王文 国能经济技术研究院有限责任公司
孙慧桐 华北电力大学经济与管理学院
王奕翔 上海和璞电子技术有限公司
“氢”是一种来源丰富、绿色低碳的二次能源，是实现绿色低碳转型的重要载体和未来产业的重点发展方向。
很多国家都制定了氢能发展规划，特别是发达国家高度重视氢能源的开发与利用。我国也非常重视氢能源的开发与利用。近年来，我国陆续出台了多项优惠政策，鼓励氢能行业的发展与创新。2022年3月，国家发展改革委、国家能源局发布《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，明确了氢能的战略定位，并提出了一系列氢能产业发展目标。2024年3月22日，国家能源局印发《2024年能源工作指导意见》，明确提出要在全国编制加快推动氢能产业高质量发展的相关政策，有序推进氢能技术创新与产业发展，稳步开展氢能试点示范，重点发展可再生能源制氢，拓展氢能应用场景。很多企业也在积极探索氢能在各个领域的应用和发展，中石化、国家能源集团、国家电投、京能等多家国有企业凭借多年的技术储备、资金优势和行业影响力，积极布局风光储氢一体化新能源项目，并且在技术开发和成本控制等方面取得了很大进展。
氢能行业发展目前面临的主要问题是制氢技术仍不成熟、制氢成本相对偏高、氢气的运输和存储技术与设备也需要进一步完善等，总体来看，氢能作为清洁能源的应用程度不高，距离大规模商业化广泛应用还有较长的路要走。
制氢是氢能产业链的上游环节，制氢环节的清洁和成本是氢能产业规模化发展的重要基础。氢气的制取主要有化石能源重整制氢、工业副产提纯制氢和电解水制氢三种工艺。从目前的生产来源看，我国大约62%的制氢来自煤化工或焦炭的生产，工业副产品制氢占比大约为19%，天然气制氢占比大约为18%，电解水制氢占比不到1%。虽然电解水制氢占比偏低，但新能源发展带来的绿电制氢增长迅速，从发展趋势看，电解水制氢有望成为规模化制氢的优选方式之一。
（一）化石能源重整制氢
化石能源制氢主要有煤制氢和天然气制氢两种方式。我国煤制氢技术比较成熟，传统的煤化工和焦炭行业已经形成完整的制氢工艺体系和产业链条。尽管煤制氢过程排放二氧化碳的强度较高，但原料煤炭来源稳定，经济效益显著，该方式制得的氢气目前已占全国氢气产量的60%以上。煤制氢在今后一段时期内仍将是我国氢能供应体系的重要组成部分之一，也是近期低成本氢气的主要来源之一。天然气制氢，由天然气蒸汽转化制转化气和变压吸附（PSA）提纯氢气（H2）两部分组成，蒸汽重整制氢较为成熟，是国外主流制氢方式之一。其中，天然气原料占制氢成本的比重很大，天然气的价格是决定制氢价格的重要因素。考虑到我国“富煤、缺油、少气”的资源禀赋，天然气制氢不会是我国主流的制氢方式。
（二）工业副产气提纯制氢
工业副产气制氢，是指将富含氢气的工业尾气（如焦炉煤气、氯碱尾气等）作为原料，通过变压吸附等技术将其中的氢气分离提纯，最终得到高纯氢气的过程。我国化工、炼油、焦化等主要工业副产气里含有氢气，且部分副产气里氢气的含量较多。工业副产气排放量大、来源广，是当前低成本氢气的主要来源之一。我国工业副产气制氢在氢气生产供应方面有很大的优势，多集中在京津冀、陕西、山西、长三角和广东等工业发达地区。
（三）电解水制氢
该技术使用贵金属等作为电催化剂中间材料，成本明显偏高。当前，通过风光发电技术电解制氢有很大的发展潜力。据估计，2030年全球部分地区的电解绿氢成本有望达到1.5美元/千克左右，此时制氢成本在10元/千克以内，相较于煤炭、天然气的主流制氢方式，已经具备经济性。绿氢项目制氢成本可低至20元/千克，成本接近工业副产制氢甚至煤制氢水平。
氢气的存储和运输是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁，因此，高效、低成本的氢气储运技术是实现大规模用氢的必要保障。根据氢气的储存状态，可将储运方式分为气态储运、液态储运和固态储运等方式。目前，气态运输和液态运输为主流输送方式。
（一）气态储氢
气态储氢具有充放氢气速度快、容器结构简单等优点，高压气态储氢是现阶段主要的储氢方式，已得到广泛应用。气态储氢对储氢容器的性能要求极为严格，不仅需要承受气体的高压力，同时也要防止氢气本身对包装材料的腐蚀。抗高压和抗氢脆是目前很多研究团队持续攻坚的重点问题之一，目前亟需开展氢与材料的相互作用机制，高压、深冷等极端氢环境材料性能数据，低成本、抗氢脆材料，氢能储输装备性能预测和调控技术等方面的研究。
（二）液态储氢
液态储氢具有储氢密度高的优势，可分为低温下的液态储氢和有机液态储氢等。其中，低温下的液态储氢在航空航天等领域已经得到应用，但有机液态储氢的应用还处于示范阶段。另外，甲醇既是绿色清洁燃料，又是成本最低、最安全的氢储存载体，解决了氢气储运难题。甲醇储氢的劣势是二氧化碳单程转化率和甲醇产率比较低，目前的经济效益较低。液氨储氢的液氨具有很强的腐蚀性与毒性，储运过程对人体、设备、环境等具有潜在的危害风险。此外，合成氨的工艺过程转换也存在一定比例的损耗，合成氨与氨分解的设备及终端产业设备仍有待集成。
（三）固态储氢
目前固态储氢主要是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢的载体，通过化学吸附和物理吸附等方式来实现氢的存储，目前处于示范阶段。固态储氢的劣势是储氢合金材料的重量储氢率较低，循环性能较差。固态储氢技术突破的主要方向是提高储氢的密度，降低对温度的要求和成本等。
气态储氢具有成本低、能耗低、操作环境简单等特点，是目前发展相对成熟、应用较广泛的储氢技术，但该方式在储氢密度和安全性能方面仍然存在瓶颈。低温液态储氢是先将氢气液化，然后储存在低温绝热容器中，目前主要应用在航空领域。有机液态储氢由于其存储介质与汽油、柴油相近，可利用已有基础设施从而降低应用成本，备受业界青睐。相较于气态储氢和液态储氢，固态储氢在储氢密度和安全性能方面的优势更为突出，随着技术研发的深入，其将成为未来实现氢能高效、安全利用的重要方向。
氢气已经被广泛用于航空航天、制药、能源化工、钢铁冶金、电子电力、光伏组件、食品等领域，氢能可以在多种应用场景替代汽油、柴油、天然气等能源，还可以促进工业、交通等领域深度脱碳。
（一）在交通方面的应用
现在各国都在积极推广氢燃料电池汽车，已经初步形成一定的规模，未来在航空、船舶等领域也有望进行一些氢能替代。近年来，我国的氢能汽车市场也在快速发展，截至2023年底，氢能汽车保有量已有1.3万辆以上，主要集中在大巴车、快递车、冷藏车、矿卡、重载货运等方面开展应用。另外，我国加氢站的基础设施布局不断完善，截至2023年底，我国已建成加氢站超过450座。
（二）在电力方面的应用
氢能可以作为电能储存的介质，具备条件的可用于长时间储能，可以实现电能在时间和空间上的调节。目前的问题是能源利用效率偏低，特别是电—氢—电两次转换后效率仅为30%—40%，需要进一步提高转换效率，未来才有可能实现大规模应用。
（三）在建筑方面的应用
这个方向的运用主要包括天然气掺氢输送、燃料电池热电联供等。目前，氢气已经在燃气、供热等方面逐步实现掺烧使用。但氢成本高，天然气掺氢输送的安全标准需要完善，固定式氢燃料电池的应用处于试点阶段，供电效率和供热质量仍有很大的改善空间。
通过对氢的生产、存储、运输、利用等方面进行分析，可以发现，为促进氢能行业发展，在技术、产业政策、运用等多方面仍有很多研究需要完善，建议：
（一）加强我国氢能产业链的顶层设计，完善氢能产业规划布局
应该始终坚持以绿氢为导向的发展原则，重点围绕绿色高纯氢的生产、氢气的储运、加氢站和氢燃料电池等方面进行超前布局。建议将氢能的发展和投资明确列入国家绿色基金及投资管理体系，明确各级政府和企业在氢能开发过程中财政、税收等多方面的产业发展支持及激励政策。
（二）加强氢能技术创新，降低成本
建议氢能技术发展以“应用”为导向，整合具有资源优势的企业、高校和科研院所等，联合搭建氢能产业的创新发展平台，加快集聚各方面的人才、资金和技术等创新资源要素，大力开展氢能前沿技术应用研究，开展核心材料和技术等基础研究，加强氢能的关键核心技术联合攻关，推动科技成果就地转化和产业化，积极探索并推动氢能从生产、存储、运输到应用全产业链的技术突破，加速突破氢能“卡脖子”的关键核心技术，逐步实现进口替代，积极开展氢能的国际交流与发展合作。
（三）开发氢能应用场景，建设氢能应用示范点
建议在交通领域积极推动加氢站等基础设施建设。在工业领域积极开展绿氢在石油炼化、合成氨等行业的使用。在发电领域可以布局氢燃料电池分布式热电联产设施及氢电融合的微电网，在储能领域可以探索可再生能源制氢+氢储能的模式。可以优先在氢能产业发展比较快、应用场景比较多的珠三角、长三角、京津冀等区域重点布局，树立多个应用标杆，发挥示范作用。
编辑 黄燕华
审核 姜黎
