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氫能作為一種新型能源，有來源豐富、綠色低碳、靈活高效的特點。全球氫能應(yīng)用進展顯著，但氫能產(chǎn)業(yè)鏈較長，包括上游制氫、中游儲運、下游終端應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)，所需技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜。想要吃到氫能這塊市場蛋糕，我們還有很多難關(guān)需要跨越。
上游：制氫技術(shù)和成本制約
我國已具備一定的氫能工業(yè)基礎(chǔ)，根據(jù)氫能產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺不完全統(tǒng)計，截至2022年6月，中國氫氣產(chǎn)能超過4300萬噸，位居全球之首。上游制氫技術(shù)主要包括三類：化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫、電解水制氫。
國內(nèi)氫能生產(chǎn)以傳統(tǒng)制氫工業(yè)為主，用煤、天然氣等化石能源制得的氫氣約占70%，但這種方法會伴生大量二氧化碳以及硫、磷等雜質(zhì)。為控制制氫環(huán)節(jié)的碳排放，化石能源重整制氫需結(jié)合碳捕集與封存（CCUS）技術(shù)，但目前我國CCUS技術(shù)產(chǎn)業(yè)商業(yè)化仍在積極探索階段。
其次，工業(yè)副產(chǎn)制氫約占30%，此辦法能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣的高效利用，但制備規(guī)模受限于主產(chǎn)品制備規(guī)模，無法進行大規(guī)模集中化氫能供應(yīng)。
被認為是未來最有發(fā)展?jié)摿Φ木G色氫能供應(yīng)方式——電解水制氫，僅占不到1%。電解水制氫主要有三種技術(shù)路線——堿性（AEC）、質(zhì)子交換膜（PEM）和固體氧化物（SOEC）。
·堿性（AEC）
堿性電解技術(shù)是所有路線中最成熟的，也是成本最低的，但關(guān)鍵部件隔膜、電極、催化劑仍有很大的技術(shù)革新空間。制氫過程中，堿式電解槽的功率要維持在額定功率的 20%以上才能保證氫氣的純度，可再生能源發(fā)電一旦減少就會造成浪費，這也制約了AEC電解槽配合可再生能源制氫的應(yīng)用前景。
·質(zhì)子交換膜（PEM）
質(zhì)子交換膜技術(shù)是電解水制氫的新興技術(shù)，尚處于商業(yè)化早期階段。其催化劑只能選用貴金屬，且關(guān)鍵部件質(zhì)子膜、雙極板等依靠進口，成本很高。
·固體氧化物（SOEC）
此技術(shù)成熟度不高，電解槽需要選擇穩(wěn)定性高、持久性好、耐衰減的材料用于配合高溫高濕的工作環(huán)境，這也阻礙了SOEC技術(shù)大規(guī)模推廣運用。
中游：儲存技術(shù)與加氫設(shè)施建設(shè)
作為氫能產(chǎn)業(yè)鏈的中游，氫氣儲運和加氫站連接了上游制氫與下游終端的運用。
氫氣儲存技術(shù)主要包括高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫，三種儲運方式的成本都比較高，如何提高儲運技術(shù)以保證能效性和安全性、如何降低儲運成本是目前迫切需要解決的問題。
加氫站是氫能投入運用的關(guān)鍵一環(huán)，我國加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也面臨土地審批困難、投資成本大、站內(nèi)氫氣儲量較少、難以長期投運等問題。
下游：氫燃料電池系統(tǒng)的應(yīng)用
氫能下游運用以交通、工業(yè)、建筑三足鼎立。其中，交通領(lǐng)域是目前氫能運用中，相對成熟的領(lǐng)域。據(jù)2060 年中國氫氣需求結(jié)構(gòu)預(yù)測，交通領(lǐng)域的氫能需求將達到60%。與交通領(lǐng)域緊密相關(guān)的氫燃料電池的技術(shù)創(chuàng)新便是重中之重了。
·交通領(lǐng)域
氫燃料電池系統(tǒng)的核心是燃料電池電堆，而燃料電池電堆則是氫能源汽車的核心。國內(nèi)電堆的關(guān)鍵零部件與核心技術(shù)方面仍存在短板，例如電堆中的膜電極層三大關(guān)鍵材料：質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴散層（碳紙），都依賴進口。因此，提高國產(chǎn)材料性能以滿足高性能的使用需求，降低電堆成本是燃料電池汽車商業(yè)化的關(guān)鍵。
船舶相比氫燃料電池車，氫燃料電池船舶發(fā)展較慢。雖然國外船用氫燃料電池技術(shù)取得一定突破，但目前的氫燃料電池技術(shù)尚未達到大型遠洋船舶對電池輸出功率、續(xù)航里程以及使用壽命的要求，所以在應(yīng)用上，氫燃料電池船舶多為客船，尚無遠洋運輸船舶或其他大型船舶的示范案例。另外，氫燃料電池船舶缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，距離大規(guī)模應(yīng)用仍有很長的路要走。
·工業(yè)領(lǐng)域
在工業(yè)領(lǐng)域，氫氣作為化工原料，在煉油、煉鋼等領(lǐng)域已有應(yīng)用，如何用綠氫替代灰氫是下一步工業(yè)領(lǐng)域脫碳的關(guān)鍵問題。例如煉鋼技術(shù)，傳統(tǒng)的高爐煉鐵會伴生大量的二氧化碳氣體。而氫能煉鋼則利用氫氣替代一氧化碳做還原劑，其還原產(chǎn)物為水，無碳排放，綠色環(huán)保染。但氫氣原料成本較焦炭更高，且對氫氣存儲要求高，我國普遍運用的高壓氣態(tài)儲存技術(shù)難以滿足大規(guī)模、長距離的要求，所以氫能煉鋼的成本和技術(shù)仍有待提高。
·建筑領(lǐng)域
根據(jù)國家“十四五”重點研發(fā)計劃安排，將對“氫進萬家”社區(qū)氫能應(yīng)用新模式進行探索。在建筑領(lǐng)域，氫氣或?qū)⒋?、摻入天然氣燃燒供熱，也可安排商業(yè)燃料電池?zé)犭娐?lián)供設(shè)備。
目前，小型氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)目前已在歐美、日本實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，國內(nèi)還需提高相關(guān)技術(shù)，以適應(yīng)燃料電池?zé)犭娐?lián)供從電力、熱管理到零部件的要求。再者，氫氣的價格過高，發(fā)展氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)的成本較高。最后，國內(nèi)的氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)還處于早期發(fā)展階段，氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供不管是政策支持還是市場接納度、人才儲備都相對缺乏。
總結(jié)
發(fā)展氫能是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必然選擇，未來市場綠氫有著豐富的應(yīng)用場景。氫能的大規(guī)模商業(yè)化推廣是一個自上而下的過程，在這個過程中，需要政府的政策、到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，再到關(guān)鍵技術(shù)突破的協(xié)同發(fā)力。我們相信在不久的將來，氫能產(chǎn)業(yè)能夠高速擴展，氫能時代正在到來！
