【引语】

氢能是一种具有多重优势的二次能源，具有来源丰富、绿色低碳、灵活高效、应用广泛的特点。截至2022年3月，相关国家和地区累计发布氢能战略规划38项，明确了氢能战略定位和发展路径。凭借能量密度高、燃烧性能好、几乎零污染等优势，氢能正逐渐成为全球能源转型发展的重要载体之一，具有广阔的发展前景。当前，氢能的开发与利用正在引发一场深刻的能源革命，氢能成为破解能源危机，构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的新密码。

全球主要国家和地区积极布局氢能产业：

随着全球二氧化碳排放量逐年增加，气化变化和环境污染问题逐渐成为国际社会普遍关注的问题。作为应对气候变化和加快能源转型的重要举措，越来越多的经济体高度重视氢能产业发展，将发展氢能产业作为能源发展战略，氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。欧盟于2020年7月发布《欧盟氢能源战略》，计划到2050年将氢能在欧洲能源结构中的占比提高到13-14%；美国于2021年6月宣布“氢能源地球计划”，提出在10年内实现绿氢成本降低80%的目标，由目前每千克5美元降至每千克1美元，中国于2022年3月发布首个《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，明确了氢能产业发展定位和目标并作出部署，同时首次明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。凭借能量密度高、燃烧性能好、几乎零污染等优势，氢能正逐渐成为全球能源转型发展的重要载体之一，具有广阔的发展前景，2050年全球氢能产业的市场规模有望达万亿美元。

氢气的制取：

氢气可以由不同的能源产生，例如煤、天然气、工业副产品和水等。目前，天然气制氢是很多海外国家的主流制氢方式。基于中国以煤炭为主的能源消费结构和庞大的钢铁行业，利用煤炭及其工业副产品制氢在中国得到广泛应用。展望未来，中国的能源结构将从传统的化石能源为主转向以可再生能源为主的多元化格局，可再生能源电解水制氢将成为有效的供氢主体，煤制氢配合碳捕集与封存技术、生物质和太阳能光催化分解水制氢将成为有效的补充。根据《中国氢能及燃料产业白皮书》，2020年，化石燃料（67%）是氢气的主要来源，其次是工业副产品（30 %）。预计到2030年，制氢结构将转变为化石燃料（60%）、工业副产品（23%）和其他（17%，包括可再生能源电解以及生物制氢等）。

•         氢能源按其生产方式来源划分，可以分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。

“灰氢”是指利用石油、天然气和煤等化石能源制取氢气，虽然制氢成本较低，但制氢过程中排放二氧化碳等温室气体；

“蓝氢”是指使用化石燃料制氢的同时，配合碳捕集和碳封存技术（Carbon Capture and Sequestration，CCS），碳排放强度相对较低但捕集成本较高；

“绿氢”是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源电解制氢，例如目前技术已经相对成熟的可再生能源发电进行电解水制氢，制氢过程完全没有碳排放，但成本较高。

主要制氢方式的对比

来源：沙利文公司

氢气的储存：

氢的储存目前主要有气态储氢、液态储氢和固体储氢三种主要方法。 首先，氢气可以通过高压压缩储存为气体，是现阶段主要的储氢方式，具有充放氢速度快、容器结构简单、成本低等优点。 其次，氢气可以以液体形式储存，具有储氢密度高等优势，可分为低温液态储氢和有机液体储氢，这两种方式尚未在国内得到广泛应用。 固体储氢是以金属氢化物、化学氧化物或纳米材料等作为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储，具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好、放氢纯度高等优势。固体储氢目前仍处于研究的早期阶段，国内固体储氢在分布式发电中得到示范应用。 随着储氢技术的进一步发展，多相态储氢、高压储氢等方式将在未来得到越来越多的应用。

主要储氢方式的对比

来源：沙利文公司

氢气的运输：

氢气可以以气态、液态和固体的形式运输，这主要取决于其储存方式。气态氢气运输通过长管拖车和管道进行长距离配送，是目前主要的运氢方式。管道运输可以实现氢气大规模、长距离运输，具有输氢量大、能耗小、成本低等优势，但建造管道的一次性投资较大。对于液氢运输，氢气必须储存在绝缘罐中，然后由液氢槽罐车运输。 采用液氢储运能够减少车辆运输频次，提高加氢单站的供应能力，蒸发的可能性是转移液态氢的主要问题。固体氢应储存在由轻质储氢材料（如镁基储氢材料）制成的低压高密度固体储氢罐中，目前主要处于试点研究阶段。

主要运氢方式的对比

来源：沙利文公司

中国氢气产量：

过去几年，氢气产量稳步增长，2021年中国氢气的产量约为3,300万吨，较2017年的年复合增长率为14.5%。由于中国“富煤贫油少气”的能源特点，目前中国大部分氢气是依赖化石燃料和工业副产，通过煤气化、PSA（变压吸附）和 SMR（蒸汽-甲烷重整）等技术方法制得的“灰氢”，其中只有小部分能结合CCUS（碳捕获、利用和储存）技术转换为“蓝氢”。中国的可再生能源装机量全球第一，在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》中提出了2025年可再生能源制氢量达到10-20万吨/年的目标。未来，随着技术的升级、能源利用率的提高和清洁能源渗透率的提高，氢气的制取途径将更加绿色环保。

中国氢气产量，2017-2021

来源：沙利文公司

中国氢气需求量：

氢气可广泛用于工业、建筑业、交通运输等众多行业。在石化工业中，可通过脱硫和加氢裂化加氢精炼原油。氢气可以防止人造黄油、食用油、洗发水、润滑油、家用清洁剂等产品中的脂肪氧化。氢气也可以被添加到氮气中以去除制造活动中的残留氧气，例如玻璃制造和电子微芯片生产。此外，氢燃料电池行业的快速发展将为氢能在交通运输领域的应用带来巨大的动力，交通运输也是目前氢燃料电池最主要的应用领域。

2017年至2021年间，中国氢气需求量稳步增长，从1,750万吨增加至约3,400万吨。预计到2025年、2030年、2050年，中国氢气的年需求量将分别达到约3,700万吨、4,000万吨和10,000万吨。

中国氢气需求量，2017-2021

来源：沙利文公司

中国氢气产业发展驱动因素和发展趋势

碳中和背景下氢能产业将成为未来清洁能源的主流选择之一

“零排放”和“碳达峰、碳中和”的目标推动了氢能产业的发展。近年来，全球二氧化碳排放量逐年增加，在环保理念普及下，气化变化和环境污染逐渐成为国际社会普遍关注的问题。对此，不少国家纷纷出台了一系列的减排政策，提出了“零排放”、“碳达峰、碳中和”等目标，将采取限制化石燃料消耗、提高清洁能源的使用等优化能源结构和能源利用率的措施。在应对气候变化和环境污染的大力推动下，氢能凭借其能量密度高、燃烧性能好、几乎零污染等优势，有望成为未来清洁能源的主流选择之一，具有广阔的发展前景。

氢能在交通、工业等领域的应用将向大规模和和商业化发展

交通运输一直是氢能的主要下游应用行业。氢燃料电池汽车的发展为全球和中国氢能产业提供了重要机遇。氢燃料电池汽车具有高能量密度、快速充电效率和几乎零排放的特点，被鼓励向更大规模生产和应用发展。预计中国燃料电池汽车销量将从2022年的8.5万辆增加到2026年的8.9万辆，年复合增长率为80.0%，可见氢能产业潜力巨大。此外，工业制造，尤其是重工业将成为氢气的另一个大应用领域。钢铁、氨、甲醇、化工和炼油五个重工业部门将升级制造技术以减少排放。氢能可作为替代原料成为工业应用过程中的重要清洁能源。因此，工业的能源转型为全球和中国氢能产业的进一步发展提供了机遇。

甲醇重整制氢技术有望成为中国理想的制氢方式

甲醇制氢是近年来国内制氢技术路线研发的重点方向之一。与将氢气压缩到高压汽车储氢罐相比，甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体，且1升甲醇的产氢量是1升液氢的2倍。以甲醇为原料，将小型的甲醇重整制氢设备与燃料电池进行高度集成，氢气即产即用，可实现即时制氢发电。同时，甲醇来源广泛可靠，既可以利用煤炭制甲醇，也可以利用“弃风”“弃光”电解水制氢，氢再与二氧化碳反应制取甲醇；天然气等都可以转化为甲醇。甲醇制氢路线还可以很好地将已有的加油站等基础设施利用起来，与建设加氢站相比，成本优势也很明显。因此，甲醇制氢具有流程投资小、能耗低、储运方便等特点。基于中国丰富的煤炭资源和成熟的煤制甲醇技术，在可再生能源制氢成本问题还未完全解决的背景下，煤制甲醇重整制氢技术路径具有一定的便利性和经济性。2021年11月，工业和信息化部日前发布了《“十四五”工业绿色发展规划》，将“促进甲醇汽车等替代燃料汽车推广”纳入“绿色产品和节能环保装备供给工程”。甲醇重整制氢技术有望在国内得到广泛应用。