美國著名的未來趨勢學(xué)家杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）在《第三次工業(yè)革命》一書中指出，氫與人類的能源演進(jìn)息息相關(guān)。

杰里米認(rèn)為，三次能源革命都遵循碳含量降低、氫含量上升的規(guī)律，燃料中碳原子數(shù)目與氫原子的比例從固態(tài)的煤1∶1，到液態(tài)的石油1∶2，再到氣態(tài)的天然氣1∶4。人類使用的能源中碳比例不斷下降含氫比例越來越高已成為趨勢，而氫能是“21世紀(jì)的終極能源”。

在碳排放導(dǎo)致全球氣候變暖成為全球焦點(diǎn)的大背景下，中國也加速發(fā)展可再生能源以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。2015年6月中國政府向聯(lián)合國氣候變化框架公約秘書處提交了應(yīng)對氣候變化國家自主貢獻(xiàn)文件《強(qiáng)化應(yīng)對氣候變化行動—中國國家自主貢獻(xiàn)》。

這份文件確定了中國到 2030年的自主行動目標(biāo)：二氧化碳排放 2030年左右到達(dá)峰值并爭取盡早達(dá)峰；單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比 2005年下降60%~65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右。

能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化轉(zhuǎn)型不僅可扭轉(zhuǎn)中國“多煤少油缺氣”的能源結(jié)構(gòu)，減少對化石能源的依賴以及減少碳排放，還能提高國家能源安全。2017年我國能源生產(chǎn)量為25億噸油當(dāng)量而消費(fèi)量則高達(dá)31億噸油當(dāng)量, 大約20%的能源需求缺口需要進(jìn)口來滿足，能源進(jìn)口中石油進(jìn)口量為4億噸。

中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院發(fā)布《2018年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》指出，我國石油對外依存度2018年高達(dá)70%。2019年1月海關(guān)總署公布數(shù)據(jù)顯示，2018年我國共進(jìn)口石油原油4.62億噸總金額為1.59萬億元人民幣。

而與國際水平相比，我國一次能源產(chǎn)量中呈現(xiàn)“一大三小”（煤炭大, 石油、天然氣、新能源?。┑哪茉唇Y(jié)構(gòu)，煤炭占比過大，新能源占比過小。為提高國家能源安全以及實(shí)現(xiàn)低碳減排目標(biāo)，必須大力提高清潔能源比例。

氫能作為零碳綠色的新能源，具有環(huán)保、能量密度大、轉(zhuǎn)化效率高、儲量豐富和適用范圍廣等特點(diǎn)，是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ母咝娲鍧嵞茉础?/p>

全國政協(xié)副主席萬鋼在2018年12月撰文指出，應(yīng)及時把新能源汽車產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)向燃料電池汽車拓展,而建設(shè)氫能基礎(chǔ)設(shè)施任務(wù)更為緊迫。政府需要把氫從危化品（氫氣屬于二類危險品）管理層面上升到能源管理層面。

萬鋼表示，發(fā)達(dá)國家把氫作為能源管理，創(chuàng)制了科學(xué)安全的氫加注站建設(shè)和車載氫罐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測體系，有力推動了燃料電池汽車商業(yè)化。但我國仍把氫作為?；饭芾?，管理理念不同制約了我國氫能的利用。

他建議相關(guān)部門抓緊研究借鑒，制定科學(xué)安全的氫能、加氫站和儲氫罐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提升檢測能力，盡快破除制約氫能和燃料電池汽車發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)檢測障礙和市場準(zhǔn)入壁壘，加強(qiáng)和完善氫能生產(chǎn)、儲運(yùn)和供銷體系建設(shè)。

2016年“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”被列入國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局等聯(lián)合發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016年-2030年）》（發(fā)改能源[2016]513號），標(biāo)志著氫能產(chǎn)業(yè)已被納入中國國家能源戰(zhàn)略。

同樣在2016年，中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院和全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 309）聯(lián)合組織編著的《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》，首次提出了我國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展路線圖和技術(shù)發(fā)展路線圖。

2019年3月全國政協(xié)十三屆二次會議（兩會）首次將氫能寫入《政府工作報告》，提出“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。

2019年4月8日國家發(fā)改委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本， 征求意見稿）》，其中直接涉及氫能和燃料電池領(lǐng)域的條款共計5項(xiàng)均屬鼓勵類，內(nèi)容包括氫燃料制取、儲運(yùn)及相關(guān)設(shè)備、燃料電池關(guān)鍵零部件、燃料電池車核心部件、氫能基礎(chǔ)設(shè)施等全產(chǎn)業(yè)鏈類目。

中國氫能來源分析

氫（H）在元素周期表中位于第一位，廣泛存在于自然界。氫能是指氫和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)釋放出的化學(xué)能。氫不是一次能源而是一種清潔的二次能源，需要使用一次能源通過轉(zhuǎn)換來生產(chǎn)出能量載體。

我國氫能來源廣泛，既有大量的工業(yè)副產(chǎn)氫氣，又有大量的棄風(fēng)電、棄光電、低谷電等可供制氫的存量資源。

我國氫源的分布有地區(qū)特色，煤炭資源主要集中在內(nèi)蒙古、山西、陜西等地區(qū)， 天然氣資源主要集中在陜西、四川、新疆、青海等地區(qū)，副產(chǎn)氫在華北、華東、西北都有較多分布，棄電以西部地區(qū)為主。

在工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源豐富的區(qū)域，可以優(yōu)先考慮使用這兩大類氫源來制氫。其中華北中部地區(qū)副產(chǎn)氫潛在產(chǎn)量巨大約為93.5萬噸/年，估計每年可供53.4萬臺燃料電池中型物流車運(yùn)營使用；而西部地區(qū)棄電氫源潛在產(chǎn)量可達(dá)125.6萬噸/年，每年可供71萬臺燃料電池中型物流車運(yùn)營使用。

而在中國風(fēng)電、光電、水電富余或棄風(fēng)電、棄光電、棄水電較多的地區(qū)，以及城市電網(wǎng)峰、谷時段電力負(fù)荷差異較大的城市和地區(qū)，可以采用電解水制氫獲得氫源。

在工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源不豐富的區(qū)域，則可考慮使用化石能源制氫。

據(jù)《科技導(dǎo)報》初步統(tǒng)計，用于煉化產(chǎn)品生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的純度大于或等于99%的氫氣年產(chǎn)量約為700億立方米（約600萬噸）。我國制氫原料主要以煤炭和天然氣為主，占比分別為 62%和19%，電解水制氫僅占4%。

據(jù)2017年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，假定不同人工制氫工藝原料天然氣、甲醇、電價的采購成本（扣除增值稅）分別約為 2.8 元/立方米、2500 元/噸、0.63 元/千瓦時，相應(yīng)的天然氣制氫、甲醇制氫和電解水制氫測算成本分別為 2.09、2.13、3.46 元/立方米?？梢钥吹较鄬τ陔娊馑茪鋵剂现茪溥€處于明顯的成本劣勢。

與此同時，我國工業(yè)企業(yè)，包括煉焦企業(yè)、鋼鐵企業(yè)、化工企業(yè)等每年副產(chǎn)數(shù)百萬噸氫氣。如果不加以回收利用，這些副產(chǎn)氫氣很多都排放到空氣中污染環(huán)境。而充分運(yùn)用在我國已經(jīng)相對成熟的變壓吸附（PSA）技術(shù)分離來提純這些低品位化工副產(chǎn)氫氣，將可能把工業(yè)副產(chǎn)氫變成我國的重要?dú)錃鈦碓础?/p>

中國工程院院士、中國石化集團(tuán)公司科技委員會資深委員曹湘洪指出，國情決定到2050年乃至更長的時間內(nèi)化石能源特別是煤炭仍會是主要能源，因此必須高度重視化石能源的高效清潔利用尤其是煤炭的高效清潔利用。通過轉(zhuǎn)化成氫能不僅可實(shí)現(xiàn)煤炭等化石能源的高效利用，而且在利用過程的制氫的清潔環(huán)保程度高于電能、油品等二次能源。

《加氫站用化工副產(chǎn)氫氣潛力分析》文章中指出焦?fàn)t煤氣是提純氫潛力最大的工業(yè)尾氣，2018年我國煉焦工業(yè)副產(chǎn)氫氣約733萬噸；氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫氣約 82.5 萬噸；丙烷脫氫(PDH)副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能約33萬噸。焦?fàn)t煤氣、氯堿工業(yè)及 PDH項(xiàng)目等2018 年合計副產(chǎn)氫氣在 800 萬噸以上。

作為全球氫能利用的大國，中國自2009年產(chǎn)量首次突破1000萬噸以來, 已經(jīng)連續(xù)9年保持世界第一，中國工業(yè)氫氣需求量和產(chǎn)量均居世界首位。

其他制氫的方式還包括核能制氫。核能制氫就是將核反應(yīng)堆與先進(jìn)制氫工藝結(jié)合進(jìn)行氫的大規(guī)模生產(chǎn)，具有不產(chǎn)生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點(diǎn)，但目前技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段。

全國政協(xié)委員、中核集團(tuán)科技質(zhì)量與信息化部主任錢天林在“關(guān)于支持核能制氫與綠色冶金列入國家科技重大專項(xiàng)的建議”中表示，我國需要積極配套政策加大力度在核能制氫領(lǐng)域進(jìn)行戰(zhàn)略性布局，以贏得未來氫能時代國際競爭的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

他指出：“高溫氣冷堆是我國自主研發(fā)的具有固有安全性的第四代先進(jìn)核能技術(shù)，具有安全性好、出口溫度高等優(yōu)勢，其高溫高壓的特點(diǎn)與適合大規(guī)模制氫的熱化學(xué)循環(huán)制氫技術(shù)十分匹配，被公認(rèn)為是最適合核能制氫的堆型?！?/p>

總體來看，核能制氫技術(shù)雖已完成了原理上的可行性研究和驗(yàn)證，但仍處于實(shí)驗(yàn)室或向中試前期過渡的階段，距離大規(guī)模商業(yè)化制氫還有相當(dāng)?shù)木嚯x。

作為燃料電池車能源的氫

氫能燃料電池作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置具備不少優(yōu)點(diǎn)。比如氫能燃料電池轉(zhuǎn)換效率可達(dá)60%，是內(nèi)燃機(jī)效率的3倍左右；加充速度方便快捷一般3-5分鐘即可加滿；能量密度高熱值是液化石油氣LNG的兩倍、汽油的三倍，從而車載續(xù)航里程可達(dá)500-1000公里。同時氫的儲存方式多樣，可以通過壓縮氣態(tài)儲氫、液化儲氫、金屬氫化物儲氫、碳吸附儲氫。

雖然中國、美國、歐盟、日本、韓國等都制定了較為完備的氫燃料汽車發(fā)展規(guī)劃,并嘗試通過政策法規(guī)全面促進(jìn)氫能開發(fā)利用，但氫燃料電池汽車還遠(yuǎn)未達(dá)到市場大量運(yùn)用的階段，目前在基礎(chǔ)設(shè)施善為完善前還處于從技術(shù)研究過渡到市場運(yùn)用的摸索階段。

中國借助奧運(yùn)會和世博會對氫燃料汽車進(jìn)行了小規(guī)模的推廣和測試。2008年北京奧運(yùn)會期間及其后期的燃料電池大巴車共進(jìn)行氫的加注約2600次，加氫量約為22噸；2010年上海世博會的燃料電池大巴車和燃料電池擺渡車運(yùn)營了近10個月，氫氣加注次數(shù)（固定加氫站和移動加氫站）近2萬次，加氫量約為25噸。

但從整體上看目前國內(nèi)氫能燃料電池車輛的運(yùn)營尚處于示范階段，距離產(chǎn)業(yè)化還有至少20年。

根據(jù)國際能源署（IEA）預(yù)測，到2050年燃料電池汽車才有可能和純電動汽車、汽油車成本相當(dāng)。換句話說，就是燃料電池需要補(bǔ)貼30年后才能把成本降到與傳統(tǒng)燃油車及純電動相似的水平。

技術(shù)方面，電堆和整車技術(shù)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性都是制約燃料電池行業(yè)發(fā)展的瓶頸。當(dāng)前影響國內(nèi)加氫站終端氫氣售價的主要因素是氫氣到站成本（占70%），其中包括氫氣成本和儲氫、運(yùn)氫成本。

高壓氣態(tài)儲氫是目前最常用、最成熟的儲氫技術(shù)，其儲存方式是將工業(yè)氫氣壓縮到耐高壓容器中。儲氫瓶是最常用的高壓氣態(tài)儲氫容器，具有結(jié)構(gòu)簡單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著安全性能較差和體積比容量低等不足。

目前我國加氫站建設(shè)還屬于發(fā)展初期，加氫站一般采用高壓氣態(tài)儲氫，加氫量在300公斤/天以下的試驗(yàn)和示范項(xiàng)目較多，運(yùn)輸距離基本在200公里以內(nèi)。而全球加氫站中約1/3 為液態(tài)加氫站，日本約半數(shù)加氫站為低溫液態(tài)儲氫配套低溫泵加氫站。

根據(jù)中國電池聯(lián)盟網(wǎng)報道，加氫量在500公斤/天時，高壓儲氫加氫站比液氫儲氫加氫站設(shè)備投資方面更有優(yōu)勢；加氫量規(guī)模超 1000公斤/天時，液氫儲氫加氫站比高壓儲氫加氫站設(shè)備投資要低 20%左右。

高壓儲氫加氫站的主要設(shè)施包括儲氫裝置、 壓縮設(shè)備、加注設(shè)備和站控系統(tǒng)等。根據(jù)《人工制氫及氫工業(yè)在我國能源自主中的戰(zhàn)略地位》數(shù)據(jù)，加氫站的建設(shè)成本約為 1300萬-1700萬元，其中壓縮機(jī)主要還依靠進(jìn)口，成本占比最高約占總成本的30%。加上土地成本以及人工和運(yùn)營成本，保守估計經(jīng)營一個加氫站的成本在2000萬-3000萬元左右。

制氫成本及終端氫氣銷售成本居高不下，儲氫及氫氣運(yùn)輸安全問題以及加氫基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏，還將繼續(xù)束縛氫燃料電池汽車的推廣和發(fā)展。

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