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氢氨醇产业现状及发展前景

摘要：发展以氢能为核心的氢基能源是实现国家双碳目标的重要途径。由风能或太阳能等可再生能源驱动的电解水制氢的生产过程几乎没有温室气体排放，而绿氢作为一种绿色能源载体和可持续燃料，可用于交通运输、化工、冶金和电力等领域；由于能够实现和氢气的转换，氨和甲醇成为解决氢能储运问题和拓展下游应用的关键。在双碳背景下，绿色氢基能源的市场需求量逐年递增，绿色氢氨醇一体化项目成为行业热点，各国相关项目数量持续增加。未来，随着生产技术的进步、电力成本的降低以及碳排放相关措施的颁布，氢基能源将拥有更广阔的发展空间。

关键词：氢基能源能源转型生产工艺经济性应用场景

1、氢基能源历史变革

纵观历史，木材是最初的能量来源，是第一次能源革命的物质载体，直到19世纪末被煤炭取代，20世纪50年代油气又取代煤炭成为了主要能源，油气和煤炭成为第二次能源革命的物质载体。目前，碳基燃料供应了全世界85%的能源需求，但化石燃料燃烧对环境和人类造成的影响（温室效应、酸雨等自然灾害）是毁灭性的。紧迫的能源危机、气候变化不断催生能源转型和技术变革。当前，人类对于资源的追求从消耗类矿藏资源向再生型天然资源演变，可再生能源代替煤炭、油气成为第三次能源革命的载体。但伴随着新能源发电的装机规模显著提升，波动性、随机性和间歇性成为了新型电力系统稳定运行不可忽视的问题。

氢能，作为一种来源多元的二次能源，起初以其零碳、高效的特性受到生态环保领域广泛关注；随着人们对其储运方式、应用场景等探究的不断深入，氢能成为企业和国家优化能源结构、构建新型能源系统的有效途径。各国纷纷开始布局氢能产业、制定氢能发展战略，将氢能规划上升至国家能源战略的高度。

早在2002年，我国《“十五”国家高技术研究发展规划（863计划）电动汽车重大专项》确立了包括燃料电池汽车在内的电动汽车“三纵三横”研发布局；2016年，《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》发布，首次提出我国氢能产业发展路线图，对中长期加氢站和燃料电池车辆发展目标进行了规划；2022年正式出台氢能产业顶层设计《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，明确了氢能未来发展的战略定位。

另外，氢气可凭借其多元转化的特性成为化工、冶金、交通等行业的可持续原料（power-to-X），既解决了氢气储运难题，同时又起到支撑电网平衡的作用，促进可再生能源大规模整合，实现高效的全球能源物流。

“风光氢储氨醇一体化”是当前新能源行业普遍顺应的发展路线。氨和醇是氢的理想储运载体，同时兼具原料和燃料双重属性，实现了新型电力系统从电源端到消纳端的全产业链布局，解决了高耗能行业的脱碳转型问题，证明氢基能源转换是新型能源系统发展的可行路径。

2、绿氢产业发展现状

下面从生产工艺、应用场景和经济性等角度着重对绿氢行业现状进行详尽研究及分析。

2.1绿氢制备工艺

氢气可以使用化石燃料或可再生能源通过不同的方法和技术生产，而绿氢通常被认为基于可再生能源电解水产生，能够显著减少生产过程中与能源消耗相关的二氧化碳排放。

2.1.1碱性电解水技术（AWE）

碱性电解水制氢是以25%～30%KOH水溶液为电解液对水进行电解，装置主要由极板、极框、隔膜和电极等组成。该技术目前已在氯碱生产、火电厂发电机组冷却等领域应用多年。AWE的优点是技术成熟、使用寿命高（约60000～100000小时）且制造所需原材料价格低廉；缺点是由于H2/O2混合存在爆炸风险而无法在低负荷工况（＜20%）下运行、占地面积大、电解质较高的电阻损耗使效率被限制在50%～70%等。

2.1.2质子交换膜电解水技术（PEMWE）

质子交换膜电解水制氢是以质子交换膜（PEM）为电解质传导质子、隔绝阴阳极，使用纯水进行电解制氢的方法。装置主要由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层和双极板等组成，具有电流密度高（＞2A·cm-2）、转化效率高（80%～90%）、产氢纯度高（＞99.99%）的特点，更具备灵活性强、响应速度快的优势，能够更好地适应可再生能源的波动性、间歇性和随机性，提高风光消纳水平。与AWE相同，PEMWE是处于商业化阶段的两种电解水制氢技术之一，二者搭配可平衡建设成本和消纳水平，拥有非常广阔的发展前景。

2.1.3阴离子交换膜电解水技术（AEMWE）

作为AWE和PEMWE的替代方案，阴离子交换膜电解水技术兼顾二者优势，使用阴离子交换膜作为固体聚合物电解质生产高纯度氢气。生产装置主要由阴离子交换膜（AEM）、电极材料、集流器、双极板和端板等组成。AEMWE目前处于实验室阶段，受到广泛关注源于其较高的成本效益：可采用过渡金属催化剂取代铂系催化剂；使用的AEM与Nafion膜相比更便宜；可选用更经济的不锈钢作为多孔传输层和双极板。

2.1.4固体氧化物电解水技术（SOEC）

固体