本文總結了我國制氫以及氫能利用的最新發展動態以及相關技術的發展現狀、趨勢，著重探討了新能源制氫以及氫能利用的發展前景，力求為我國綠色氫能發展提供借鑒，推動國內氫能行業均衡、高水平發展。

 

目前，通過一次能源、二次能源、工業領域等各種途徑獲取、制取氫能，但相較于化石能源制氫，新能源制氫更加契合全球綠色前沿革命的展開。

 

由此，在全球能源結構更迭環境下，新能源制氫和氫能利用備受各界關注：一來新能源制氫技術的發展，會嚴重影響和擠壓傳統制氫技術的發展空間，進而取代煤制氫、天然氣制氫等，使得制氫更加清潔、高效，減少污染；二來利用可再生能源制氫，有利于進一步降低氫能成本，從而助力我國產業結構轉型，更好更快地走上以創新為驅動的綠色、低碳、循環的發展路徑。

 

鑒于此，通過促進新能源制氫技術發展來降低制氫成本投資、促進氫能利用，既是全球能源體系發展的重要趨勢，也是我國實現“雙碳”目標、實現能源結構轉型的必然途徑，十四五期間，氫能產業也將在此背景下迎來重大的發展機遇。

 

01 世界能源轉型背景下氫能發展趨勢

 

1.1氫能備受重視的原因

 

綜合世界各國近些年來在氫能發展上的現狀來看，目前氫能在世界能源轉型背景下，扮演著重要的角色，各國都在紛紛支持氫能產業發展。當前，世界氫能產業發展強國有美國、日本、英國、法國等。氫能在全球引起重視，各國都達成了發展氫能的共識。

 

我國提出“雙碳”目標，主要是出于以下考慮：

 

（1）隨著自然生態惡化，環保、綠色、低碳勢在必行，氫能開發利用也是順應全球能源清潔化的必然路徑；（2）煤炭資源、石油資源被大量開采后，各國或多或少面臨能源短缺和環境惡化的局面，氫能開發與利用是全球經濟、資源、環境發展的必然需求；（3）我國減排任務艱巨，發展清潔能源，既是環境需求，也是戰略部署；（4）氫與電耦合，是我國能源結構優化、打造現代能源途徑的主要途徑。

 

1.2國內外氫能發展現狀及趨勢

 

世界能源轉型背景下，美國、日本、歐盟等國家與地區，紛紛支持氫能產業發展，并制定了氫能發展戰略。

 

自石油危機之后，美國就異常重視氫能開發與利用，從1990——2020年，美國能源部就陸續增加了氫能燃料電池項目，并以推動利用氫能為發展思路，出臺了一系列的政策、文件等，用于加強對氫能的開發、利用和產業發展，還成立了國家實驗室進行研究，使得氫能燃料電池項目快速發展，如今已經有超過30個研究項目，投入資金超過數億美元。

 

“氫能社會”戰略，是日本最為重要的國家戰略之一，日本更是將發展氫能產業作為重要的經濟戰略，無論是下游的燃料電池，還是上游的制氫、儲氫、輸氫技術研發與應用等，日本在全球范圍內都具有強有力的競爭力，其氫能產業更是位列世界前茅，并完善了國內燃料電池車、家用和工業用燃料電池的相關制度，近幾年來正在大力普及家用氫能、工業氫能。

 

我國向世界承諾，爭取在2030年實現“碳達峰”、2060年實現“碳中和”，而達成目標的關鍵，就是實現氫能的大量、持續制取以及各行業中的應用推廣，使得氫能在現在與未來發展為重要的新能源途徑。

 

現階段全球能源呈現出“四分天下”的格局——煤炭轉型、石油穩定、天然氣鼎盛，而氫能已經邁入黃金期，隨著碳減排形勢日益嚴峻，氫能更是得到了全球的高度關注，實現新能源制氫以及促進氫能跨越式發展、應用，是我國應對全球能源結構更迭、達成“雙碳”目標的必然路線，并將氫能作為十四五規劃的重點任務，各地也積極響應號召，大力發展、扶持氫能產業。

 

02 新能源制氫技術現狀及發展前景

 

新能源制氫，是相較于傳統制氫技術所提出的新名詞，特指的是利用新能源，如化學能、生物質能、風能等清潔、可再生資源進行制氫的技術。傳統制氫技術主要是利用化石燃料，制氫過程中會產生與排放大量的溫室氣體以及污染物，對環境造成較大的負面影響，而新能源制氫則是更為環保、綠色，大部分產物都是氫氣，溫室氣體、污染物較少甚至沒有。

 

2.1化學能制氫技術現狀及發展前景

 

我國化學能制氫技術，是以天然氣為主要原料，具有裝備簡單、無需更換設備、污染物排放量低、投資少等優勢。現如今的化學鏈制氫技術，是由化學鏈與蒸汽鐵法制氫結合起來的制氫技術，通過三個反應器（燃料與反應器、蒸汽反應器以及空氣反應器）互相作用，將烴類水蒸氣制成氫氣，在這一過程中會出現二氧化碳，但相對于傳統制氫技術，所排放出的溫室氣體量更少。

 

現如今，化學鏈制氫技術思路日漸完善，亟待進一步加深研究。我國也正在大力投入人力、物力、財力，致力于將電解水制氫貫穿于整個氫能發展過程中，通過水電解質制氫來取代煤氣化制氫，降低對環境的負面影響，并消納光電、光伏發電等不穩定的電力，產生富余的電力實現持續、穩定供電的同時，解決現階段社會對氫能源的需求。

 

可以預見的是，化學鏈制氫技術將成為滿足氫能商業化需求的主要制氫工藝，且隨著技術的不斷發展，制氫成本和制氫方式更加優化，且分布式制氫、集中制氫以及區域制氫這三種制氫方式，將成為加氫站、制氫工業的首選，尤其是將水電解水制氫工藝應用到小型加油站的建設裝置之中，能進一步提高制氫質量，減少碳排放量，對實現“雙碳”目標極為有利。

 

2.2生物質制氫技術現狀及發展前景

 

生物質制氫技術除卻對環境（1000℃以上的高溫）有一定要求以外，可以稱得上的理想的制氫技術。一來，我國生物質能非常豐富，無論是城市生活垃圾，還是農林廢棄物，都可以作為生物原料的來源，而這些資源的利用，對環境、對經濟發展都極為有利；二來生物質制氫技術在我國有著巨大的發展潛力，相較于化石原料制氫能，更為符合當下綠色環保、節能減排的國家政策及發展理念。

 

唯一的缺點就是在研發方面，技術進展較為緩慢，還需要進一步攻克氣化制氫、熱裂解制氫技術的難關。例如，生物質熱裂解制氫具有流程簡單、生物質利用率高等優勢，美中不足的是熱解過程中會產生焦油，這一問題亟待研究解決；微生物降解制氫，是利用微生物降解生物質得到氫氣，因為太陽能轉化率較低、成本較高尚未得到推廣，整體還處于研發階段；生物質超臨界水制氫是將臨界水進行熱解、水解等一系列化學反應來制取氫氣，但該技術還不成熟，仍舊在試驗階段。但這也從側面說明了，生物質制氫技術絕對是一項具有良好發展前景的制氫技術。

 

2.3風電、光電制氫技術現狀及發展前景

 

不同于前兩項制氫技術，這項技術可以實現零排放，且制出的氫氣純度較高，幾乎沒有雜物。因而備受各行各業的重視。風能、水能是可再生資源，利用風能、水能發電電解水制氫，既能將不穩定的電能轉化為氫氣，多樣化利用可再生資源制取氫能，又能合理應用資源實現規模化制氫，還能有效節約電力資源，唯一的缺點就是成本較高，與煤制氫技術相比，經濟性較低。

 

近年來，我國不斷借鑒美國、日本以及歐盟等國家制氫經驗，在國內不斷地提高制氫技術研發投資。例如，在風電設施、光伏設施建設中，降低其他組件運行成本，構建可持續、新型產業鏈運行模式，提高風電、光電制氫技術的經濟性，充分地將可再生能源利用起來，減少發電成本。

 

再者，在加氫站附近建設制氫裝置，減少氫氣運輸成本。但由于該項技術還處于試驗研究階段，國內還是將技術研發和應用重點放在了降低單位電耗、技術改進上，以推動可再生能源制氫技術在某些地區以及工業中的應用。

 

03 “雙碳”目標下氫能主要利用方式與應用前景

 

3.1氫動力汽車

 

氫動力汽車，是氫能主要利用方式之一，這種汽車與傳統汽車最大的差別在于，是以氫氣作為發動機的燃料，而不是汽油。美國和德國的汽車產業試驗中，已經證實這一技術方案是可行的，但這種氫能利用方式，也面臨著成本較高的阻礙。每kg氫能產生33.6kW/h能量，是汽油的2.8倍，且氫的燃點很低，火焰的傳播速度較快，比汽油汽車具有更高的燃料利用率，也不會排出污染氣體、溫室氣體。

 

當前，大部分的氫能汽車都是汽油和氫氣混合同時燃燒的摻氫汽車，純氫汽車目前還在研發中，摻氫汽車相對而言，不受氫氣成本較高的影響，也有利于在貧油區推廣、改善發動機燃燒情況。其發展前景體現在兩個方向，一是純氫汽車的研發，進一步減少汽油使用和溫室氣體排放量，二是回收利用工業副產品的多余氫，力求將余氫提純后作為氫動力汽車的燃料，提高整體經濟效益。

 

3.2氫燃料電池

 

氫燃料電池中，氫能利用更為環保、經濟，一是不需要進行燃燒，就能將化學能轉為電能，轉換效率高于燃燒利用，最高可達到80%，另一方面，氫燃料電池的成本較低，一開始氫燃料電池廣泛地應用在航天領域，造價相對較高，后來隨著技術的發展，氫燃料電池生產成本下降，憑借成本低、環境污染小、噪聲污染小、裝置小以及靈活等優勢，廣泛地應用在各個領域。

 

現如今，氫燃料電池已經開發出了三代，第一代中的典型是磷酸鹽型燃料電池，這種電池的發電效率在40%以下，雖然工藝流程相對成熟，但發電成本相對較高；第二代中的典型是融熔碳酸鹽型燃料電池，運行溫度維持在650℃以上，發電效率在55%左右，使用的是液態電解質；第三代的典型是固體氧化物型燃料電池，工作溫度為1000℃左右，發電效率可超過60%，近年來我國也開始著手開發這種電池，應以建造大型發電站，因為既可以成立固定電站，用于大規模、穩定用電，也能為移動車、船提供能量。所以，氫燃料電池將會成為未來氫能應用的主要方向。

 

04 結語

 

綜上所述，氫能燃燒，既不會產生溫室氣體，也不會出現污染物排放，并且氫能具備儲存性、再生性以及資源豐富等特點，同時滿足資源利用、社會可持續發展以及環保的要求，被視為新世紀最具有潛力的清潔能源。

 

現如今，氫能正在滲透到能源的各個方面，除卻傳統制氫以外，新能源制氫更是帶動了加氫站、氫燃料電池等各種下游產業的發展，進一步擴展了氫能的利用前景。與此相對的，隨著氫能利用快速發展，制氫、儲氫以及輸氫技術研發與應用備受關注，尤其是新能源制氫更是解決制氫成本投資高、大規模儲存發展緩慢等阻礙氫能利用問題的關鍵技術。

 

總而言之，隨著新能源制氫技術研發、應用及推廣，氫能利用必將迎來大好局面，無論是新能源制氫，還是氫能應用，前景都將十分廣闊。