氫能是應對全球氣候變化、保障國家能源安全和推動經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略選擇，被公認為是未來技術、產(chǎn)業(yè)競爭新的制高點之一。

近期，美國能源部（DOE）氫能和燃料電池技術辦公室更新多年期計劃[1]，提出更明確的近中遠期重點研發(fā)方向和關鍵指標，推進氫能產(chǎn)業(yè)全鏈條發(fā)展。

我國也將氫能確立為前瞻部署的未來產(chǎn)業(yè)[2]，國務院在5月23日印發(fā)《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》[3]，6月7日國家發(fā)展改革委等5部門聯(lián)合發(fā)布鋼鐵、煉油、合成氨、水泥4個行業(yè)的節(jié)能降碳專項行動計劃，均將氫能作為推動行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要力量[4]。

本文系統(tǒng)梳理當前國際氫能產(chǎn)業(yè)競爭態(tài)勢，深入分析我國發(fā)展現(xiàn)狀及存在的短板不足，提出研發(fā)布局建議。

國際氫能產(chǎn)業(yè)競爭布局

全球已掀起氫能科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的熱潮，截至2023年底，已有超過50個國家和地區(qū)出臺了氫能戰(zhàn)略。主要國家均將氫能上升到國家戰(zhàn)略高度，通過差異化布局搶占發(fā)展先機。

美國重視對氫能全鏈條技術的研發(fā)和規(guī)模化示范，推進基于氫能的多能融合互補，以變革電力、交通、化工、鋼鐵等行業(yè)。

日本超前布局點亮氫能“科技樹”，建設“氫能社會”作為經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)活動的能源支柱。

歐盟把氫能視為實現(xiàn)碳中和的關鍵，利用綠氫推進所有終端部門脫碳化。

英國將氫能作為工業(yè)脫碳的主要抓手，德國謀求成為全球領先的氫能技術供應國，俄羅斯、澳大利亞、沙特阿拉伯均重點發(fā)展制氫產(chǎn)業(yè)以在“后油氣時代”保持能源出口強國地位。

各國布局存在共性特征：

一是將降低綠氫成本作為推進氫能規(guī)模化部署的關鍵，大力發(fā)展以電解制氫為代表的綠色制氫技術，美國提出了到2031年將綠氫成本大幅降至1美元/千克的目標；

二是氫能儲運成為不可忽視的關鍵環(huán)節(jié)，近中期重點發(fā)展高效、易運輸?shù)男滦蛢洳牧虾徒ㄔO氫能基礎設施，日本正與多國合作建立基于液氫、氨的跨海運氫供應鏈；

三是氫能應用向多元化發(fā)展，探索靈活、高效的“氫+”多行業(yè)多場景融合解決方案；

四是區(qū)域氫中心建設提上日程，美國投入75億美元打造區(qū)域氫中心，歐盟密集部署氫谷示范項目。

全球氫能技術研發(fā)和示范部署邁上發(fā)展快車道。國際能源署預測，到2030年全球低碳氫產(chǎn)量將從不足100萬噸/年增至3800萬噸/年。電解制氫進入初期市場導入階段，海水直接制氫路線步入工業(yè)示范，高效太陽能制氫系統(tǒng)逐步由實驗室走向中試。固態(tài)儲氫、有機液體儲氫等技術正向市場化發(fā)展，輸氫管道建設提速。燃料電池穩(wěn)定耐久性不斷提升，燃料電池汽車已具備大規(guī)模推廣條件。氫能在冶金、化工、建筑、工程機械、航空/船舶等領域步入原型樣機或示范階段，多個“首臺套”應用落地。

我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及短板

我國已基本形成較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，初步掌握氫能制、儲、輸、運、用（燃料電池和系統(tǒng)集成等）主要技術和生產(chǎn)工藝，形成了多點突破的產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新生態(tài)。

制氫方面，我國是全球氫氣生產(chǎn)第一大國，也是電解制氫項目部署的主導力量，截至2023年底累計規(guī)劃綠氫項目產(chǎn)能合計已超過650萬噸/年，電解槽裝機容量占到全球一半。堿性電解制氫、質(zhì)子交換膜電解制氫已初步進入規(guī)模化應用，高溫固體氧化物電解制氫、陰離子交換膜電解制氫、太陽能光催化制氫等技術尚處于前期研發(fā)和小規(guī)模示范，海水制氫實現(xiàn)工業(yè)示范。

儲輸運氫方面，我國以高壓氣態(tài)儲輸技術為主，正開展純氫/摻氫管道的工程示范。民用液氫初步開展小規(guī)模示范應用，氫液化規(guī)模突破10噸/天。液體儲氫、固態(tài)儲氫、地下儲氫等先進技術正處于前期攻關和小規(guī)模示范應用階段。建成加氫站超480座，新增加氫站、在運加氫站兩項指標均居世界第一。

氫能利用方面，質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池在電堆集成、設計制造等方面取得較大突破并已大規(guī)模量產(chǎn)。交通、化工、冶金等領域示范規(guī)模引領全球，已成為全球最大燃料電池商用車生產(chǎn)和應用市場，氫基化工規(guī)模化試點落地，氫冶金技術示范項目開啟，氫能發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)完成重點技術試點示范，建成全國首個氫能進萬家智慧能源示范社區(qū)項目。

但我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體與國際相比仍處于并跑或跟跑階段，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)關鍵技術、材料、裝備仍然存在短板和不足：

1、先進電解制氫技術開發(fā)滯后，關鍵材料和技術無法完全自主我國電解制氫裝機規(guī)模已超過全球半數(shù)，以堿性電解制氫為主，其成本低、單槽產(chǎn)氫量大，但對風、光等波動性能源適應性較差，發(fā)展風光耦合電解制氫還需開發(fā)運行更靈活的質(zhì)子交換膜電解制氫技術。該技術我國尚處于商業(yè)化初期，在技術成熟度、裝置規(guī)模、性能和可靠性等方面均落后于國外，單槽產(chǎn)氫量最大在400標方/小時，而國外廠家如康明斯已推出1000標方/小時產(chǎn)品；核心部件如全氟磺酸質(zhì)子交換膜制備工藝復雜，長期被美日企業(yè)壟斷。

國內(nèi)外爭相開發(fā)的下一代電解技術，如高溫固體氧化物電解制氫和陰離子交換膜電解制氫，尚處于研發(fā)示范階段。前者具有高效、低成本、低電耗、可與廢熱結(jié)合等優(yōu)點，需攻克材料穩(wěn)定性差、耐熱性差、壽命短等難題，且我國缺乏市場化的原材料和配件供應體系；后者兼具堿性電解和質(zhì)子交換膜電解的優(yōu)點，但陰離子交換膜、催化劑等核心部件性能不足限制了商業(yè)化，國內(nèi)外均有企業(yè)在積極搶占這一新賽道，美國企業(yè)已成功示范基于該技術的緊湊型加氫站。

2、氫能儲運技術工藝及輸氫管網(wǎng)部署落后，已成為制約我國氫能規(guī)模化的瓶頸我國綠氫生產(chǎn)和需求存在空間錯配問題，儲運成本在氫氣終端價格占比高達40%~50%。氫氣儲運以高壓氣態(tài)的長管拖車為主，效率較低，僅適用于短途運輸，液氫、管道輸氫等長距離大規(guī)模儲運氫技術尚處于起步階段。

而且，我國上述技術水平與國外均有差距。長管拖車我國主要采用20兆帕壓力，國外主流技術為更高效的40兆帕長管拖車，關鍵材料、裝備如高性能碳纖維、碳纖維纏繞工藝設備、閥門等我國仍主要依賴進口。液氫技術我國初步開展小規(guī)模示范應用，國外已實現(xiàn)較大規(guī)模應用。我國氫液化規(guī)模最高為10噸/天，比美國落后一個數(shù)量級，液氫設備尚未完全突破國外技術壟斷。

在輸氫管網(wǎng)建設方面，全球輸氫管道總長度5000多公里，90%以上位于美國和歐洲，大部分是純氫管道。我國輸氫管道總長度約為400公里，主要是摻氫管道。運行壓力方面，我國以5兆帕以下管道為主，完成6.3兆帕純氫管道充氫測試，美國在運純氫管道最高運行壓力已達到10.3兆帕。此外，我國固體儲氫、有機液體儲氫、地質(zhì)儲氫等先進技術開發(fā)整體落后于國外。

3、燃料電池性能及核心部件材料工藝仍有不足，氫能多場景多樣化應用剛剛起步

目前，我國氫能應用主要以燃料電池商用車為先導，憑借能夠解決復雜路況重載低碳運輸?shù)膬?yōu)勢，獲得一定的市場化需求。而在化工、鋼鐵、建筑、發(fā)電等領域，除了在合成氨等傳統(tǒng)行業(yè)進行了工業(yè)規(guī)模推廣，其他行業(yè)應用尚處于示范探索階段，在理論基礎、技術積累及產(chǎn)業(yè)示范方面均滯后于國外，部分行業(yè)典型示范工程核心技術引進自國外。

①在燃料電池及其應用方面，質(zhì)子交換膜燃料電池是燃料電池汽車的主流技術，我國已具備其核心零部件膜電極的批量化生產(chǎn)能力，但與國外大規(guī)模流水線生產(chǎn)相比還存在差距，且膜電極三大材料（質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙）主要依靠進口，金屬雙極板在精細加工方面差距較大。固體氧化物燃料電池技術具備效率高、燃料靈活、不使用貴金屬催化劑等優(yōu)點，國外已進入商業(yè)化推廣期，除用于大中型供電、小型家用熱電聯(lián)供以外，還開辟了商用車/船舶增程或輔助電源、可逆運行用于制氫等新賽道。我國尚處于工業(yè)示范階段，系統(tǒng)功率、效率、壽命等關鍵技術指標落后，尚未掌握長壽命、高可靠性電堆設計和生產(chǎn)，以及大功率系統(tǒng)設計和控制的核心技術，運行壽命僅到1萬小時，國外已達到10年的商業(yè)化標準。

②氫燃氣輪機方面，我國摻氫/純氫燃機仍處于研發(fā)階段，重型燃機與國外技術差距較大。

③氫冶金領域，我國尚處于起步階段，德、美、日等國家已率先進行了大量示范應用，技術實力領先。河鋼集團投運全球首例120萬噸氫冶金示范工程，綠色高純直接還原鐵金屬化率達到94%以上，是我國鋼鐵行業(yè)由“碳冶金”邁向“氫冶金”的重要里程碑，但其焦爐煤氣零重整豎爐直接還原工藝是基于意大利特諾恩公司技術開發(fā)。

④氫動力航空領域，我國正追趕國際先進水平，是繼美國和德國之后全球第三個掌握燃料電池載人飛行技術的國家。商飛公司在2023年9月公布了加載液氫燃料的新一代氫能概念機“靈雀M”，相比之下，德國技術已走在前列，H2FLY公司在當月完成了全球首例載人液氫燃料動力飛機的試飛。

⑤氫能產(chǎn)業(yè)集群建設方面，我國發(fā)展相對成熟的示范城市群主要圍繞燃料電池汽車行業(yè)，其他行業(yè)的集群化示范還處于前期階段。美、歐近年來大力布局區(qū)域氫中心、氫谷打造融合制、儲、運、用的區(qū)域氫能生態(tài)系統(tǒng)，歐盟首個大型氫谷示范項目已在荷蘭投運，應用范圍涵蓋道路和船舶交通、化工、分布式發(fā)電及儲能、建筑等領域。

參考文獻

[1] Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office. Multi-Year Program Plan. https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-and-fuel-cell-technologies-office-multi-year-program-plan

[2] 工業(yè)和信息化部等七部門關于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202401/content_6929021.htm

[3] 國務院關于印發(fā)《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》的通知. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202405/content_6954323.htm

[4] 5部門聯(lián)合發(fā)文推動4個重點行業(yè)節(jié)能降碳——加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型. https://www.gov.cn/zhengce/202406/content_6956508.htm