國際氫能展獲悉，氫能是應對全球氣候變化、保障國家能源安全和推動(dòng)經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展的重要戰略選擇，被公認為是未來(lái)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)競爭新的制高點(diǎn)之一。近期，美國能源部(DOE)氫能和燃料電池技術(shù)辦公室更新多年期計劃[1]，提出更明確的近中遠期重點(diǎn)研發(fā)方向和關(guān)鍵指標，推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)全鏈條發(fā)展。我國也將氫能確立為前瞻部署的未來(lái)產(chǎn)業(yè)[2]，國務(wù)院在5月23日印發(fā)《2024—2025年節能降碳行動(dòng)方案》[3]，6月7日國家發(fā)展改革委等5部門(mén)聯(lián)合發(fā)布鋼鐵、煉油、合成氨、水泥4個(gè)行業(yè)的節能降碳專(zhuān)項行動(dòng)計劃，均將氫能作為推動(dòng)行業(yè)綠色轉型的重要力量[4]。本文系統梳理當前國際氫能產(chǎn)業(yè)競爭態(tài)勢，深入分析我國發(fā)展現狀及存在的短板不足，提出研發(fā)布局建議。

??一、國際氫能產(chǎn)業(yè)競爭布局

全球已掀起氫能科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的熱潮，截至2023年底，已有超過(guò)50個(gè)國家和地區出臺了氫能戰略。主要國家均將氫能上升到國家戰略高度，通過(guò)差異化布局搶占發(fā)展先機。美國重視對氫能全鏈條技術(shù)的研發(fā)和規?；痉?，推進(jìn)基于氫能的多能融合互補，以變革電力、交通、化工、鋼鐵等行業(yè)。日本超前布局點(diǎn)亮氫能“科技樹(shù)”，建設“氫能社會(huì )”作為經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)活動(dòng)的能源支柱。歐盟把氫能視為實(shí)現碳中和的關(guān)鍵，利用綠氫推進(jìn)所有終端部門(mén)脫碳化。英國將氫能作為工業(yè)脫碳的主要抓手，德國謀求成為全球領(lǐng)先的氫能技術(shù)供應國，俄羅斯、澳大利亞、沙特阿拉伯均重點(diǎn)發(fā)展制氫產(chǎn)業(yè)以在“后油氣時(shí)代”保持能源出口強國地位。

各國布局存在共性特征：一是將降低綠氫成本作為推進(jìn)氫能規?；渴鸬年P(guān)鍵，大力發(fā)展以電解制氫為代表的綠色制氫技術(shù)，美國提出了到2031年將綠氫成本大幅降至1美元/千克的目標;二是氫能儲運成為不可忽視的關(guān)鍵環(huán)節，近中期重點(diǎn)發(fā)展高效、易運輸的新型儲氫材料和建設氫能基礎設施，日本正與多國合作建立基于液氫、氨的跨海運氫供應鏈;三是氫能應用向多元化發(fā)展，探索靈活、高效的“氫+”多行業(yè)多場(chǎng)景融合解決方案;四是區域氫中心建設提上日程，美國投入75億美元打造區域氫中心，歐盟密集部署氫谷示范項目。

全球氫能技術(shù)研發(fā)和示范部署邁上發(fā)展快車(chē)道。國際能源署預測，到2030年全球低碳氫產(chǎn)量將從不足100萬(wàn)噸/年增至3800萬(wàn)噸/年。電解制氫進(jìn)入初期市場(chǎng)導入階段，海水直接制氫路線(xiàn)步入工業(yè)示范，高效太陽(yáng)能制氫系統逐步由實(shí)驗室走向中試。固態(tài)儲氫、有機液體儲氫等技術(shù)正向市場(chǎng)化發(fā)展，輸氫管道建設提速。燃料電池穩定耐久性不斷提升，燃料電池汽車(chē)已具備大規模推廣條件。氫能在冶金、化工、建筑、工程機械、航空/船舶等領(lǐng)域步入原型樣機或示范階段，多個(gè)“首臺套”應用落地。

??二、我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀及短板

我國已基本形成較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，初步掌握氫能制、儲、輸、運、用(燃料電池和系統集成等)主要技術(shù)和生產(chǎn)工藝，形成了多點(diǎn)突破的產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新生態(tài)。

制氫方面，我國是全球氫氣生產(chǎn)第一大國，也是電解制氫項目部署的主導力量，截至2023年底累計規劃綠氫項目產(chǎn)能合計已超過(guò)650萬(wàn)噸/年，電解槽裝機容量占到全球一半。堿性電解制氫、質(zhì)子交換膜電解制氫已初步進(jìn)入規?；瘧?，高溫固體氧化物電解制氫、陰離子交換膜電解制氫、太陽(yáng)能光催化制氫等技術(shù)尚處于前期研發(fā)和小規模示范，海水制氫實(shí)現工業(yè)示范。

儲輸運氫方面，我國以高壓氣態(tài)儲輸技術(shù)為主，正開(kāi)展純氫/摻氫管道的工程示范。民用液氫初步開(kāi)展小規模示范應用，氫液化規模突破10噸/天。液體儲氫、固態(tài)儲氫、地下儲氫等先進(jìn)技術(shù)正處于前期攻關(guān)和小規模示范應用階段。建成加氫站超480座，新增加氫站、在運加氫站兩項指標均居世界第一。

氫能利用方面，質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池在電堆集成、設計制造等方面取得較大突破并已大規模量產(chǎn)。交通、化工、冶金等領(lǐng)域示范規模引領(lǐng)全球，已成為全球最大燃料電池商用車(chē)生產(chǎn)和應用市場(chǎng)，氫基化工規?；圏c(diǎn)落地，氫冶金技術(shù)示范項目開(kāi)啟，氫能發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)完成重點(diǎn)技術(shù)試點(diǎn)示范，建成全國首個(gè)氫能進(jìn)萬(wàn)家智慧能源示范社區項目。

但我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體與國際相比仍處于并跑或跟跑階段，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節關(guān)鍵技術(shù)、材料、裝備仍然存在短板和不足：

1、先進(jìn)電解制氫技術(shù)開(kāi)發(fā)滯后，關(guān)鍵材料和技術(shù)無(wú)法完全自主

我國電解制氫裝機規模已超過(guò)全球半數，以堿性電解制氫為主，其成本低、單槽產(chǎn)氫量大，但對風(fēng)、光等波動(dòng)性能源適應性較差，發(fā)展風(fēng)光耦合電解制氫還需開(kāi)發(fā)運行更靈活的質(zhì)子交換膜電解制氫技術(shù)。該技術(shù)我國尚處于商業(yè)化初期，在技術(shù)成熟度、裝置規模、性能和可靠性等方面均落后于國外，單槽產(chǎn)氫量最大在400標方/小時(shí)，而國外廠(chǎng)家如康明斯已推出1000標方/小時(shí)產(chǎn)品;核心部件如全氟磺酸質(zhì)子交換膜制備工藝復雜，長(cháng)期被美日企業(yè)壟斷。國內外爭相開(kāi)發(fā)的下一代電解技術(shù)，如高溫固體氧化物電解制氫和陰離子交換膜電解制氫，尚處于研發(fā)示范階段。前者具有高效、低成本、低電耗、可與廢熱結合等優(yōu)點(diǎn)，需攻克材料穩定性差、耐熱性差、壽命短等難題，且我國缺乏市場(chǎng)化的原材料和配件供應體系;后者兼具堿性電解和質(zhì)子交換膜電解的優(yōu)點(diǎn)，但陰離子交換膜、催化劑等核心部件性能不足限制了商業(yè)化，國內外均有企業(yè)在積極搶占這一新賽道，美國企業(yè)已成功示范基于該技術(shù)的緊湊型加氫站。

2、氫能儲運技術(shù)工藝及輸氫管網(wǎng)部署落后，已成為制約我國氫能規?；钠款i

我國綠氫生產(chǎn)和需求存在空間錯配問(wèn)題，儲運成本在氫氣終端價(jià)格占比高達40%~50%。氫氣儲運以高壓氣態(tài)的長(cháng)管拖車(chē)為主，效率較低，僅適用于短途運輸，液氫、管道輸氫等長(cháng)距離大規模儲運氫技術(shù)尚處于起步階段。而且，我國上述技術(shù)水平與國外均有差距。長(cháng)管拖車(chē)我國主要采用20兆帕壓力，國外主流技術(shù)為更高效的40兆帕長(cháng)管拖車(chē)，關(guān)鍵材料、裝備如高性能碳纖維、碳纖維纏繞工藝設備、閥門(mén)等我國仍主要依賴(lài)進(jìn)口。液氫技術(shù)我國初步開(kāi)展小規模示范應用，國外已實(shí)現較大規模應用。我國氫液化規模最高為10噸/天，比美國落后一個(gè)數量級，液氫設備尚未完全突破國外技術(shù)壟斷。在輸氫管網(wǎng)建設方面，全球輸氫管道總長(cháng)度5000多公里，90%以上位于美國和歐洲，大部分是純氫管道。我國輸氫管道總長(cháng)度約為400公里，主要是摻氫管道。運行壓力方面，我國以5兆帕以下管道為主，完成6.3兆帕純氫管道充氫測試，美國在運純氫管道最高運行壓力已達到10.3兆帕。此外，我國固體儲氫、有機液體儲氫、地質(zhì)儲氫等先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)整體落后于國外。

3、燃料電池性能及核心部件材料工藝仍有不足，氫能多場(chǎng)景多樣化應用剛剛起步

目前，我國氫能應用主要以燃料電池商用車(chē)為先導，憑借能夠解決復雜路況重載低碳運輸的優(yōu)勢，獲得一定的市場(chǎng)化需求。而在化工、鋼鐵、建筑、發(fā)電等領(lǐng)域，除了在合成氨等傳統行業(yè)進(jìn)行了工業(yè)規模推廣，其他行業(yè)應用尚處于示范探索階段，在理論基礎、技術(shù)積累及產(chǎn)業(yè)示范方面均滯后于國外，部分行業(yè)典型示范工程核心技術(shù)引進(jìn)自國外。①在燃料電池及其應用方面，質(zhì)子交換膜燃料電池是燃料電池汽車(chē)的主流技術(shù)，我國已具備其核心零部件膜電極的批量化生產(chǎn)能力，但與國外大規模流水線(xiàn)生產(chǎn)相比還存在差距，且膜電極三大材料(質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙)主要依靠進(jìn)口，金屬雙極板在精細加工方面差距較大。固體氧化物燃料電池技術(shù)具備效率高、燃料靈活、不使用貴金屬催化劑等優(yōu)點(diǎn)，國外已進(jìn)入商業(yè)化推廣期，除用于大中型供電、小型家用熱電聯(lián)供以外，還開(kāi)辟了商用車(chē)/船舶增程或輔助電源、可逆運行用于制氫等新賽道。我國尚處于工業(yè)示范階段，系統功率、效率、壽命等關(guān)鍵技術(shù)指標落后，尚未掌握長(cháng)壽命、高可靠性電堆設計和生產(chǎn)，以及大功率系統設計和控制的核心技術(shù)，運行壽命僅到1萬(wàn)小時(shí)，國外已達到10年的商業(yè)化標準。②氫燃氣輪機方面，我國摻氫/純氫燃機仍處于研發(fā)階段，重型燃機與國外技術(shù)差距較大。③氫冶金領(lǐng)域，我國尚處于起步階段，德、美、日等國家已率先進(jìn)行了大量示范應用，技術(shù)實(shí)力領(lǐng)先。河鋼集團投運全球首例120萬(wàn)噸氫冶金示范工程，綠色高純直接還原鐵金屬化率達到94%以上，是我國鋼鐵行業(yè)由“碳冶金”邁向“氫冶金”的重要里程碑，但其焦爐煤氣零重整豎爐直接還原工藝是基于意大利特諾恩公司技術(shù)開(kāi)發(fā)。④氫動(dòng)力航空領(lǐng)域，我國正追趕國際先進(jìn)水平，是繼美國和德國之后全球第三個(gè)掌握燃料電池載人飛行技術(shù)的國家。商飛公司在2023年9月公布了加載液氫燃料的新一代氫能概念機“靈雀M”，相比之下，德國技術(shù)已走在前列，H2FLY公司在當月完成了全球首例載人液氫燃料動(dòng)力飛機的試飛。⑤氫能產(chǎn)業(yè)集群建設方面，我國發(fā)展相對成熟的示范城市群主要圍繞燃料電池汽車(chē)行業(yè)，其他行業(yè)的集群化示范還處于前期階段。美、歐近年來(lái)大力布局區域氫中心、氫谷打造融合制、儲、運、用的區域氫能生態(tài)系統，歐盟首個(gè)大型氫谷示范項目已在荷蘭投運，應用范圍涵蓋道路和船舶交通、化工、分布式發(fā)電及儲能、建筑等領(lǐng)域。

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