氢能产业链大挖掘：制、储、用氢是如何落地？

“制氢技术本身面临的挑战，就是绿氢成本与化石能源制氢之间的差距如何缩小——这既取决于从可再生能源发电到水电解制氢整个产业链条的成本下降，又受相关减排政策影响。”

“氢气的规模化低成本储运是当前氢能利用的瓶颈问题，此外，还需要满足储运的高安全性，因此急需开发新型的储运氢技术。而固态储氢技术在安全性、储氢密度方面具备明显优势。”

“由于过去五年的燃料电池技术的快速进步，燃料电池系统的成本现阶段的成本和十年前相比已经下降了约90%，而且随着生产销售规模的进一步扩大，燃料电池系统的成本完全可以达到和内燃机相当的水平，并且显著低于实现同等功能的锂电池。”

6 月 28-29 日， 2023 氢能专精特新创业大赛首场预赛 开幕式的现场，中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司总经理张玉广，上海交大教授邹建新，中国氢能联盟副秘书长、同济大学教授马天才等嘉宾针对氢能产业的发展、技术路线的应用与挑战等，围绕氢能产业链的制、储、运、用等多个环节分别做主题演讲。

演讲指出，氢能有助于丰富我国的多元化能源供应，保障能源供需安全。我国应该结合氢能在燃料电池、绿色化工和绿色钢铁领域的应用，以氢代油、以氢代煤推动终端用能多元化、清洁化，同时攻克氢存储技术难题，共同推动双碳目标的实现。

目前，全球兴起氢能发展热潮，氢能已进入产业化快速发展新阶段。

“氢能已经成为国际议程的新焦点，许多国家和地区制定了‘碳中和’目标。”中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司总经理张玉广表示，全球共 有 136 个国家、 115 个地区、 200 多个城市 在布局、规划氢能产业发展，比如欧盟的计划是 2030 年绿氢产量达到 1000 万吨， 2050 年实现气候中立、零污染的目标。

图 |  中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司总经理张玉广演讲现场

作为氢能大国，中国的氢能产业发展也十分迅速。根据中国氢能联盟预测， 2025 年，中国氢能产业产值将达到 1 万亿元 ； 2050 年，氢在中国终端能源体系占比约 10% ， 2060 年将达 15% ，成为中国能源战略的重要组成部分。届时氢能将与电力协同互补，共同成为中国终端能源体系的消费主体，带动形成十万亿级的新兴产业。

然而，目前制氢的主流方式仍然是以煤、天然气为代表的化石能源重整制氢，想要实现可再生能源电解制氢的主流局面，仍然还有很长一段路要走。“ 当电价接近每千瓦时0.25元 ，碱性电解水制氢 才接近煤制氢成本。”张玉广表示。

为进一步提高绿氢的开发与应用，目前我国已在加快绿氢市场的布局。一方面，我国各地政府纷纷出台氢能相关支持政策，鼓励开展源网荷储、风光氢等可再生能源示范项目，比如在宁夏、内蒙古、新疆等地规划建设了以中石化库车、宁夏宝丰等为代表的绿氢示范项目，开展规模化示范应用；另一方面，各大央企积极以应用示范为抓手，推动氢能全产业布局。

“ 2030 年之前，碱性、 PEM 电解制氢技术仍然作为市场主流广泛应用。碱性制氢装备市场容量保持在 85% 以上；阴离子交换膜（ AEM ）与固体氧化物（ SOEC ）制氢技术由实验阶段转为小型化应用阶段。而在 2060 年之前，围绕清洁化、低碳化、低成本的需求，各类制氢技术将会结合应用场景形成多元制氢体系。”张玉广在谈及绿氢制备技术发展趋势时表示。

技术的发展加速绿氢的升温，另一方面，绿氢降本潜力巨大，同样增强了其发展的生命力。对此，张玉广总结了中国的绿氢降本潜力四个要点。

第一是设备成本。规模化和标准化生产，以及持续的研发投入和技术进步，可在 2030 年 使 制氢设备固定成本有望降低 50-60% 。

第二是用电成本。技术创新降低电解槽及系统能耗，可进一步降低可再生能源发电成本。

第三是设备利用率。合理设计可再生能源与制氢容量配比可提升设备利用率；同时，降低储电成本，也可通过储电进一步提升设备利用率。

第四是产业链降本。通过制、储、运、加全产业链技术进步实现成本下降。

氢能作为清洁能源， 其成为“ 实现碳中和的必要途径”一点几乎已是业内共识。然而，目前氢能想要得到广泛应用，其实还存在一个不得不面对的行业挑战：氢的储运难题。

“目前氢能储运已成为我国氢能发展的瓶颈。”上海交大教授邹建新指出，为了攻克该难题，他带领自己的团队一门心思“扎进”了镁基储运材料的研究当中。

经过长时间的调研，邹建新发现了镁基材料的几大优势。 第一是资源优势，我们国家的镁占全球产量的 90% 以上 ；同时镁作为常见金属，价格便宜，不限制进出口。第二是性能优势，镁基材料的 储氢密度最大可达 7.6 wt% (110 g/L) ，安全指数高；同时还可实现多种方式放氢。第三是技术优势，其释放氢的过程属于简单反应，无副产物，控制性良好；还可以实现高纯度释放。第四是环境优势，镁是一种可回收材料，对环境友好，无三害产生。

然而，镁金属固然“物美价廉”，然而其作为一种活泼金属，同样也存在一些问题，比如在吸放氢过程中会长大、在比较高的温度下容易膨胀粉化等，容易降低吸放氢的容量和速度。为保持稳定性，邹建新在通过 “材料设计 - 材料试验 - 小型装置原型试验 - 中大型储氢装置” 等一系列开发流程后，终于研发出了可量产的镁基固态储氢材料。

第一种是氢化镁粉末，目前的年产能力是 10 吨， 特点是适用于高产氢密度（ 15.2wt.% ），可长期储存， 主要用于水下潜航器、无人机等应用场景。

第二种是多孔镁基储氢颗粒，可年产 100 吨。 目前能实现储氢密度大于 6% ，循环使用寿命大于 3000 次 ，能 有效净化含 CO 、 H2S 等杂质的氢气，可 用于氢气规模储运等应用场景。

“我们目前已实现了吨级镁基固态储氢车的生产。它操作简单且具备显著的灵活性，同时还具备高安全、成本低等优势，储氢量也非常高，单车储存 1 吨以上的氢气，是传统车的 3 倍，循环寿命 也达到了 3000 次以上， 属于国际领先的水平。”邹建新自豪的表示，未来，镁基固态储氢必然会发挥巨大作用，帮助氢能源实现长期、高效、安全的存储。

低碳的绿氢，高效安全的储氢，事实上都是为了抵达产业链的最后一步 —— 更好地把氢“落地”。

目前，燃料电池产业链发展形势大好，我国已形成具备国际竞争力的集群化燃料电池技术产业链；政策、法规、标准体系也已初步建立，正在进一步快速完善中；同时，制氢、加氢产业与基础设施也在高速增长。数据显示 ， 2022 年，中国新增氢燃料电池汽车 4715 辆，累计保有量 13,249 辆；随着五个燃料电池汽车示范城市群获批与启动，氢燃料电池汽车产业化 更是即将步入快速发展新阶段。

“氢能‘落地’托起了燃料电池产业发展，然而未来是光明的，道路是曲折的。”同济大学教授马天才表示，从氢能走到燃料电池，因为还没有形成一个完整的商业闭环模式，所以仍然存在很多生存与发展的考验。“燃料电池系统面临的核心挑战，其实就是如何提高全生命周期的性价比。”

图 |  中国氢能联盟副秘书长、同济大学教授马天才

针对该点，马天才给出了一个经济性挑战解决方案：一方面是合理选择额定功率，因为合理选择工作点是系统匹配的核心，轻载运行是提升效率、寿命的可行解决方案之一；另一方面，就是关注重载条件下的健康状态与衰减，因为研究表明，虽然轻载方式确实可以提升耐久性，但是在重载模式下，耐久性未必会衰减，因为可以建立较好的燃烧电池内部观测和内部健康的控制方法。

最后，对于燃料电池产业未来的发展，马天才认为有几点技术需要特别关注，比如高性能的扩散层技术、在线含水状态识别技术、健康状态预测技术、高性能压缩 - 膨胀一体机技术等。

“行业发展尤其需要注意一些之前不是短板、现在是短板的地方。比如以前大家关注的是膜电机的电流密度有多高，但当现在催化剂性能、膜的性能提高以后，大家就会忽然发现，制约燃烧电池性能的却是传置过程。”马天才表示。

“ 二氧化碳排放 将 于 2030 年前达到峰值， 我们要 努力争取 2060 年前实现碳中和。 ” 上海交大教授邹建新在 2023 氢能专精特新创业大赛首场预赛 开幕式上直言，氢能是实现双碳目标的必要途径 。

- THE END -

与/氢/回/顾

黄其励院士：氢电耦合支撑我国新型能源系统建设

与氢同行｜鄂尔多斯伊金霍洛旗召开氢能高质量发展恳谈会

彭苏萍院士：全球正进入「氢2.0」时代

氢能新秀大PK，评委团们关注什么？

以赛引资 以赛兴业 | 2023氢能专精特新创业大赛首站预赛在鄂尔多斯开赛