洁能源的风电进行电解水制氢所生产的碳排放则是微乎其微。

图 10 不同技术下制氢生命周期 CO ₂ 排放量对比

而国内 / 全球发展氢能源的目的是为了降低碳排放，若制氢过程会产生过高的碳排放，那么该技术则与出发点相背，因此业界基于制氢过程中产生的温室气体排放量，定义了“低碳氢”、“清洁氢”与“可再生氢”。

图 11 通过碳排放分类氢气

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2 ）氢能存储

产品制取之后，唯有将其进行安全有效的存储方是其能大规模推广应用的前提，而氢气由于具有易燃易爆的特点，若未有成熟的存储技术，那么该能源将会是移动的炸弹。随着技术的发展，目前成熟的储氢方式可分为物理存储和化学存储两大类。

• 物理存储：高压气态储氢和低温液态储氢。通过改变储氢的物理条件提高氢气密度，该方式不需要储氢介质，具有成本低、氢气浓度高的特点。

• 化学存储：固体储氢和有机液体储氢。通过储氢介质在一定条件下与氢气发生化学反应生成稳定的化合物，再通过改变条件实现氢气的存储过程。

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• 图 12 氢气存储技术

• 表 1 不同氢气存储方式对比

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• 3 ）氢能运输

• 与其他能源的运输类似，氢气的运输方式主要有车载运输和管道运输两种。

• 车载运输：针对需求量小、距离短时所采用的一种运输方式，该方式通过车辆对存储的氢气进行递送，在短距离成本上具备优势明显。

• 管道运输：主要应用于距离远、需求量大的运输方式，在远距离的运输成本上较之车载运输具有明显优势。不过在我国当前氢能发展的态势之下，车载运输尚处于主流。

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• 4 ）氢能应用

• 氢能的应用领域十分广阔，在工业、交通、电力等领域皆可得到应用。在交通领域中零碳氢燃料汽车是行业的关注点，同时业内通过建设加氢站的方式，为如氢燃料电池车、氢气内燃机及氢混合燃料车等氢能源汽车提供燃料，它是如加油站于燃油车、充电桩于电动车一样，加氢站是氢能源汽车发展所需的重要基础设施。

• 据数据统计，至 2022 年底，我国加氢站数量为 330 个，同比增速为 29% ，已累计覆盖 28 个省 / 市。其中，广东佛山累计建成运营 35 座位居全国首位；山东省共建成 30 座，位于全国第二。

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• 图 13 至 2022 年底我国加氢站数量（来源：申港证券研究所）

• 于政策上，我国已出台了不少相关政策以推进氢能的发展，如：

• 表 2 我国关于推进氢能源发展的相关政策

• 发布时间	发布机构	政策名称
  2022.1	国家能源局	《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》
  2022.6	国家发展改革委、国家能源局等9 部门	《“十四五”可再生能源发展规划》
  2022.3	国家发展改革委、国家能源局	《氢能产业发展中长期规划（2021—2035 年）》
  。。。

• 另外，在 2021 年《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》提出了加强新能源汽车充换电、加氢等配套基础设施建设，通过‘指导意见’可预计在 2025 年我国将实现 1000 座加氢站， 2030 年实现 5000 座加氢站的建设。

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• 图 14 我国至 2030 年实现 5000 座加氢站

• 在燃料电池车方面，据中汽协数据， 2022 年国内燃料电池汽车销量为 3367 辆，同比增长 112.30% 。同年，我国燃料电池汽车保有量约为 1.3 万辆，同比增长 39% 。

• 预计至 2025 年国内燃料电池汽车的保有量或达到 5 万辆，年销量达 2.2 万辆，渗透率为 0.08% 。如此之低的渗透率说明燃料电池车依然有待发展。

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• 图 15 我国燃料电池车产销及保有量

• 总结：

• 虽然氢能的应用符合零排放的相关政策及目标，但当前氢能的制取方式仍主要以化石燃料为主，在其生产的过程中由于碳排放并不乐观，因此当前的氢能还是一种不环保的‘灰氢’，而并非真正的绿色能源。因此想要实现可再生氢能的应用，在制取技术、成本等方面上仍需要有一段探索的过程。