黃晟，楊振麗，李振宇

（1 燕山大學(xué)公共管理學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2 多弗國際控股集團(tuán)有限公司，北京 100124）

為應(yīng)對全球氣候變暖，世界各國紛紛出臺(tái)控制碳排放的有關(guān)政策，積極推進(jìn)各行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型與發(fā)展，控制和減少溫室氣體排放。中國國家領(lǐng)導(dǎo)人已經(jīng)多次聲明計(jì)劃在2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]，該目標(biāo)為我國各行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型指明了方向。氫氣具有來源豐富、燃燒熱值高、使用過程零碳清潔、用途廣泛等諸多特點(diǎn)，可成為推動(dòng)多個(gè)行業(yè)低碳發(fā)展的解決方案，同時(shí)氫產(chǎn)業(yè)鏈較長，涉及環(huán)節(jié)較多，氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展可帶動(dòng)氫產(chǎn)業(yè)鏈上游制氫、中游儲(chǔ)運(yùn)加氫以及下游氫的商業(yè)應(yīng)用涉及的多個(gè)領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。近年來，全球各國不斷提高對于氫產(chǎn)業(yè)重要性的認(rèn)識(shí)，美國、歐盟等制定了通過發(fā)展氫產(chǎn)業(yè)進(jìn)而減少碳排放和污染物等定量的環(huán)境效益目標(biāo)[2]，氫逐步被應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域。本文將在對美國、歐盟、日本和我國的氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行比較與分析的基礎(chǔ)上，立足我國實(shí)際，為我國氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出對策與建議。

1 全球氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

制取氫氣主要有化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫三種方式，不同方式的具體對比情況見表1。目前全球氫氣來源以天然氣制氫、副產(chǎn)氫為主，電解水制氫僅占4%，全球氫源結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

表1 主要制氫方式具體對比情況

圖1 全球氫源結(jié)構(gòu)

目前，全球每年可以生產(chǎn)9000 萬噸左右氫氣[4-5]，全球氫的主要消費(fèi)情況如圖2 所示[6]，氫主要應(yīng)用在煉油和化工領(lǐng)域，在其他領(lǐng)域應(yīng)用較少。2021 年，交通運(yùn)輸、氫基直接還原鐵、電力和建筑等新用途的需求僅占全球氫需求的0.04%。

圖2 全球氫的主要消費(fèi)情況

1.1 氫發(fā)展相關(guān)戰(zhàn)略與主要政策

世界各國為積極推動(dòng)氫的發(fā)展與應(yīng)用發(fā)布了大量相關(guān)戰(zhàn)略與政策，主要的代表性經(jīng)濟(jì)體有美國、日本、歐盟等，以下分別介紹各國主要?dú)浒l(fā)展戰(zhàn)略與政策。

美國注重氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。美國在1970年首先提出“氫經(jīng)濟(jì)”概念，先后頒布《氫研究、開發(fā)及示范法案》與《氫能前景法案》，撥付1.6億美元推動(dòng)生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)以及應(yīng)用氫能等相關(guān)技術(shù)研究。2012年，美國國會(huì)重新修訂氫燃料電池扶持政策，減免制儲(chǔ)氫設(shè)備、加氫站以及氫燃料電池車等多項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施稅收[2]。2021年，美國總統(tǒng)簽署《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》，計(jì)劃于2022—2026年間為推動(dòng)電解槽和氫能全產(chǎn)業(yè)鏈研究投入15 億美元。2023年6月，美國發(fā)布《美國國家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖》，旨在加快清潔氫的生產(chǎn)、加工、輸送、儲(chǔ)存和使用。

日本注重氫能的發(fā)展，尤其是氫燃料電池的應(yīng)用。日本在2017 年發(fā)布了全球第一個(gè)在碳中和目標(biāo)下的氫發(fā)展規(guī)劃《氫基本戰(zhàn)略》，把建立“氫社會(huì)”作為其國家基本戰(zhàn)略之一[7]，同年，確立了“氫能源基本戰(zhàn)略”。日本新能源技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）設(shè)立2 萬億日元的“綠色創(chuàng)新基金”，推動(dòng)大型氫供應(yīng)鏈建設(shè)、可再生能源制氫以及下一代飛機(jī)、船舶開發(fā)等[8]。2019年，日本修訂了《氫燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，同時(shí)制定“氫燃料電池戰(zhàn)略技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略”。該戰(zhàn)略提出要加強(qiáng)互相合作推進(jìn)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，著重發(fā)展燃料電池技術(shù)、氫供應(yīng)鏈和電解技術(shù)三大技術(shù)領(lǐng)域，車載用燃料電池是優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目之一[9]。

歐盟重點(diǎn)推進(jìn)綠氫生產(chǎn)與應(yīng)用。2020年6月歐洲清潔氫能聯(lián)盟成立，同年12 月，22 個(gè)歐盟國家和挪威發(fā)起了歐洲價(jià)值鏈共同利益重點(diǎn)工程支持計(jì)劃（Important Project of Common European Interests，IPCEIs），支持綠氫全產(chǎn)業(yè)鏈的各類項(xiàng)目，形成跨國綠氫網(wǎng)絡(luò)。CertifHy 作為歐洲首個(gè)氫、藍(lán)氫溯源認(rèn)證機(jī)制，已推出首個(gè)歐盟范圍的綠色氫源保證（CertifHy GO） 認(rèn)證計(jì)劃，并向市場發(fā)放超過75000個(gè)GO認(rèn)證。《歐洲氫戰(zhàn)略》提出為推動(dòng)歐洲2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和必須加快氫能發(fā)展，預(yù)計(jì)到2030 年投入240 億～420 億歐元用于安裝4000 萬千瓦的電解設(shè)施，生產(chǎn)1000 萬噸的“綠氫”[10]?！稓W盟氫能戰(zhàn)略》提出到2050 年氫能占?xì)W盟能源消費(fèi)的比重提高到13%～14%，并大力推動(dòng)綠氫發(fā)展，計(jì)劃到2050年可大規(guī)模應(yīng)用綠氫。

1.2 氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展具體情況

美國、日本、歐盟目前各國氫氣大部分都來自于天然氣制氫與工業(yè)副產(chǎn)氫，氫氣主要用于煉油與化工領(lǐng)域，美國每年的氫氣消耗量超過1100萬噸，占全球需求的13%，其中三分之二用于煉油，其余大部分用于氨生產(chǎn)。歐盟2020年氫氣消耗量700萬噸，用于煉油370 萬噸、化工行業(yè)300 萬噸。氫氣在發(fā)電、建筑、交通等其他領(lǐng)域應(yīng)用較少，但近年來也在逐步發(fā)展，尤其是氫燃料電池發(fā)展迅速，其中美國在氫燃料電池汽車市場、加氫站利用率等方面發(fā)展全球領(lǐng)先，加州政府已成為全球燃料電池車推廣最為成熟的地區(qū)。交通方面，美國氫燃料電池叉車保有量超過5萬輛，氫燃料電池小汽車約1.5 萬輛，開放加氫站54 座。氫燃料電池發(fā)電方面，美國固定電站和備用電源總規(guī)模超過500MW。日本在氫燃料電池技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用上全球領(lǐng)先，氫燃料電池汽車是其重點(diǎn)研究方向，2014 年豐田MIRAIFCV、2015年本田CLARITYFCV上市，在全球率先實(shí)現(xiàn)了氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化，截至2020 年日本氫燃料電池汽車全球累計(jì)銷量超過1.2 萬臺(tái)，累積建成加氫站162 座[11]，并計(jì)劃到2030 年國內(nèi)氫燃料汽車達(dá)到80 萬臺(tái)，部署加氫站900 個(gè)[12]；日本也大力推動(dòng)氫能和燃料電池在固定式發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，擁有全球最大的微型分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)[13]。

在氫能應(yīng)用技術(shù)方面，日本在現(xiàn)階段全球氫能技術(shù)創(chuàng)新中占主導(dǎo)地位。2011—2020 年，日本在堿性電解槽技術(shù)和質(zhì)子交換膜電解槽技術(shù)方面的專利申請量全球排名領(lǐng)先[14]。美國液氫與輸氫技術(shù)發(fā)展較快，美國是全球最大的液氫市場，實(shí)際消耗的液氫占全球80%以上[15]。美國管道輸氫技術(shù)走在世界最前端，輸氫管道總里程已超過2700km，最高運(yùn)行壓力到10.3MPa，管道主要位于墨西哥灣沿岸，管線長達(dá)1000km。歐盟近年來尤其重視綠氫的生產(chǎn)與應(yīng)用，投入大量資金推進(jìn)電解基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，已安裝超過140MW 的電解專用制氫設(shè)備，占全球產(chǎn)能的40%以上。

2 中國氫發(fā)展戰(zhàn)略與應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 氫發(fā)展相關(guān)戰(zhàn)略與主要政策

在國家層面，2020 年國務(wù)院辦公廳發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，提出加快推進(jìn)氫燃料電池汽車應(yīng)用相關(guān)核心技術(shù)研發(fā)。2021 年發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，提出應(yīng)謀劃布局發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。2021 年，國家能源局發(fā)布《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，強(qiáng)調(diào)要推進(jìn)制氫、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)的研發(fā)?！丁笆奈濉笨稍偕茉窗l(fā)展規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)推動(dòng)可再生能源制氫發(fā)展。在地方層面，北京、河北、上海、江蘇、山東等各地也都陸續(xù)出臺(tái)推進(jìn)氫能發(fā)展的相關(guān)政策，多地在“十四五”發(fā)展規(guī)劃中提出推動(dòng)氫能發(fā)展并發(fā)布?xì)淠茉聪嚓P(guān)專項(xiàng)規(guī)劃。除此以外，各地為推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，發(fā)布一系列補(bǔ)貼政策，天津市出臺(tái)《燃料電池汽車示范城市地方財(cái)政支持政策指導(dǎo)意見》，指出對新建加氫制氫設(shè)施按固定資產(chǎn)投資總額的30%給予最高500萬元的一次性補(bǔ)貼。北京市頒發(fā)《關(guān)于開展2022—2023 年度北京市燃料電池汽車示范應(yīng)用項(xiàng)目申報(bào)的通知》，提出北京市經(jīng)信局將按照車輛使用年限，對940輛車按使用年限發(fā)放獎(jiǎng)勵(lì)資金，對加氫站按照不超過核定的設(shè)備購置投資總額10%給予補(bǔ)助，最高200萬元。

2.2 中國氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展具體情況

2.2.1 中國制氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

中國是世界上最大的制氫國，2020 年產(chǎn)氫近2200 萬噸。我國制氫主要來自化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫，這兩種制氫方式成本低、技術(shù)成熟、產(chǎn)量大且產(chǎn)能分布廣，但是制取過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳。2022 年我國制氫來源占比如圖3所示[16]。

圖3 2022年中國氫源結(jié)構(gòu)

2.2.2 中國儲(chǔ)氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

儲(chǔ)氫有高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、有機(jī)液體儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫、液氨和甲醇儲(chǔ)氫等多種方式[17]，固態(tài)儲(chǔ)氫又分為化學(xué)吸附儲(chǔ)氫和物理吸附儲(chǔ)氫。液態(tài)儲(chǔ)氫成本較高主要應(yīng)用于航天領(lǐng)域，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)仍處于研發(fā)階段，有機(jī)液體儲(chǔ)氫方式儲(chǔ)氫密度高、安全方便，但脫氫過程需要消耗大量能量。液氨儲(chǔ)氫密度高，但氫與氨之間的轉(zhuǎn)換過程中有大量損耗，轉(zhuǎn)換效率有待提高，目前液氨儲(chǔ)氫和甲醇儲(chǔ)氫正逐漸受到各國關(guān)注?，F(xiàn)階段我國高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，高壓儲(chǔ)氫瓶以35MPa的Ⅲ型為主，其各方面性能與Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶都存在一定差距，但受技術(shù)限制，Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶還未生產(chǎn)與應(yīng)用，且Ⅲ型儲(chǔ)氫瓶的一些關(guān)鍵零部件也未實(shí)現(xiàn)自主化生產(chǎn)。目前，國外高壓儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)較為先進(jìn)，我國儲(chǔ)氫技術(shù)與國外還存在一定差距，國內(nèi)外部分儲(chǔ)氫瓶技術(shù)參數(shù)對比見表2[18]。

表2 國內(nèi)外儲(chǔ)氫瓶技術(shù)參數(shù)對比

2.2.3 中國輸氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

氫氣運(yùn)輸主要有長管拖車、液氫槽車、管道運(yùn)輸三種形式，目前我國以高壓氣氫拖車運(yùn)輸為主，液氫槽車運(yùn)輸儲(chǔ)氫密度高，但成本較高，目前民用市場還不適用。管道輸氫有純氫管道輸送和天然氣摻氫管道輸送，目前主要采取天然氣管道摻氫輸送，且仍處于探索階段，氫氣輸送管網(wǎng)建設(shè)里程不足，只有400km。2019年，國家電投在遼寧省朝陽市實(shí)施首個(gè)電解制氫摻入天然氣示范項(xiàng)目。2020 年，國家電投在河北張家口啟動(dòng)“天然氣摻氫關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用示范”項(xiàng)目，預(yù)計(jì)每年可向張家口市區(qū)輸送氫氣440 萬立方米[3]。目前，在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺(tái)，管道中氫氣比例已逐步達(dá)到24%[19]。

2.2.4 中國氫的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國以能源與化工領(lǐng)域?yàn)闅錃庵饕獞?yīng)用方向，近年來，氫燃料電池汽車在交通領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展較快，截至2022 年底，我國氫燃料電池汽車保有量約1.3 萬輛，居全球第三，累計(jì)建成加氫站358 座，其中在營245 座，數(shù)量全球第一[20]。氫氣在煉油加氫、生產(chǎn)氨、生產(chǎn)甲醇等化工領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，但綠氫化工仍然在探索階段[3]。此外，氫氣也常被用在半導(dǎo)體工業(yè)中，高純氫氣還原三氯氫硅是制取高純多晶硅的一種重要途徑。目前，氫氣在鋼鐵冶金、儲(chǔ)能、建筑、發(fā)電等領(lǐng)域的應(yīng)用較少，技術(shù)路線也不夠成熟。

2.3 國外經(jīng)驗(yàn)與中國實(shí)踐的比較與啟示

美、日、歐盟等都非常重視氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各國相繼出臺(tái)了氫發(fā)展相關(guān)政策與戰(zhàn)略，并在技術(shù)研發(fā)以及設(shè)施建設(shè)上給予了資金和政策支持，不斷推動(dòng)氫融入能源、交通、建筑等多個(gè)領(lǐng)域，加大氫產(chǎn)業(yè)的布局逐漸成為各國共識(shí)。相比較而言，美國重視氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，日本研究重點(diǎn)在于氫燃料電池，歐盟更加重視綠氫的生產(chǎn)與應(yīng)用。

通過國內(nèi)外氫產(chǎn)業(yè)多方面發(fā)展情況的對比可以看出，第一，我國對于氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認(rèn)識(shí)較晚，國外的氫發(fā)展規(guī)劃以及氫的應(yīng)用方面較我國更為成熟，尤其是涉及的相關(guān)核心技術(shù)方面，我國與國外存在一定差距。目前我國尚缺乏氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的總體規(guī)劃，核心技術(shù)有待突破，對氫產(chǎn)業(yè)還處在探索和謀劃階段。第二，國家整體層面的系統(tǒng)布局仍有待完善，氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期各地都在爭相發(fā)展氫能，在區(qū)域合作、跨省合作方面考慮不夠，存在盲目競爭、資源分散的問題，不利于全國市場體系的構(gòu)建。同時(shí)我國地方缺乏對于全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的考慮，在建設(shè)加氫站、支持氫燃料電池汽車運(yùn)營等方面補(bǔ)貼高昂，難以持續(xù)推進(jìn)后續(xù)發(fā)展，建議從氫產(chǎn)業(yè)鏈整體布局、合理規(guī)劃，從而推進(jìn)產(chǎn)業(yè)長久發(fā)展。

在雙碳目標(biāo)的背景下，我國亟需推動(dòng)綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，發(fā)展氫產(chǎn)業(yè)是我國實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要途徑，應(yīng)當(dāng)借鑒國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，全面審視本國目前氫產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展情況，立足我國各地資源分布情況以及現(xiàn)實(shí)條件，建立氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的長遠(yuǎn)規(guī)劃，構(gòu)建從制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫站建設(shè)到多場景應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈，謀劃區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局。

3 氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向

氫氣（H2）是氫元素形成的一種單質(zhì)，常溫常壓下是一種易燃燒且難溶于水的氣體，密度為0.089g/L（101.325kPa，0℃），只有空氣的1/14，是世界上已知的密度最小的氣體。氫氣體積能量密度低，質(zhì)量能量密度高，具有來源廣泛、零碳清潔的特點(diǎn)，目前已被多個(gè)國家應(yīng)用到化工、交通、發(fā)電、冶金等多個(gè)領(lǐng)域中，在推進(jìn)各行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型過程中發(fā)揮了重要作用。現(xiàn)階段制取的氫氣大部分仍為灰氫與藍(lán)氫，綠氫占比較低，而在推動(dòng)各行業(yè)完成真正意義上的綠色轉(zhuǎn)型需要綠氫發(fā)揮關(guān)鍵作用，從而加快一些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)零碳突破（灰氫通常是指通過化石燃料燃燒產(chǎn)生的氫氣，生產(chǎn)過程中有大量二氧化碳排放；藍(lán)氫是指在灰氫的基礎(chǔ)上，應(yīng)用碳捕集和封存技術(shù)獲取得到的氫氣，減少了生產(chǎn)過程中的碳排放量。綠氫是指通過太陽能、風(fēng)力等可再生能源發(fā)電電解水制取得到的氫氣，制氫過程無二氧化碳的排放）。氫產(chǎn)業(yè)鏈涉及氫氣制取、儲(chǔ)運(yùn)與應(yīng)用等環(huán)節(jié)，發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)需從加大綠氫的大規(guī)模低成本制取、突破氫氣儲(chǔ)運(yùn)的核心技術(shù)瓶頸、推廣綠氫多元化應(yīng)用等多方面考慮。綠氫具有綠色能源、綠色原料、綠色材料三個(gè)屬性，作為能源主要應(yīng)用在交通、發(fā)電等領(lǐng)域，對于目前的氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)要求較高；作為原料使用，重點(diǎn)是合成氨和甲醇等化工產(chǎn)品；還可以作為合成材料，通過綠氫調(diào)節(jié)合成氣氫碳比，實(shí)現(xiàn)對煤化工的綠色升級，綠氫的總體應(yīng)用路線如圖4所示。

圖4 綠氫應(yīng)用總體路線

3.1 氫氣作為綠色能源

氫氣作為綠色能源主要通過以下三種方式利用：氫能源交通工具、氫內(nèi)燃機(jī)和氫燃?xì)廨啓C(jī)、民用天然氣管網(wǎng)摻氫。

3.1.1 氫能源交通工具

氫能可以應(yīng)用到交通領(lǐng)域，通過氫燃料電池將氫氣與氧氣反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)使汽車運(yùn)行。氫燃料電池主要包括質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、堿性燃料電池、陰離子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池等，質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高等優(yōu)點(diǎn)，在汽車領(lǐng)域應(yīng)用較廣，是現(xiàn)階段國內(nèi)外主流的應(yīng)用技術(shù)。目前，在氫燃料電池汽車相關(guān)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面，日本和韓國較為成熟，已應(yīng)用于乘用車、商業(yè)車、叉車、列車等[21]。日本豐田推出第二代MIRAI 氫燃料電池汽車，并在北京冬奧會(huì)上大量使用，其2021 款氫燃料電池汽車MIRAI續(xù)航再突破，一次加氫可行駛1000km以上。現(xiàn)代汽車公司推出的氫燃料電池汽車NEXO銷量全球領(lǐng)先。氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用并不局限于燃料電池汽車，還推廣至重型卡車、輪船、飛機(jī)等領(lǐng)域。韓國現(xiàn)代汽車的氫燃料電池重型卡車XCIENT Fuel Cell在歐洲正式商用化，以批量出口瑞士的氫燃料重卡為開端，截至2021年6月，在瑞士總行駛里程已經(jīng)超過100萬千米。目前我國氫燃料電池汽車以商用車為主，乘用車還未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，福田歐輝、鄭州宇通等公司的燃料電池客車正在逐步推入市場，同時(shí)氫燃料電池物流車也將逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化[22]，氫能重卡也在逐步發(fā)展，嘉興港投用20 輛氫能重卡用于碼頭集裝箱運(yùn)輸，蘇州金龍49t氫燃料電池牽引車?yán)m(xù)航里程超過350km。

為推動(dòng)氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，還需要進(jìn)一步解決以下問題：第一，質(zhì)子交換膜是氫燃料電池和電解槽的關(guān)鍵部件，目前美國、日本質(zhì)子交換膜研發(fā)技術(shù)較為領(lǐng)先，美國杜邦公司的Nafion系列膜市場化應(yīng)用較多，我國在質(zhì)子交換膜研發(fā)技術(shù)還有待突破，燃料電池其他零部件的研發(fā)例催化劑、膜電極等也都與國外存在一定差距。第二，氫燃料電池家用汽車對空間要求高，如何推進(jìn)燃料電池小型化、提高儲(chǔ)氫能量密度有待研究。第三，目前我國車載儲(chǔ)氫主要采用35MPa 的Ⅲ型高壓儲(chǔ)氫瓶，其儲(chǔ)氫密度、承受壓力、自身重量與Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶存在差距，應(yīng)一步研發(fā)高端碳纖維技術(shù)，加快Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶的生產(chǎn)。同時(shí)應(yīng)完善加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進(jìn)一步研究氫氣輸運(yùn)和加注技術(shù)。

3.1.2 氫內(nèi)燃機(jī)和氫燃?xì)廨啓C(jī)

氫內(nèi)燃機(jī)也稱為氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，原理與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相同，是指氫氣作為燃料在內(nèi)燃機(jī)中燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能或者動(dòng)能。氫具有零碳清潔的特點(diǎn)，作為燃料燃燒不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳的排放，一定程度上可以取代傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，可以作為氫能向氫燃料電池發(fā)展的短期過渡。法國雷諾推出最新款氫混合動(dòng)力概念車Scenic Vision，采用氫燃料作為內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力來源，續(xù)航里程可達(dá)497英里（1 英里=1.609 千米），預(yù)計(jì)2024 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，同時(shí)，作為混合動(dòng)力汽車，該車的碳排放比傳統(tǒng)電動(dòng)汽車低75%。目前有效降低NOx排放、研發(fā)氫噴射系統(tǒng)核心技術(shù)是氫內(nèi)燃機(jī)的研究方向。

氫燃?xì)廨啓C(jī)將氫氣燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)化動(dòng)能，目前以發(fā)電應(yīng)用為主，可以實(shí)現(xiàn)高效率、大規(guī)模的氫-電轉(zhuǎn)換。氫燃?xì)廨啓C(jī)相比于傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電機(jī)發(fā)電效率高、排放污染物少，同時(shí)比天然氣燃?xì)廨啓C(jī)能量高、碳排放較少。目前全球多國致力于應(yīng)用氫燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，2022 年，通用電氣成功運(yùn)行全球首個(gè)HA級摻氫燃燒示范項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2030年實(shí)現(xiàn)100%燃?xì)鋄23]。日本三菱重工成功研制30%混氫比例的燃?xì)廨啓C(jī)，并與歐盟EU Turbines 承諾2030 年前推出100%燃?xì)渲匦腿細(xì)廨啓C(jī)。2022年，我國國家電投首個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒示范項(xiàng)目正式投運(yùn)。目前氫燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展還存在燃?xì)溥^程中產(chǎn)生的回火和溫度過高等問題，需要進(jìn)一步解決。

3.1.3 民用天然氣管網(wǎng)摻氫

天然氣的主要成分是甲烷，甲烷燃燒會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，而天然氣摻氫將氫氣以一定體積比例摻入其中，通過現(xiàn)有天然氣管道進(jìn)行輸送，替代天然氣使用，可以改善燃燒性能，并減少污染物排放。我國使用的天然氣大量依賴進(jìn)口，天然氣摻氫不僅可以減少溫室氣體的排放，同時(shí)可以有效補(bǔ)充燃?xì)赓Y源。國家電投開展“朝陽可再生能源摻氫示范項(xiàng)目”，其燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒示范項(xiàng)目已正式投運(yùn)，張家口開展河北省首個(gè)天然氣摻氫示范項(xiàng)目，摻氫天然氣最終應(yīng)用于本市的商用用戶、民用用戶和天然氣摻氫混合燃料汽車（HCNG）。

目前天然氣摻氫使用還存在一些問題。第一，無論是綠氫制取，還是天然氣管道摻氫運(yùn)輸，都需要較高的成本投入，同時(shí)存在價(jià)格計(jì)量問題，由于氫氣體積能量密度低，每標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣價(jià)格高于天然氣，但熱值只有天然氣的三分之一，若按熱值為基礎(chǔ)計(jì)算，氫氣價(jià)格低于相應(yīng)制取成本，經(jīng)濟(jì)效益難以實(shí)現(xiàn)，因此天然氣管道摻氫市場化應(yīng)用需要解決價(jià)格計(jì)量問題。第二，天然氣摻氫存在氫脆、泄漏、爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)逐步完善相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對摻氫后管道相容性、摻氫比例安全模型、氫脆機(jī)理等進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)，提高安全性。

3.2 氫氣作為綠色原料

3.2.1 合成氨的生產(chǎn)

綠氫可以與空氣中的氮?dú)馍a(chǎn)合成氨，實(shí)現(xiàn)氫能到氨能的轉(zhuǎn)化。綠氨作為燃料使用不會(huì)產(chǎn)生碳排放，可以用于發(fā)電、航運(yùn)等領(lǐng)域，是一種清潔能源。日本積極開展燃煤電站的摻氨燃燒以及航運(yùn)燃料領(lǐng)域的研究，計(jì)劃到2030 年實(shí)現(xiàn)20%的摻氨比例，并隨著技術(shù)發(fā)展逐漸提高到100%。韓國注重零碳氨燃燒發(fā)電，計(jì)劃到2030 年將氨電比例提高到3.6%。中國江南造船、日本郵船等企業(yè)也紛紛布局探索綠氨動(dòng)力船舶的建設(shè)。氨燃料電池是綠氨作為能源使用的另一種方式，目前處于研發(fā)階段。日本京都大學(xué)在2014 年研發(fā)氨燃料電池。2022年5月，美國間接供氨式燃料電池拖拉機(jī)成功運(yùn)行。同時(shí)氨具有較高的儲(chǔ)氫密度，易壓縮，具有長期儲(chǔ)存和運(yùn)輸穩(wěn)定的特點(diǎn)，在催化條件下可以分解釋放出氫氣，是一種優(yōu)良的氫能載體。

綠氫和空氣中的氮?dú)夂铣删G氨，綠氨可以結(jié)合二氧化碳生產(chǎn)尿素。尿素是世界應(yīng)用最廣泛、最大規(guī)模的氮肥，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，利用綠氫可以減少尿素生產(chǎn)過程中二氧化碳的排放。綠氨也可用于硝酸等化工用品生產(chǎn)，作為工業(yè)上最基本、結(jié)構(gòu)最簡單的含氮原料，幾乎所有的含氮化合物最上游都是氨。

目前氨制取主要通過哈伯-博施法。該技術(shù)發(fā)展成熟，但生產(chǎn)氨所需的氫氣主要通過化石能源制取，在生產(chǎn)過程中仍然有大量二氧化碳的排放。根據(jù)中國氣體工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2020 年我國合成氨行業(yè)二氧化碳的總排放量2.19億噸，占到了化工行業(yè)排放總量的19.9%，使用綠氫有利于合成氨工業(yè)深度脫碳。

3.2.2 碳一化工

綠氫的應(yīng)用可推動(dòng)合成氣綠色升級，向“綠CO+綠H2”轉(zhuǎn)變。一氧化碳和氫氣是合成氣的主要組成部分，合成氣是碳一化工的重要原料，一氧化碳提供羰基，氫氣提供還原氫，是合成一切有機(jī)物的根本途徑。一氧化碳和氫氣可以合成甲醇，甲醇既是化工產(chǎn)品，同時(shí)又是碳一化工過程中的重要有機(jī)原料，以合成氣或甲醇作為基礎(chǔ)原料，可以生成甲醛、甲酸、甲醇、二甲醚、乙醇等含氧化合物產(chǎn)品，也可以通過甲醇直接制汽油（MTG）、合成氣制液體燃料（GTL）等生產(chǎn)液體燃料，還可以通過甲醇直接制烯烴（MTO）、合成氣直接制烯烴（GTO）等合成烯烴，合成氣在化工生產(chǎn)中發(fā)揮著非常重要的作用[24]。目前合成氣主要通過化石能源制取，甲烷水蒸氣重整技術(shù)最為成熟，利用可再生能源電解水制取的綠氫可推動(dòng)“CO+H2”向低碳合成氣“CO+綠H2”轉(zhuǎn)變。同時(shí)大規(guī)模低成本“綠氫”的制備，也將促使逆水汽變換或電催化CO2還原為“綠CO”大規(guī)模應(yīng)用，即利用清潔新能源“綠氫”的CO2逆水汽變換制備“綠CO”，推動(dòng)低碳排放的“CO+綠H2”向負(fù)碳排放的“綠CO+綠H2”發(fā)展，推動(dòng)碳一化工降碳減排[25]。

二氧化碳催化加氫可以合成甲醇，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碳減排，目前國內(nèi)外正在進(jìn)行相關(guān)研究。2009 年日本三井化學(xué)公司100t/a二氧化碳制甲醇中試裝置建成[26]。2020年，安陽順利環(huán)?？萍加邢薰鹃_展二氧化碳制綠色低碳甲醇聯(lián)產(chǎn)液化天然氣（LNG）項(xiàng)目，生產(chǎn)綠色低碳甲醇聯(lián)產(chǎn)LNG，CO2減排10萬噸/年[27]。近日，馬斯達(dá)爾、日本三菱化學(xué)集團(tuán)和INPEX 計(jì)劃利用綠色氫和二氧化碳生產(chǎn)負(fù)碳聚丙烯。聚丙烯是世界上使用最廣泛的塑料之一，由可再生氫結(jié)合二氧化碳生成高附值品聚丙烯，再通過塑料廢棄物制氫，從而形成降碳的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

3.2.3 綠氫冶金

在冶金領(lǐng)域，綠氫可以替代傳統(tǒng)上的焦炭作為鐵礦石的還原劑，在源頭上減少二氧化碳的排放，使鋼鐵行業(yè)擺脫對化石能源的依賴。目前，氫冶金主要研發(fā)應(yīng)用方向?yàn)楦郀t富氫冶煉和非高爐氫基還原工藝，高爐富氫冶煉是通過向高爐噴吹富氫介質(zhì)，以氫部分取代碳，減少了一部分二氧化碳還原產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)部分氫冶金。非高爐氫基還原工藝主要是氫基豎爐直接還原工藝，氫氣在豎爐中將球團(tuán)礦直接還原成海綿鐵，實(shí)現(xiàn)深度脫碳。國外氫冶金發(fā)展起步較早，日本于2008年啟動(dòng)COURSE50項(xiàng)目，利用富氫高爐還原和CO2捕集回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)高爐低碳冶煉。瑞典鋼鐵HYBRIT公司將可再生電力電解水制取的氫氣用于替代焦炭，發(fā)展氫基直接還原煉鐵技術(shù)[28]。我國河鋼集團(tuán)利用氫能直接還原技術(shù)，建設(shè)了全球首例120萬噸氫能還原制備高品質(zhì)金屬化爐料的示范工程。建龍集團(tuán)建成年產(chǎn)30 萬噸氫基熔融還原法冶煉高純鑄造生鐵項(xiàng)目（CISP）。

利用可再生能源電解水得到的綠氫作為還原劑是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)零碳排放的重要途徑，目前綠氫在氫冶金領(lǐng)域的應(yīng)用有待進(jìn)一步提高，如何降低綠氫制取成本是推進(jìn)大規(guī)模綠氫冶金的關(guān)鍵。

3.3 氫氣作為綠色材料

我國富煤、少油、少氣，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，充分發(fā)揮煤炭資源優(yōu)勢是保障我國能源安全、緩解石油與天然氣供需矛盾的重要途徑。目前我國煤化工發(fā)展迅速，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)造成了大量的二氧化碳排放，高能耗、高碳排放是煤化工行業(yè)發(fā)展需要考慮的問題，2020 年我國煤化工（含焦化）使用約7.97 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國煤炭消費(fèi)量的28%左右，年排放CO2約6.77億噸，占全國碳排放量的5.75%左右[29]。在煤化工行業(yè)中應(yīng)用綠氫，可以調(diào)節(jié)合成氣的碳?xì)浔?，降低碳排放；同時(shí)實(shí)現(xiàn)區(qū)域優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)氫氣更大范圍的平衡。

3.3.1 加強(qiáng)綠氫與煤化工的有機(jī)結(jié)合

2023 年7 月27 日，國家發(fā)展改革委等部門發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》，文件提出推動(dòng)現(xiàn)代煤化工與可再生能源、綠氫、二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）等耦合創(chuàng)新發(fā)展。煤炭和太陽能、風(fēng)能等自然資源主要分布在華北、西北、東北等地區(qū)，利用風(fēng)能、太陽能等可再生資源電解水制取綠氫，就近輸送到煤化工產(chǎn)業(yè)地區(qū)，一方面可以利用氫能發(fā)電替代燃煤發(fā)電，減少煤燃料的使用，降低碳排放；一方面將綠氫利用到化工工藝中，調(diào)節(jié)合成氣中的碳?xì)浔?，綠氫結(jié)合合成氣中的碳原子生成相應(yīng)化工產(chǎn)品，減少二氧化碳的排放，節(jié)約煤資源。寧夏寶豐能源公司新建“綠氫+煤”制烯烴項(xiàng)目，采用綠氫與現(xiàn)代煤化工融合協(xié)同生產(chǎn)工藝，相比純煤方案，該項(xiàng)目有望增加甲醇122.9萬噸/年，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤253萬噸/年，減少碳排放631 萬噸/年。中國石化在鄂爾多斯市建設(shè)風(fēng)光融合綠氫化工示范項(xiàng)目，就近用于中天合創(chuàng)鄂爾多斯煤炭深加工示范項(xiàng)目，用綠氫替代合成氣，推進(jìn)煤炭資源由“燃料型”向“原料型”轉(zhuǎn)變。

3.3.2 改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，平衡含氧化合物與烴類產(chǎn)品

煤化工生產(chǎn)產(chǎn)品需要氧氣的參與，氧氣可以用作富氧燃燒或原料，工業(yè)生產(chǎn)氧氣時(shí)需要消耗能源并會(huì)造成二氧化碳的排放，而如果用綠氧替代，完全不會(huì)產(chǎn)生碳排放。此外，生產(chǎn)烯烴和油產(chǎn)品時(shí)需要去掉氧，碳加氫和碳去氧工藝復(fù)雜，過程中也會(huì)有能耗損失以及產(chǎn)生二氧化碳的排放。如果加大煤化工生產(chǎn)過程中氧氣的參與，省去去氧環(huán)節(jié)，研發(fā)生產(chǎn)含氧化合物（如醇醚類化學(xué)品）和新型可降解塑料（如聚乙醇酸PGA）等，不僅可以生產(chǎn)出化學(xué)產(chǎn)品，還能減少碳排放，發(fā)揮煤化工的綠色發(fā)展優(yōu)勢，利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源電解水制取綠氫與綠氧，可以同時(shí)解決原料氫氣與氧氣的來源問題，并且不會(huì)產(chǎn)生碳排放。

3.3.3 區(qū)域優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)園區(qū)氫平衡

煤化工生產(chǎn)甲醇、烯烴等過程中需要大量的氫氣參與，煤化工園區(qū)內(nèi)煤氣化等自產(chǎn)的氫氣結(jié)合風(fēng)能、光能等可再生能源電解水制取的綠氫，提高園區(qū)內(nèi)氫氣的供給量，實(shí)現(xiàn)用氫端的供給需求，解決氫氣供需兩方時(shí)間、強(qiáng)度等方面的不均衡，提高氫氣的利用效率，實(shí)現(xiàn)園區(qū)更大范圍的氫平衡。

3.4 構(gòu)建新型氫能源產(chǎn)業(yè)鏈

依據(jù)綠氫具有的綠色能源、綠色原料、綠色材料等多重屬性，應(yīng)用綠氫可推動(dòng)化工、鋼鐵等高碳排放行業(yè)實(shí)現(xiàn)深度脫碳，在有條件的地區(qū)應(yīng)積極推進(jìn)新型氫能源綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。依據(jù)風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電方式電解水制取綠氫與綠氧，加快推進(jìn)西部地區(qū)綠氫規(guī)?；a(chǎn)，就近通過管道輸送至化工園區(qū)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)園區(qū)氫平衡，特別是集中的煤化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)，通過加入綠氫調(diào)節(jié)合成氣碳?xì)浔?，加入綠氧改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，生成合成樹脂、合成油、天然氣等傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品以及可降解含氧合成材料PGA，同時(shí)供應(yīng)綠氨，用氫氣的增量帶動(dòng)碳的存量，實(shí)現(xiàn)源頭碳減排、分子層面的碳減排，實(shí)現(xiàn)化工園區(qū)綠色升級的同時(shí)加大了廢光、廢風(fēng)等資源的利用，推動(dòng)了風(fēng)電、光伏等發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，利用風(fēng)電、光伏發(fā)電與氫能發(fā)電等清潔發(fā)電方式，將綠電應(yīng)用于化工園區(qū)以及更大范圍的調(diào)峰使用，推進(jìn)西部電網(wǎng)建設(shè)，形成產(chǎn)業(yè)協(xié)同化發(fā)展布局。氫冶金過程中氫氣替代一氧化碳作為還原劑，還原產(chǎn)物為水，從源頭上減少了二氧化碳的排放。在鋼鐵冶煉過程中加大綠氫的應(yīng)用，有利于推進(jìn)鋼鐵行業(yè)深度脫碳，同時(shí)減少傳統(tǒng)化石能源的大量消耗，促進(jìn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，緩解能源危機(jī)。在東部沿海地區(qū)積極開展海上風(fēng)電制氫、核電制氫項(xiàng)目，就近運(yùn)輸用于沿海地區(qū)鋼鐵生產(chǎn)基地，并開展“西氫東送”，推動(dòng)綠氫在鋼鐵冶煉工藝中的大規(guī)模利用，加快氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)。

4 加快我國氫產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的優(yōu)化策略

發(fā)展氫產(chǎn)業(yè)可成為推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、助力行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型與加快實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要途徑，為推動(dòng)氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)構(gòu)建完整的氫產(chǎn)業(yè)鏈，氫氣制取、氫氣儲(chǔ)運(yùn)和氫氣應(yīng)用等各環(huán)節(jié)都是推動(dòng)氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展必不可少的部分，建議從政策機(jī)制、產(chǎn)業(yè)布局、技術(shù)研發(fā)、國際合作等方面進(jìn)行考慮，從而進(jìn)一步完善氫產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

4.1 建立完善氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策機(jī)制

氫作為綠色能源、綠色原料、綠色材料，在化工、冶金、交通等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，建議我國完善氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)和整體規(guī)劃，突出氫產(chǎn)業(yè)在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能源革命中的戰(zhàn)略地位，加強(qiáng)涉氫產(chǎn)業(yè)法律體系、制度體系和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，加強(qiáng)氫氣制、儲(chǔ)、運(yùn)、用等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全規(guī)范，推進(jìn)氫產(chǎn)業(yè)規(guī)范化建設(shè)。建立健全激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)社會(huì)資本和市場主體廣泛參與，加快推進(jìn)相關(guān)核心技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，構(gòu)建從制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫到多場景應(yīng)用的氫產(chǎn)業(yè)鏈，完善相關(guān)設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局，推動(dòng)氫產(chǎn)業(yè)全面融入到交通、工業(yè)、建筑和發(fā)電等各個(gè)領(lǐng)域。

4.2 適度加大綠氫產(chǎn)業(yè)布局

目前我國制氫以化石能源制氫為主，工業(yè)副產(chǎn)氣制氫為輔，制氫過程中會(huì)產(chǎn)生大量的CO2，只有將綠氫融入到各行業(yè)領(lǐng)域中，發(fā)揮其對于化石能源等的替代作用，才能幫助各行業(yè)實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色轉(zhuǎn)型。加大綠氫的產(chǎn)業(yè)布局，從氫氣制取、儲(chǔ)運(yùn)到應(yīng)用等各方面進(jìn)行考慮推動(dòng)綠氫產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

4.2.1 積極發(fā)展可再生能源制取綠氫

目前關(guān)于可再生能源制氫的技術(shù)研究主要集中在風(fēng)力發(fā)電電解水制氫、太陽能制氫、核能制氫以及生物質(zhì)制氫等，其中生物質(zhì)制氫具有原料來源廣泛、清潔高效的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)氫氣的同時(shí)，可以改善大氣環(huán)境，但產(chǎn)氫效率低、穩(wěn)定性差、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)階段不夠成熟，建議可以進(jìn)一步研究高活性催化劑提高生物質(zhì)熱化學(xué)法制氫產(chǎn)率、速度等，并加大對生物法制氫過程影響因素的機(jī)理研究[30]，以提高氫氣產(chǎn)率、速度、穩(wěn)定性以及實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化為發(fā)展方向，將生物制氫作為綠氫制取的一種重要儲(chǔ)備來源。對于太陽能制氫技術(shù)的研究主要集中在光催化制氫技術(shù)、光電化學(xué)分解水制氫技術(shù)、太陽能熱化學(xué)制氫技術(shù)以及光伏發(fā)電電解水制氫等，其中光伏發(fā)電電解水制氫技術(shù)產(chǎn)氫效率最高，商業(yè)化應(yīng)用最為廣泛，建議進(jìn)一步加大光催化劑耐高溫材料、太陽能聚集器和太陽能反應(yīng)器等關(guān)鍵材料的研究[31]。核能制氫較有優(yōu)勢的主要技術(shù)有核能耦合高溫蒸汽電解制氫、核能耦合熱化學(xué)循環(huán)制氫、核電+電解水制氫等，核能耦合甲烷水蒸氣重整制氫仍會(huì)有大量二氧化碳排放，不能制取綠氫，其中核能發(fā)電直接電解水技術(shù)發(fā)展較為成熟，短期內(nèi)是最可行的核能制氫工藝。高溫蒸汽電解制氫與直接電解相比，具有電能需求低、制氫效率高的優(yōu)點(diǎn)，但高溫電解所需材料是研究難點(diǎn)，熱化學(xué)循環(huán)制氫產(chǎn)氫效率友好，但反應(yīng)環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)進(jìn)一步研發(fā)高溫電解與熱化學(xué)循環(huán)工藝所需材料和工藝技術(shù)[32-33]。綜上所述，短期內(nèi)可以風(fēng)力、光能、核能發(fā)電電解水制氫為主，以其他可再生能源制氫為輔，并對其他可再生能源制氫技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)，提高其產(chǎn)氫效率、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性以及安全性，推動(dòng)其實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⑸虡I(yè)化發(fā)展，為綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供多種高效的綠氫制取方式。

我國西北地區(qū)具有豐富的太陽能以及風(fēng)能，西南地區(qū)具有豐富的水資源，建議充分利用西部的可再生能源資源，發(fā)展可再生能源電解水制氫以及太陽能光解水制氫，建立氫氣生產(chǎn)基地，大規(guī)模生產(chǎn)綠氫，推進(jìn)西部地區(qū)風(fēng)光發(fā)電與綠氫產(chǎn)業(yè)協(xié)同化發(fā)展。在沿海地區(qū)，可依托風(fēng)電、核電與海水資源制取綠氫，一體化布局降低對外能源的依賴，規(guī)?；a(chǎn)綠氫?？稍偕茉措娊馑茪溆袃蓚€(gè)需要考慮的重要問題：第一是電解水技術(shù)，主要電解水技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)見表3[34-35]；第二是電解水成本，不同方式制氫成本對比如圖5所示。

表3 主要電解水技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比

圖5 不同制氫方式成本對比

目前發(fā)展較為成熟的電解水技術(shù)為質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)（PEM）、堿性電解水技術(shù)（ALK）。我國堿性電解水技術(shù)路線較為成熟，成本低、運(yùn)行時(shí)間長[36]，但該技術(shù)難以快速啟動(dòng)或變載，制氫速度不易調(diào)節(jié)，而PEM 電解槽運(yùn)行更加靈活，更適合可再生能源的波動(dòng)性[37]，是目前最適合的電解水制氫技術(shù)。但目前PEM 技術(shù)應(yīng)用還存在質(zhì)子交換膜不夠成熟、成本高、催化劑少等問題，建議進(jìn)一步研發(fā)質(zhì)子交換膜技術(shù)，合理開發(fā)更先進(jìn)的膜合成方法，制備復(fù)合材料膜取代Nafion膜，同時(shí)加大降低貴金屬催化劑負(fù)載量以及開發(fā)非貴金屬基催化劑等相關(guān)研究[38]。陰離子交換膜電解水制氫技術(shù)兼具PEM 和ALK 的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，且無需貴金屬作為催化劑，但其技術(shù)不成熟，目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段[39]，國家應(yīng)當(dāng)聯(lián)合相關(guān)企業(yè)適當(dāng)加快AEM 電解水技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，探索解決強(qiáng)耐堿性膜材料等關(guān)鍵技術(shù)難題[40]，同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化堿性電解水的制氫設(shè)備，嘗試提升堿性電解水制氫技術(shù)與可再生能源發(fā)電的適配性[3]。

降低電解水制氫成本是大規(guī)?；瘧?yīng)用綠氫的關(guān)鍵，可再生能源電解水制氫較電網(wǎng)電解水制氫成本較低，但仍然高于傳統(tǒng)的化石能源制氫與工業(yè)副產(chǎn)氫，在市場上缺乏競爭優(yōu)勢。降低成本可從降低電價(jià)成本與降低技術(shù)能耗兩方面考慮：第一，進(jìn)一步研發(fā)可再生能源發(fā)電技術(shù)和相關(guān)設(shè)施，充分利用廢光、廢風(fēng)等資源，降低發(fā)電成本；第二，研發(fā)質(zhì)子交換膜等關(guān)鍵部件，擺脫進(jìn)口依賴，研發(fā)高效低成本催化劑，進(jìn)一步研究電解水相關(guān)技術(shù)，改進(jìn)配置設(shè)施，提高電解水制氫效率。

4.2.2 加快氫氣儲(chǔ)運(yùn)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)

儲(chǔ)運(yùn)氫氣是氫氣大規(guī)模利用的關(guān)鍵，而管道輸送是大規(guī)模輸送氫氣經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)輸方式，目前我國天然氣管道摻氫現(xiàn)處在示范研究階段，國家和地方應(yīng)當(dāng)適當(dāng)推動(dòng)天然氣摻氫輸送、純氫管道輸送技術(shù)攻關(guān)和示范，充分利用“西氣東輸”天然氣管網(wǎng)，開展天然氣摻氫輸送，建立起“西氫東送”輸運(yùn)方式，將西部大規(guī)模氫氣輸送到東部市場地區(qū)，推動(dòng)氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)加大高端碳纖維技術(shù)、氫氣液化、固態(tài)儲(chǔ)氫、液氨和甲醇儲(chǔ)氫等相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，適當(dāng)開展全復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)纏繞的輕質(zhì)高壓容器儲(chǔ)氫技術(shù)，發(fā)揮其質(zhì)量優(yōu)勢，添加輔助儲(chǔ)氫物質(zhì)進(jìn)一步改進(jìn)儲(chǔ)氫容器的材質(zhì)。

加氫站是氫燃料電池汽車應(yīng)用的重要配套設(shè)施，國內(nèi)加氫站主要是35MPa 型加氫站，加氫能力與能耗等各方面與70MPa 型加氫站存在一定差距，目前國內(nèi)加氫站核心設(shè)備仍然還無法實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，尤其是氫氣壓縮機(jī)、加氫機(jī)及部分關(guān)鍵零部件需要依賴進(jìn)口，其建站投資成本較高[41]。國家應(yīng)當(dāng)聯(lián)合相關(guān)企業(yè)以及研發(fā)機(jī)構(gòu)加強(qiáng)加氫站關(guān)鍵部件以及加氫技術(shù)的研發(fā)，在政策與資金上給予適當(dāng)?shù)闹С?。目前加氫站建設(shè)主要集中在廣東、上海、山東、河北、江蘇等領(lǐng)域[42]，考慮加氫站建設(shè)成本較高，可主要依托現(xiàn)有加油站和加氣站體系，建立油、氣、電、氫合建站，逐步完善加氫站網(wǎng)絡(luò)。加氫站建設(shè)應(yīng)優(yōu)先考慮氫源豐富、應(yīng)用場景較為成熟的城市區(qū)域，可首先在產(chǎn)業(yè)園區(qū)、國省道（含縣鄉(xiāng)道）、高速公路、城鎮(zhèn)、船舶等五類“點(diǎn)位”布局加氫站，后續(xù)通過建立完善氫走廊等發(fā)展模式串聯(lián)起各地加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[43]。

4.2.3 逐步完善綠氫的多元化應(yīng)用場景

《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》提出2019年我國年產(chǎn)氫氣近2000 萬噸，2050 年氫氣需求量預(yù)計(jì)增加到6000 萬噸[44]。隨著氫氣需求上升，綠氫在交通、建筑、發(fā)電、化工等各領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。綠氫具有多元屬性以及清潔低碳、靈活高效的特點(diǎn)，多場景充分應(yīng)用綠氫是我國實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的有效途徑。國家和地方層面應(yīng)當(dāng)積極推進(jìn)綠氫融入各領(lǐng)域，加強(qiáng)財(cái)政扶持及企業(yè)間合作，提高制氫技術(shù)與制氫效率，進(jìn)一步降低綠氫成本[3]。

在京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)發(fā)展氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)，在沿海地區(qū)和長江經(jīng)濟(jì)帶大力發(fā)展氫燃料電池船舶產(chǎn)業(yè)，在大型礦山、港口建立燃料電池叉車和重卡產(chǎn)業(yè)集群，完善氫燃料電池在各領(lǐng)域發(fā)展的政策和制度，推動(dòng)氫燃料電池在交通、航運(yùn)等多領(lǐng)域應(yīng)用與發(fā)展。在石化基地、煤化工基地、合成氨基地、鋼鐵生產(chǎn)基地等領(lǐng)域推行氫替代煤炭的工業(yè)流程再造。在可再生能源豐富地區(qū)試點(diǎn)建設(shè)農(nóng)村家庭用燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)設(shè)施[2]，提高摻氫比例與應(yīng)用安全性，加快摻氫管道輸送技術(shù)研發(fā)，推廣天然氣管網(wǎng)摻氫使用。

4.3 構(gòu)建國際合作發(fā)展模式

日本在氫能利用的相關(guān)技術(shù)和材料上全球領(lǐng)先，日本尋求在全球范圍內(nèi)構(gòu)建供應(yīng)鏈的背景下，我國在積極推進(jìn)氫利用關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。在此背景下，我國可考慮與日本圍繞質(zhì)子交換膜燃料電池、燃料電池系統(tǒng)和車載儲(chǔ)氫三大關(guān)鍵技術(shù)開展相關(guān)技術(shù)合作。其中重點(diǎn)考慮與豐田、本田等日本氫燃料電池領(lǐng)域發(fā)展領(lǐng)先的企業(yè)開展氫燃料電池汽車項(xiàng)目合作。美國與歐盟致力于綠氫的生產(chǎn)與應(yīng)用，我國與美歐特別是歐盟方面在擺脫化石能源依賴、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綠色制氫等目標(biāo)方面具有一致性，可圍繞海上風(fēng)電、太陽能發(fā)電以及綠氫應(yīng)用等領(lǐng)域開展技術(shù)研發(fā)合作，設(shè)立或聯(lián)合成立研發(fā)機(jī)構(gòu)，開展以燃?xì)獍l(fā)電、綜合能源、海上風(fēng)電、電力系統(tǒng)靈活性等為主的項(xiàng)目合作。同時(shí)，我國要與其他國家和國際組織進(jìn)一步加強(qiáng)涉氫國際標(biāo)準(zhǔn)制定以及氫安全國際知識(shí)共享工作，協(xié)同推進(jìn)氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5 結(jié)語

綠氫具有多元屬性以及清潔低碳、靈活高效的特點(diǎn)，近年來隨著全球氫氣需求的上升以及應(yīng)用領(lǐng)域的推廣，氫有望在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)可成為我國實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的有效途徑之一。從美、日、歐盟等世界主要代表性經(jīng)濟(jì)體的氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r可以看出，各國都非常重視氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國應(yīng)當(dāng)立足本國國情，抓緊構(gòu)建從制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫到多場景應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈，優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局，把氫產(chǎn)業(yè)全面融入到能源、工業(yè)、建筑和交通等各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)還要從創(chuàng)新和技術(shù)上著手，大力發(fā)展電解水制氫以及氫儲(chǔ)運(yùn)的相關(guān)技術(shù)，利用我國的可再生能源優(yōu)勢，在西部地區(qū)建立規(guī)?；G氫生產(chǎn)基地，在沿海地區(qū)進(jìn)行核電制氫和“風(fēng)電+海水”制氫，積極發(fā)展管道輸氫開展“西氫東送”，從而推動(dòng)綠氫的大規(guī)模利用。最后，鑒于當(dāng)前世界各國氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾，我國應(yīng)當(dāng)積極開展國際合作，共同推進(jìn)氫產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。