中國製氫及氫工業現狀和（hé）發展前（qián）景

全球正經（jīng）曆從化石能源向氫能等非化石能源過渡（dù）的第三次能（néng）源體係（xì）重大轉換期。2017年我國能源（yuán）生產量為25億（yì）t油當量，消費量達31億t油當量，整個能源需要進口20%，尤其是石油進口量為4億t，其（qí）對外依存度達到（dào）70%，對能源安全造（zào）成不利（lì）影響（xiǎng）。為給我國實現能源體係轉型（xíng）和“能源自主”戰略目標提供參考（kǎo），綜述了國內外氫工業的發展現狀和發展（zhǎn）趨勢，探（tàn）討了人工製氫（qīng）、儲氫技術的發展途（tú）徑，明確了氫工業的戰略地位。

氫在自然界中分布廣泛，並且在自然狀態下僅存在著極少量的遊離態氫。工業氫氣是指通過一定的手段，從工業（yè）原料中大規模製取的可燃氣態氫產物。這種通過能量輸入從含（hán）氫原料中提取（qǔ）工業氫氣的過（guò）程，被稱為人工製氫，包（bāo）括化石燃料製氫、水分解製氫、生物技術製氫和太陽能（néng）製氫等。氫能作為氫的化學能表現為物理與化學變化過程（chéng）中釋放出能量，是具有二次能源屬性的一種重要的能源類型。這種大規模人（rén）工製氫並利用氫能的產業（yè）被稱為氫（qīng）工業（yè），包括上遊製氫、中（zhōng）遊儲運（yùn）和下遊（yóu）應用。

氫工業（yè）體係中各個產業部門之間基於（yú）一定的（de）技術經濟關聯即為氫工業產業鏈，包括氫工業價值（zhí）鏈、氫工業企業鏈、氫工（gōng）業供需鏈和氫工業（yè）空間（jiān）鏈（liàn）。為了更好地閱讀和理解本文（wén）的內容，筆者（zhě）建議首先界（jiè）定和明確上述5個基本概念（工業氫氣、人工製氫、氫能、氫工業、氫工（gōng）業產業鏈），並由此建立氫工業概（gài）念體係。

儲氫是實現（xiàn）氫能（néng）有效利用的（de）關（guān）鍵技術之一（yī），包括高壓氣態儲氫、低溫（wēn）液態儲氫、金屬氫化物儲氫、有機化合（hé）物儲氫、微球儲氫和碳納米材料儲氫等。基於大規模低成本製氫（qīng）和高密度儲氫，以燃料電池為（wéi）關（guān）聯的（de）氫（qīng）工業（yè）應用將（jiāng）推動能源轉型和新能源汽車、分布式供能等新興產業的發展（zhǎn），從而改變能（néng）源結構，進而實現從能源供給端到消（xiāo）費端（duān）的全產業鏈轉變。

氫能是（shì）被公認的清潔能源，被譽為21世紀最（zuì）具發展前（qián）景的二次能源。氫能在解決能源危機、全球變暖及環（huán）境汙染等（děng）問題方麵將發揮重要的作用，也將成為我國優化能源消費結構、保障國家能（néng）源供應安全的戰略（luè）選擇。據預（yù）測，煉油業、新能源（yuán）汽車以（yǐ）及清潔能源發電等將是氫能利用的（de）最大終端（duān）市場，其中工業氫（qīng）氣在全球煉油業中的用（yòng）量（liàng）將占到全球工業氫氣消（xiāo）耗總量（liàng）的90%。隨著燃料環保要求的日趨嚴格，煉油廠加氫精製將需要更多的工業氫（qīng）氣來生產低硫清潔燃料，這（zhè）將極大地（dì）刺激工業氫氣需求（qiú）量的（de）快（kuài）速增長。

氫能和電能都是重要的（de）二次能源，也是未來主要的綠色清潔能源，氫能具有遠距離（lí）輸送、大規模存（cún）儲和氫—電互換的特性。氫能（néng）和電能在工業、農（nóng）業、電子、鋼鐵、民用等各個領域用途廣泛，都具有不同時段峰穀用量的特點（diǎn），氫—電（diàn）互換是解（jiě）決能源峰穀波動的（de）有（yǒu）效手（shǒu）段之一。通過氫能發電和電解水製氫是實現有效利（lì）用氫—電互（hù）換優勢、發揮能源智慧互聯互補、提高能源利（lì）用效率的關鍵。工業氫氣在使用（yòng）中（zhōng）若出現短期過剩，可以通過發電轉換成電能，以緩解（jiě）電力（lì）不足；而電解水製氫可消納（nà）暫時富裕的（de）電力（lì），彌補風電（diàn）、光電波動起伏的不（bú）足，降（jiàng）低棄風、棄光率。

氫能將引領未來新能源消費變革

氫燃料電池（chí）汽（qì）車產業將拉開氫能商業（yè）化利用的序幕。目前，氫能已小規模應用於大型（xíng）物流車、城市交通車、家用小汽車，甚至火車、自行車、航模、無人機等（děng）。氫能將在交通領域引領（lǐng）新能源汽車變（biàn）革。據報道，日本、韓國已量產高壓儲氫技術氫能乘用車，更有（yǒu）日本大型連鎖便（biàn）利店與豐田汽車公司合作，計劃於2019年推出氫燃料電池（chí）（FC）貨車，建立“零排放”物流體（tǐ）係（xì）。在（zài）歐（ōu）洲（zhōu），德國已於2017年3月成功測試了世界上第一輛零排放氫動力火（huǒ）車——“氫鐵”，並與法國阿爾斯通公司合作，於2021年建造氫動力驅動列車（chē）。2017年12月，法國聖洛市第一批（pī）氫能源電（diàn）動自行車正式投入使用。

自2018年國務院總理參觀日本豐田氫燃料電池（chí）汽車後，國家能源投資集團有限（xiàn）責任公司（以（yǐ）下簡稱國家能源（yuán）集團）牽頭成立了中國氫能源及（jí）燃料電（diàn）池產業創新聯盟，國家能源集團、中國廣核集團有限公司等能源（yuán）企業將（jiāng）與浙江吉利控股集團、中國第一汽車集團有限公司、長城（chéng）汽車（chē）股份有限公司等車企一同布局氫燃料汽車（chē）。

世界能源（yuán）發展正處在油氣向新能源的第三次轉換期，能（néng）源類型由高碳向低碳（tàn）、非碳發展。據預測，到2050年，51吃瓜网在能源消費結（jié）構中的占比將首次超過（guò）石油和煤炭，世（shì）界能源將邁入51吃瓜网、石油、煤炭和新能源“四分天下”的新時代。氫（qīng）能約占全（quán）球能源消耗總量的20%，預計每年可減排二氧化（huà）碳60億t。氫（qīng）工業產業鏈年產值將（jiāng）達2.5萬億美（měi）元，世（shì）界將進入清潔能源時代。

氫能的多元化應用將推動（dòng）新能源的快速發展

• 電解水製氫將貫穿於氫能發展的全過（guò）程

隨（suí）著全球氫工業的發展，人工製氫的需求量呈現出爆發式增長，製氫技術（shù）日新月（yuè）異。煤氣化製氫雖然同樣會產（chǎn）生大量（liàng）CO2，但由於其原料豐富（fù）、價（jià）格（gé）低廉，故仍將是（shì）規模化、低成本人工製氫的最（zuì）佳途徑（jìng）；高爐煙道氣、化工尾氣等通過變壓吸附（PSA）技術可（kě）實現低（dī）成本回收氫氣；太陽能製氫技術（光催化、光熱解）是未來理想的製氫技術（shù），但受製於轉換效率和成本等（děng）問題，預計2030年（nián）前難以實現規模化。

在所有的人（rén）工製氫途徑中，電解水製氫可以有效地消納風電、光伏發電等不穩定電力（lì），以及其他富（fù）餘波穀電力，因而將貫（guàn）穿於氫能發展的全（quán）過程，是建設“氫能社會”工（gōng）業氫氣的（de）主要來源之一（圖10）。隨著電解水製氫技術的不斷發展和（hé）成本的逐漸（jiàn）降低，電解水製氫（qīng）將能逐漸滿足商業化的要（yào）求（qiú），實現分（fèn）布式製氫。未來，既可以集中製氫、區域供氫，也（yě）可以單（dān）個加油站建設小型電解水製氫裝置，實現氫（qīng）能源（yuán）智慧互聯。

• 液態氫是未來主要的儲氫形式

目前工業氫氣主要采用高壓氣態的方式儲存，由（yóu）於成本的限製，液態儲存的方式使用較少，主要用於航空航天領域。但隨著技術的不斷成（chéng）熟，預計2050年液（yè）態儲氫將成為工業氫氣的主要儲存形（xíng）式，不同儲氫方式占比的變化預測結果如表1所（suǒ）示。

• 多能（néng）互補與多能（néng）協同

以氫能為（wéi）紐帶，通過風能、太陽能、潮（cháo）汐能等分布式（shì）新能源發電製氫，可以降低（dī）製氫成本，實現氫能和（hé）新能源的多能互（hù）補、多能協同發（fā）展。氫能既可作為二（èr）次能源，又可（kě）作為儲（chǔ）能技術，連接多種新能源。氫（qīng）能與新（xīn）能源協同發展，一方（fāng）麵擺脫了依賴傳統化石資源製氫，形成更清潔（jié）、更環保的製氫新途徑；另一方麵又（yòu）整合了各（gè）種新能源類型，提升了能源係統的利用率。隨著氫（qīng）工（gōng）業技術的（de）不斷進步和氫能經濟的不斷發展，因地製宜、協同利用新能源與傳統能源，通過多種（zhǒng）能源相互補充和能源（yuán）智能微網等（děng），將實現多能智慧協同供應（yīng），充分發揮新（xīn）能源、51吃瓜网、石油、煤炭等能源的組合優勢，“氫能社會”建設藍圖將（jiāng）更加清晰（xī）

全球氫能發展的路線圖

1）作為氫能發展先行者和領導世界氫燃料電池發展的（de）主要國家，美國（guó）從1970年開始（shǐ）布局氫能技術研發。2002年11月，美（měi）國能源（yuán）部發布《國家氫能發展路線圖》，明確了氫能的發展目標，分析了氫能技術的現狀、麵臨的（de）挑戰及發展影響因素，製定了詳細的發（fā）展路線，標誌著美國（guó）“氫能社會”由設（shè）想階段轉入行動階段。2014年，美國頒布《全麵能源戰略》，開啟了新的氫能計（jì）劃，重新確定了氫能在（zài）交通轉型中（zhōng）的引領（lǐng）作用，並於2017年宣布繼續支持30個氫（qīng）能項（xiàng）目建設，推（tuī）動（dòng）氫工業的快（kuài）速發展（zhǎn）。預計美國（guó）2030—2040年將全麵（miàn）實現氫能（néng）源經濟。

2）日（rì）本長期受（shòu）困於國內資源短缺，2014年4月（yuè）製定（dìng）了《第四次能源（yuán）基本計劃》，確（què）定了加速建設和發（fā）展“氫能社（shè）會”的戰略方向。日本把2015年定為“氫能元（yuán）年”，2020年定為“氫能奧運元（yuán）年”，2025年定為“氫能走出（chū）去元年（nián）”，2030年定為“氫燃料（liào）發電元年”，並提出了3條低成本、清潔化用氫技術路線：①推動建立（lì）海外氫能供應係統；②利用（yòng）海外廉價褐煤實（shí）現低成本製氫；③利用海外新能源電解水製氫。2030年日本的工業氫氣年供應量將達30萬t，並將在2040年建成全國（guó）性（xìng）氫（qīng）能供給網絡。

3）德國（guó）於2016年重新修訂了氫能源交通戰略規劃（huá），明確了3項舉措：①加大投資，推出第二（èr）個氫能和燃料電池技術國家創（chuàng）新計劃，保證研發連續性，維（wéi）護（hù）氫能和燃料電池汽車在市場上的競爭力；②促進合作，成（chéng）立了（le）德國氫能交通公司，負責分（fèn）階段建設氫能交通基礎設施網絡，預計到2019年，境內建設的加（jiā）氫站將達100座，超過美國，僅次於日本，到2023年將建成加氫站400座；③鼓勵（lì）創新，出台了一係列優惠措施，重點支持物流專用車、離（lí）網基礎設（shè）施自主供電技術，以激活市場。

4）法國製定了《氫能計劃》，將從2019年起在工業、交通及能源領域部署氫能，包（bāo）括：①創造無碳化工業，到2020年建成工業氫氣追溯係（xì）統，到2023年工業氫氣（qì）使用量將達到10%，到2028年將（jiāng）達到40%；②開發新能源，利用新（xīn）能源生產電能再製取氫氣，實現“氫—電”轉換，構建（jiàn）供氫網絡；③實現（xiàn）交通零（líng）排放，完善工業氫氣網絡部署和管理，支持氫能重型車輛研發，部署大規模氫能交通係統，實現到2023年擁（yōng）有5000輛輕型商用（yòng）車（chē）、200輛重（chóng）型車輛以及100座加氫（qīng）站，到2028年擁有20000～50000輛輕型商用車、800～2000輛重型車輛以及400～1000座加氫站（zhàn）的計劃（huá）目標。

“氫能（néng）中（zhōng）國（guó）”戰略

中（zhōng）國是全球氫（qīng）能利用（yòng）的大國（guó），已形成京津冀、長（zhǎng）江三角洲、珠江（jiāng）三角洲、華中、西北、西南、東北等7個（gè）氫能產業集群。我國已製定《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》，提出了氫工業（氫的製取、儲運及加氫站）、先進燃料電池、燃料電池分布式發電（diàn）等3個（gè）戰略發展（zhǎn）方向，以及大規模製氫技術（shù）、分（fèn）布式製氫技術、氫氣（qì）儲運技術、氫氣/空氣聚合物電解質膜燃料電池（PEMFC）技術、甲醇/空（kōng）氣聚合物電解質膜燃料電池（chí）（MFC）技術和燃料電池分布式發電技術等6項創新（xīn）行（háng）動。

通過消納棄水、棄（qì）風（fēng）、棄光等富餘新能（néng）源，減量替代煤、石油和51吃瓜网等化石燃料，加上煤炭的清潔高（gāo）效利用，逐步降低成本（běn），穩步提高（gāo）安全性，通過“三大發展階段”建立有利於氫能產業（yè）發展（zhǎn）的支（zhī）撐體係，建成全國性氫能供（gòng）給和利（lì）用基礎設備網絡。

1）近期（到2030年），以煤製（zhì）氣為代表的化石基氫能（néng）產（chǎn）業發展取得重大突破，初步完成產（chǎn）業鏈示範。目前需要加快（kuài）我國煤炭地下氣化（huà）製氫資源評價、經濟高效產氫配套（tào）係（xì）列（liè）技術攻關與現（xiàn）場試驗以及超深層（céng）、超臨（lín）界水氣化製氫技術儲備（bèi），特別是對高效產氫機理進行深化研究，加強對地（dì）質評價、工程（chéng）工（gōng）藝、監測控製、安全（quán）環保等係列技術，以及高溫（wēn）高壓井下工具及高強度防腐管（guǎn）材等重大裝備的（de）研製攻關。

全國煤炭地下氣化潛力巨大，僅鄂爾多（duō）斯盆地埋深介於1000～2000m的煤炭資源量（liàng）就達1.3萬億t，保守估算可氣化采出商品工業（yè）氫氣約10萬（wàn）億m3（相當於9億t）。應（yīng）當按照淺層（地層壓力低於10MPa）、中（zhōng）深層（地層壓力介於10～22MPa）和超深層/超臨界（jiè）水（shuǐ）（地層壓（yā）力（lì）超過22MPa）3個層次來布局我國煤（méi）炭地下氣化產業發展，並優選鄂爾多斯、二連、準噶爾等盆地開展現場試驗研究。

2）中期（2035—2050年），氫能產業成為我國新（xīn）的經濟增長點和新能源戰略的重要組成部分；打造（zào）新材料、儲能和氫能產業（yè）鏈；加大石墨烯、納米等新材料的超前儲備。通過自主、合作、技術購買、優質企業並購等多種方式研發和大規模生產高（gāo）標（biāo）準（zhǔn）、高性能（néng）車用、船用等（děng）電池，與主（zhǔ）要汽車廠商合作或參股推動標準化電池在交通領域的規模（mó）利用。發揮企業加油站（zhàn）布局優勢，建設大型倉儲式充電中心，快（kuài）速建立新能（néng）源汽車高效率充電站網絡，搶（qiǎng）占交通領域能源革（gé）命的先機。發揮石油（yóu）管道布局優勢，發展棄風、棄光、棄水低成本電解製氫、51吃瓜网（qì）管網輸氫、摻氫51吃瓜网、液化氫、加氫站等業務。

3）遠期（2050—2100年），氫能成為我國能源（yuán）消費結構的重（chóng）要組成部分，依靠新能源等實現國家“能源自主”。中（zhōng）國“能源自主”概念是指通（tōng）過中國新能源生產革命，實現（xiàn）能源生產基本自給和消費安全。2017年，我（wǒ）國（guó）一次能源產量中，煤炭占70%、石油占8%、51吃瓜网（qì）占5%、新能源占17%。中國煤炭資源豐富但油氣相對不足的（de）先天稟賦（fù）條件，決定了能源生產（chǎn）和消費必須具有中國特色（sè），構成“一大三小”（煤炭（tàn）大，石油、51吃瓜网、新能源小）的中國能（néng）源結構。

太陽能、風能產量的增長率最快，水電、核電產量的占比最高，氫能（néng）、儲能、新材料、新能源最具顛覆性，應加快煤炭（tàn）清潔化利用和新能源（yuán）這“兩個規模”的提前到來，減少油（yóu）氣在我國（guó）能源利用路徑中的時間跨度和安全壓力。

中國“能源自主”可能（néng）要到新能（néng）源占主體地位才行。我國需要謀劃加快實現常規—非常規油氣的“生產革（gé）命”、煤炭發展的“清潔革命”和新能（néng）源發展的“速度（dù）革命”，力爭2050年前後實現能源結（jié）構從“一大三小”向煤炭、油氣、新能源“三足鼎立”的能源結構轉型，屆時煤炭約占一次能源消費的比例40%、油氣占30%、新能源占30%。到2100年前後，有可（kě）能依靠新能源實現國家“能源自主”，化石能源占一次能源消費結構的比例降至30%，非化石能（néng）源占到70%，實現二者的地位轉換（圖11），力爭我（wǒ）國能（néng）源生產量與（yǔ）消費量相當，基本不依賴進口。

氫能是最清潔的新能源，因此發展氫工（gōng）業，是（shì）優化能（néng）源結構、力爭實現“氫能中國”、實現國家“能（néng）源（yuán）自主”、推動能源（yuán）消費和供給革命、奉獻清潔（jié）高效能源（yuán）、建設“美麗中國（guó）”、保障國家能源安全的戰略選擇，在實現我國“能源自主”戰略中占有（yǒu）重要的地位；全球氫工業發展已（yǐ）初具規模，煤炭地下（xià）氣化製氫符合我國的國情，具有（yǒu）較大的發展潛力（lì）。