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氢能产业技术现状及发展趋势展望

摘要：迫于环保压力及碳减排目标，世界各国均愈发重视新能源产业的发展，

其中氢能作为清洁的二次能源在应对气候变化、保障我国能源安全方面有着不可

忽视的巨大潜力。本文基于国内外氢能技术进展，从氢气的制取、储存及运输方

面，论述了当前氢能产业的技术现状及发展趋势，并对我国氢能产业的发展提出

了相关建议。

关键词：氢能；氢气制取；氢气储存；氢气输送；能源安全

1氢能产业发展背景

化石燃料等传统能源的使用引起的气候变化及环境影响问题越来越受到世界

各国的重视，各国近年对新能源产业布局的力度亦显著加大。对我国而言，当前

全社会能源消耗已严重依赖进口，因此未来能源需求的转型不仅是应对气候变化

的必然需求，更是保障国家能源安全、维护社会稳定的必然需求，加之“碳达峰、

碳中和”目标的提出更是对我国能源体系提出了严峻的挑战，但同时也为新能源

产业发展提供了重要机遇。在众多新能源产业中，风能、光能等已获得大规模应

用，而随着技术的进步，氢能因其独特的优势越来越受到人们的青睐。

国内外的广泛研究及实践均表明，氢能可应用于燃料电池、储能、发电、工

业原料及民用燃气等诸多领域，而对环境的影响很小甚至没有影响。氢能作为清

洁的二次能源，其实现规模化储存的潜力巨大，氢能的普及将替代相当部分的传

统能源消费而深刻改变我国的能源消费格局。我国氢能产业从制氢技术、液氢装

备、燃料电堆、系统到关键部件技术研发取得一系列关键技术突破，形成了涵盖

制氢、储-输氢、氢安全、燃料电池及整车应用等技术的产学研用研发体系。

[1]

截至2021年底，我国氢能产业链企业已超过1000家，集中分布在京津冀地区、

粤港澳大湾区、长三角地区。

2氢能产业技术现状

2.1氢气制取技术现状

氢的来源可谓广泛，主要供应方式有煤炭、天然气等化石燃料重整制氢、工

业副产氢和电解水制氢，此外还有一些潜在可实现规模化供氢的技术方式，如：

生物制氢、光热制氢、光电制氢等。目前，95%以上的氢气来自化石能源重整制

氢和工业副产氢，其他氢气来源仍然非常有限。

（1）化石能源制氢

煤制氢装置常见于大型炼化企业的配套装置，其规模大、投资大，大规模制

氢摊低了成本，规模越大成本优势越显著，但其三废排放量大导致环保压力大，

且氢产品中杂质较多，因此对于纯化系统要求较高，亟需全面提高技术水平以适

应新的发展需求。

天然气制氢是氢气的主要来源。全球每年约7000万吨氢气产量，其中约48%

来自天然气制氢[2]，欧美大多数国家以天然气制氢为主。天然气制氢的特点是技

术成熟、运行稳定、环境友好，但天然气原料成本较高，近几年我国天然气价格

居高不下，甚至时有爆发“气荒”，因此天然气制氢在国内推广难度大于煤制氢。

（2）工业副产氢

工业副产制氢是以富含氢气的工业尾气为原料，采用变压吸附法（PSA法）、

膜分离法、深冷分离法等技术回收提纯制氢。目前主要尾气来源有氯碱工业副

[1]

产气、焦炉煤气、轻烃裂解副产气。与其他制氢方式相比，工业副产品制氢的最

大优势在于几乎无需额外的资本投入和化石原料投入，所获氢气在成本和减排方

面有显著优势。

（3）电解水制氢

电解水制氢是在阴极上发生还原反应析出氢气和阳极上发生氧化反应析出氧

气的反应，主要技术路线有碱性电解水制氢、纯水质子交换膜（PEM）电解水制

氢和固态氧化物电解质（SOE）电解水制氢等。电解水制氢工艺简单、自动化

[3]

程度高，其氢气产品的纯度也极高，一般可以达到99%-99.9%水平，而其缺点在

于成本高、耗电量大，不宜于扩大生产规模。但随着近年来我国风电、光电、水

电的大发展，许多地方出现了富余电力，这些富余电力或电网谷段电力为电解水

制氢的低成本化发展提供了新的思路，在有富余电力的地区开展小规模电解水制

氢示范项目，既有助于消纳富余电力也可为规模化电解水制氢提供宝贵的发展案

例。

2.2氢气储存技术现状

氢的规模化储存技术尚不完善是目前公认的限制了氢能大规模利用的因素之

一，因此近年来国内外各种研究机构均尝试在储氢技术方面寻求