氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)、參與主體多、應用領(lǐng)域廣闊，從能源戰略角度考量，氫能是實(shí)現各類(lèi)能源轉換的“樞紐”。在氫氣制備、儲運、應用環(huán)節中，應加快氫能關(guān)鍵核心材料和技術(shù)的研發(fā)應用，形成完備的產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新體系，為碳達峰、碳中和目標實(shí)現提供支撐。

氫能是一種來(lái)源廣泛、清潔無(wú)碳、靈活高效、應用場(chǎng)景豐富的二次能源，是推動(dòng)傳統化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規模發(fā)展的理想媒介，也是實(shí)現交通、化工、冶金和水泥等領(lǐng)域大規模深度脫碳及實(shí)現碳中和目標的絕佳能源。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)、參與主體多、應用領(lǐng)域廣闊，從能源戰略角度出發(fā)，氫能是實(shí)現各類(lèi)能源轉換的“樞紐”，可以實(shí)現不同能源品種向各類(lèi)終端的傳輸，能夠增強未來(lái)低碳能源網(wǎng)絡(luò )的靈活性和穩定性，是實(shí)現“零碳排放”的終極能源。

氫氣制備是氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵，擴大制氫規模、減少二氧化碳排放和降低氫氣成本是今后努力的方向

根據生產(chǎn)原料和生產(chǎn)方式的不同，氫氣制備可分為化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫、可再生能源電解水制氫、其他工藝制氫。其中，化石燃料制氫包括煤制氫、天然氣制氫、甲醇制氫、石油制氫等；工業(yè)副產(chǎn)制氫包括氯堿副產(chǎn)制氫、焦爐煤氣制氫、丙烷脫氫副產(chǎn)氫、輕烴裂解制氫等；電解水制氫包括堿性電解水制氫（AWE）、質(zhì)子交換膜電解水（PEM）制氫、固體氧化物電解池（SOEC）制氫等；其他工藝制氫包括生物質(zhì)制氫、光催化分解水制氫、廢舊塑料裂解制氫等。

當前全球化石燃料制氫產(chǎn)量約占78%，工業(yè)副產(chǎn)制氫約占20%，電解水制氫及其他工藝制氫雖然占比不足2%，但發(fā)展前景非常廣闊。利用光伏、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電，再通過(guò)電解水制氫裝置產(chǎn)出的氫氣，稱(chēng)為綠氫。電解水制氫技術(shù)中，堿性電解水制氫（AWE）、質(zhì)子交換膜電解水（PEM）制氫處于市場(chǎng)化應用階段，固體氧化物電解池（SOEC）制氫處于項目示范階段。

在全球電解槽主要的技術(shù)路線(xiàn)中，堿水電解槽技術(shù)最為成熟，約占2/3的份額，質(zhì)子交換膜電解槽約占1/3的份額，固態(tài)氧化物電解槽僅有一些示范應用項目，裝機容量?jì)H為0.8兆瓦。

我國綠氫項目雖然起步較晚，但在“雙碳”目標驅動(dòng)下正在加速實(shí)施，目前國內已有超過(guò)百個(gè)在建和規劃中的電解水制氫項目，涉及石油煉化、化工合成、鋼鐵冶煉和交通等多個(gè)領(lǐng)域，其中有75%的綠氫項目落地于三北地區。

中國石化新疆庫車(chē)綠氫示范項目于2021年11月30日啟動(dòng)，是全球在建的最大光伏發(fā)電制綠氫項目，共有52臺堿水電解槽，總裝機容量260兆瓦，單槽制氫能力均為1000標準立方米/小時(shí)，計劃今年6月建成投產(chǎn)，年產(chǎn)綠氫可達兩萬(wàn)噸，將供應塔河煉化，替代原有的天然氣制氫模式。

我國是全球最大的制氫國，2022年氫氣產(chǎn)量為3781萬(wàn)噸，占比超過(guò)全球產(chǎn)量的1/3，2023年我國電解槽出貨量將保持高速增長(cháng)，有望在1.4~2.1吉瓦，預計占全球出貨量的60%以上，制氫規模的擴大、二氧化碳排放的減少和氫氣成本的降低，將助推我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道。

氫氣應用是氫能產(chǎn)業(yè)的核心，用氫需求規?；?、利用方式多元化，將帶動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)足發(fā)展

氫能應用非常廣泛。在石化工業(yè)中，氫氣是合成氨、甲醇、尼龍塑料、油脂化學(xué)、高品質(zhì)油品的主要原料。在冶金工業(yè)中，氫氣是有色金屬冶煉過(guò)程中的還原劑和保護氣，是磁性材料、粉末冶金、帶鋼軋制生產(chǎn)過(guò)程中的保護氣。氫能也有一小部分應用于建筑和發(fā)電領(lǐng)域。除上述傳統用氫行業(yè)外，加氫站及氫燃料電池將是未來(lái)氫氣應用的主要場(chǎng)景。

加氫站。截至2022年底，國內共建成投運加氫站274座，約占全球總數的40%，加氫站數量居世界第一，主要分布在長(cháng)三角、珠三角及京津冀區域。根據氫氣來(lái)源不同，加氫站分為外供氫加氫站和內制氫加氫站兩種。外供氫加氫站是指氫氣通過(guò)長(cháng)管拖車(chē)、液氫槽車(chē)或管道輸運至加氫站后，在站內進(jìn)行壓縮、存儲和加注等操作。內制氫加氫站是在加氫站內配備了制氫系統，制得的氫氣經(jīng)純化、壓縮、存儲后，進(jìn)行加注操作。外供氫加氫站由供銷(xiāo)系統、儲氫系統和壓縮系統組成，內制氫加氫站則相應增加了制氫系統。

我國目前應用最廣泛的是氣氫加氫站，可分為固定式加氫站和橇裝式加氫站。固定式加氫站是將供銷(xiāo)系統、儲氫系統和壓縮系統固定安裝在加氫站地面上；橇裝式加氫站是將供銷(xiāo)系統、儲氫系統和壓縮系統集成于集裝箱內，其中橇裝式加氫站又可分為一體式和分體式。加注機安裝在橇內的為一體式，加注機安裝在加氫站地面上的為分體式。我國已建成或在建的加氫站中，固定式加氫站是主要建設類(lèi)型，占比達到70%；橇裝式加氫站為輔，占比22%；其他還有8%的實(shí)驗站、一體站等一些特殊類(lèi)型。

氫燃料電池。氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉換成電能的發(fā)電裝置。我國主要集中在質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池等技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池由于工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高等特點(diǎn)，非常適用于交通和固定式電源領(lǐng)域，逐步成為現階段主流技術(shù)。我國固體氧化物燃料電池尚未進(jìn)行商業(yè)應用，處于試驗研究階段。截至2022年底，全球燃料電池車(chē)保有量達到6.7萬(wàn)輛，比上年增長(cháng)36.6%，其中我國燃料電池車(chē)保有量為12682輛，約占全球運營(yíng)總量的19%，現階段以客車(chē)和重卡為主。

質(zhì)子交換膜燃料電池主要由膜電極、雙極板、墊片、端板和拉桿等部件組合而成，其中膜電極和雙極板合稱(chēng)電堆，膜電極由質(zhì)子交換膜、氣體擴散層和催化層組成。目前，我國掌握了燃料電池及核心零部件自主化開(kāi)發(fā)核心技術(shù)，雖然在功率密度、低溫啟動(dòng)能力和經(jīng)濟性等方面取得了明顯進(jìn)步，但質(zhì)子交換膜、碳紙、密封膠等主要原材料仍處于批量化驗證階段。

雖然目前氫能利用以工業(yè)原料消費為主，但未來(lái)在交通領(lǐng)域應用潛力巨大。要加快加氫基礎設施規劃建設，推進(jìn)氫燃料電池技術(shù)創(chuàng )新和示范應用，構建多元用氫生態(tài)，通過(guò)規模效應持續降低氫能產(chǎn)業(yè)鏈成本，提升氫能在終端能源消費中的比重。

氫氣儲運是氫能產(chǎn)業(yè)的基礎，多方式、多路徑、多選擇性將成為行業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)

氫氣儲運主要有氣態(tài)儲運、液態(tài)儲運和固態(tài)儲運三種方式，其中氣態(tài)儲運和液態(tài)儲運技術(shù)工業(yè)化應用較為廣泛，固態(tài)儲運領(lǐng)域技術(shù)尚未成熟，主要處于研發(fā)示范階段。

氣態(tài)儲運。氣態(tài)儲運是目前使用最普遍、最直接的氫能儲運方式，主要采用高壓氣態(tài)儲運。國內已建成的加氫站采用的主要儲氫容器類(lèi)型分為固定式儲氫罐和儲氫瓶組，占比分別為30%和70%。其中，高壓氣態(tài)儲氫瓶主要分為純鋼制金屬瓶（I型）、鋼制內膽纖維纏繞瓶（II型）、鋁內膽纖維纏繞瓶（III型）及塑料內膽纖維纏繞瓶（IV型）等四種類(lèi)型。從應用場(chǎng)景看，I型瓶和II型瓶主要應用于加氫站等固定儲氫設施，III型瓶和IV型瓶主要應用于氫燃料電池汽車(chē)等移動(dòng)儲氫設施。我國車(chē)載儲氫瓶目前主要為III型瓶（35兆帕），III型瓶（70兆帕）處于示范階段，IV型瓶處于研發(fā)階段。美、日等國應用的車(chē)載儲氫瓶多為IV型瓶（70兆帕），且開(kāi)始研發(fā)V型儲氫瓶（無(wú)內膽纖維纏繞）。

高壓氣態(tài)運輸主要分為長(cháng)管拖車(chē)和管道運輸兩種。長(cháng)管拖車(chē)運輸技術(shù)較為成熟，我國目前常以20兆帕長(cháng)管拖車(chē)運氫，單車(chē)運氫約為300千克，正在積極發(fā)展45兆帕運氫技術(shù)；國外則采用45兆帕纖維全纏繞高壓氫瓶長(cháng)管拖車(chē)運氫，單車(chē)運氫可提至700千克。管道運輸是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟階段實(shí)現氫氣長(cháng)距離、大規模運輸的必然趨勢，當前階段可積極探索天然氣管道摻氫輸送；歐美國家是世界上最早發(fā)展氫氣管網(wǎng)的國家，距今已有70多年歷史，全球有超過(guò)5000千米的氫氣管道，其中90%以上位于美國及歐洲；我國氫氣管網(wǎng)發(fā)展相對不足，有關(guān)標準尚需完善，已投用約100千米輸氫管道，如中國石化濟源—洛陽(yáng)全長(cháng)25千米、巴陵—長(cháng)嶺全長(cháng)42千米，目前正在規劃布局遠距離輸氫管道項目。

液態(tài)儲運。氫氣由氣態(tài)轉化為液態(tài)可分為物理法和化學(xué)法，其中物理法有低溫液態(tài)儲運，化學(xué)法主要為有機液體儲氫、氨-氫儲運等。目前低溫液氫儲運全球液氫產(chǎn)能約400噸/日，其中美國占比在85%以上，應用技術(shù)最為成熟；我國液氫產(chǎn)能僅5噸/日，生產(chǎn)的液氫基本上應用于航空航天領(lǐng)域。有機液體儲氫和氨-氫儲運尚處于試驗研究和示范應用階段，尤其是氨-氫儲運，利用可再生能源電解水制氫后，通過(guò)“氫-氨-氫”這一流程完成“綠氫”運輸，氨作為理想的儲氫介質(zhì)，有望解決氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的儲運成本高、能量密度低和本質(zhì)安全性弱等挑戰性難題，發(fā)展空間廣闊。

固態(tài)儲運。固態(tài)儲氫可分為物理吸附類(lèi)和化學(xué)氫化物，是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲氫載體，通過(guò)物理吸附和化學(xué)吸附的方式實(shí)現氫的存儲。常用的儲氫材料有稀土類(lèi)化合物、鈦系化合物、鎂系化合物及釩、鈮等金屬合金。雖然這種儲氫方式存在一些缺點(diǎn)，但在燃料電池汽車(chē)上的應用優(yōu)點(diǎn)明顯，未來(lái)潛力較大。

我國要在氫氣儲運環(huán)節加大研發(fā)試驗和示范應用投入力度，探索和優(yōu)化更安全、高效、綠色的氫氣儲運方式，采取經(jīng)濟高效的多種儲運路徑并行的方案，逐步構建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫儲運體系。

加快氫能關(guān)鍵核心材料和技術(shù)的研發(fā)應用，形成完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新體系，為碳達峰、碳中和目標實(shí)現提供支撐

堿性電解水制氫因技術(shù)成熟、成本相對較低，當前及今后一段時(shí)期仍是綠氫生產(chǎn)的主要方式；質(zhì)子交換膜電解水制氫成本為堿水的4~5倍，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步和整個(gè)氫能供應鏈成本的降低，質(zhì)子交換膜電解水制氫因其靈活多樣的適應性，將會(huì )迎來(lái)快速發(fā)展。

遠距離管道輸氫將會(huì )得到越來(lái)越廣泛的應用，國家需完善相關(guān)標準支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展。液態(tài)儲運和固態(tài)儲運未來(lái)前景廣闊，研發(fā)的持續投入會(huì )帶來(lái)成本的不斷降低，為氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展創(chuàng )造條件。

加氫站加注壓力將由45兆帕向90兆帕過(guò)渡。膜電極和雙極板是氫燃料電池的核心部件，我國需加快研發(fā)應用、實(shí)現技術(shù)突破，打造氫能多元化應用生態(tài)，趕超世界先進(jìn)水平。

“十四五”是能源技術(shù)革命的關(guān)鍵時(shí)期，也是推進(jìn)碳達峰、碳中和戰略的重要窗口期。氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)現關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，是推動(dòng)我國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必行之舉。要加強基礎研發(fā)領(lǐng)域創(chuàng )新，以技術(shù)先行、產(chǎn)業(yè)驅動(dòng)為原則，有效整合氫能產(chǎn)業(yè)研發(fā)資源，實(shí)現聯(lián)合攻關(guān)、知識產(chǎn)權共享，加快氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)、材料研發(fā)及裝備制造自主化，對能源綠色轉型發(fā)展起到重要支撐作用。