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氫能源是全世界能源技術(shù)改革的主要大方向，是可持續(xù)、安全的能源未來的主要構(gòu)成部分。加快氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，既能應對全球環(huán)境危機，又能保證能源供應，實現(xiàn)國家能源的可持續(xù)發(fā)展。按照國際能源署的《氫能源未來發(fā)展趨勢報告》，預估到２０５０年，氫能消耗將比目前水平增加１０倍。世界各國都在大力發(fā)展制氫技術(shù)，搶占國際氫能制高點。
運用可再生能源取代化石燃料制氫是以后清潔、高效制氫發(fā)展壯大的動向，在制氫產(chǎn)業(yè)鏈的制備－儲運－加注－應用四個環(huán)節(jié)中，制氫是龍頭，制氫產(chǎn)業(yè)前景很好，要科學地選擇制氫工藝路線，必須從源頭上滿足環(huán)保、經(jīng)濟、安全、高效的要求，實現(xiàn)氫氣的供給。
１、制氫方法的發(fā)展趨勢
制氫技術(shù)處在氫能源快速發(fā)展的上游。目前主流的綠色制氫技術(shù)主要有電解水制氫、生物制氫、太陽能制氫等。
據(jù)中國氫能聯(lián)盟介紹，中國制氫的長期目標是到２０５０年實現(xiàn)可持續(xù)性充分利用可再生能源電解水制氫，大力推廣生物制氫和太陽能光解水制氫。
１）電解水制氫
目前主流的制氫方法是煤氣化制氫和天然氣制氫。從成本費用角度來分析，煤氣化制氫成本最少，具有盈利空間，電解水制氫僅占４％，制約電解水制氫技術(shù)發(fā)展的主要因素是成本高、收益為負；從綠色環(huán)保的角度來看，電解水制氫是低碳、可持續(xù)的。與目前主流制氫技術(shù)相比，它具有可持續(xù)性和低污染。它是理論上最理想的制氫技術(shù)，符合國家可持續(xù)發(fā)展的方針。
以后制氫技術(shù)的發(fā)展主要是受技術(shù)實力、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益等要素的影響。根據(jù)國際能源署（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?。牛睿澹颍纾。粒纾澹睿悖┑囊环菪聢蟾?，到２０３０年，利用可再生能源生產(chǎn)氫氣的成本預計將下降３０％。可再生綜合能源的利用正在迅速發(fā)展，制氫方法也越來越多，但未來的制氫方式仍是電解水制氫技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。到２０５０年，用于可再生能源發(fā)電的電解水將成為主流的制氫技術(shù)。
２）生物質(zhì)能制氫技術(shù)
生物制氫原料來源廣泛無污染，反應環(huán)境常溫常壓，生產(chǎn)成本低，完全顛覆了傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)工藝。生物質(zhì)能制氫做為一種環(huán)境友好型可再生能源，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展不但對能源的優(yōu)化運用有積極主動的效果，而且還能減少環(huán)境污染。生物制氫技術(shù)是一種高效的制氫生物工程技術(shù)。整個過程通過細菌的作用，將儲存在天然有機物（如蛋白質(zhì)、植物碳水化合物）中的能量釋放出來，產(chǎn)生氫氣。
生物制氫的主要途徑有光解水、光發(fā)酵、暗發(fā)酵制氫和光暗偶聯(lián)發(fā)酵。幾種生物制氫方法的比較見表１。生物制氫有許多優(yōu)點。與傳統(tǒng)的物理化學方式 相比之下，更節(jié)能、可再生、低消耗。這是未來大規(guī)模制氫的重要途徑。
３）太陽能制氫技術(shù)
最近，研究人員正專注于開發(fā)利用太陽能和其他可再生能源生產(chǎn)氫氣的新技術(shù)。目前，太陽能制氫技術(shù)的主要實現(xiàn)途徑有光化學制氫、光催化制氫、人工光合制氫等。幾種太陽能制氫方法的比較如表２所示。
伴隨著科學研究的深入，發(fā)現(xiàn)熱化學制氫技術(shù)還可以在陽光照射條件下運用光催化劑降低溫度要求，并提出一種熱化學循環(huán)制氫方法。光催化制氫是在光催化劑作用下分解水而產(chǎn)生的氫氣。目前，光催化制氫技術(shù)的主要研究工作是提高催化劑的性能，以提高制氫效率。
石墨烯具有超強的力學性能、導電性、導熱性和透光性，且價格低廉，產(chǎn)氫效率高。石墨烯的轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥淼统杀局茪涮峁┝司薮蟮南ＭＱ芯亢?，發(fā)現(xiàn)廢水中的有機物可以通過自身的電子給體實現(xiàn)太陽能制氫和太陽能去污，這個過程只需要簡單地將污水處理與光催化制氫結(jié)合，所以這也是一個未來的發(fā)展方向。
太陽能制氫技術(shù)還處于初步研究階段。隨著大量的投資，技術(shù)的發(fā)展和進步會越來越快。光催化劑制氫技術(shù)的進一步改進和生物制氫效率的進一步提高的希望也會更大，前景非常廣闊。
表１生物質(zhì)制氫技術(shù)對比
表２太陽能制氫技術(shù)比較
２、氫儲運方法的發(fā)展趨勢
氫氣的儲運是氫氣高效利用的關鍵，也是影響氫能大規(guī)模開發(fā)的重要因素。因此，氫儲運技術(shù)的研究成為研究的重點和難點。目前，主要的儲氫方式有多孔材料和金屬合金中的固態(tài)儲氫、高壓氣體儲氫、低溫液化儲氫等。
目前，氫氣的儲存和運輸主要是氣態(tài)形式，主要是因為其成本低，操作簡單，充放氣速度快，但安全風險因素高。低溫液氫儲存技術(shù)發(fā)展緩慢，存在難度系數(shù)高、液化成本高、能耗高、保溫材料成本高等缺點。
固態(tài)儲氫法具有許多優(yōu)點，操作方便。它是三種儲氫方法中最有前途的一種，也是儲氫技術(shù)研究的前沿方向之一。在未來，儲氫合金有望成為使用過程更方便、成本更低的主要儲氫方法。
此外，隨著研究的發(fā)展，出現(xiàn)了無機物儲氫和有機物儲氫。無機物儲氫是通過與離子型非金屬氫化物（如復合金屬氫化物ＮａＢＨ４、ＮＨ３ＢＨ４等）之間化學的相互作用來儲氫。釋放過程與儲氫合金原理相似，儲存在其中的氫通過加熱釋放。
有機物儲氫是指苯或甲苯等液體與氫反應生成環(huán)乙烷。這種氫氣的儲存和運輸方式不依賴于高壓和低溫的設備。釋放過程中的脫氫反應需要催化劑，這也是一種未來備受關注的儲氫技術(shù)。
３、氫能應用的發(fā)展趨勢
氫氣在提供清潔、安全、可靠、豐富的能源方面具有很大的發(fā)展前景，具有廣泛的應用前景。作為工業(yè)原料，可用于石油煉制、合成氨、甲醇等生產(chǎn)領域，少量可用于鋼鐵、玻璃、電子、航空等工業(yè)領域。
截至２０１８年底，全球ＦＣＥＶ（燃料電池電動汽車）庫存達到１１２００輛，當年銷量約４０００輛（較２０１７年增長８０％）。預計到２０３０年，燃料電池汽車行業(yè)將實現(xiàn)重大發(fā)展。預測趨勢如圖１所示。
圖１?。玻埃保浮。。玻埃常澳瓴糠謬业娜剂想姵仄?/span>
目前，氫的發(fā)展被提升到戰(zhàn)略層面，但仍存在成本高、安全、突破、基礎設施薄弱等問題，應提前與當?shù)亟o予為主，優(yōu)先發(fā)展加氫示范基礎設施和氫燃料電池等。逐步從地方化走向區(qū)域化，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)培訓和基礎設施建設積累經(jīng)驗。
隨著可再生能源系統(tǒng)、燃料電池的大規(guī)模應用，國內(nèi)燃料電池汽車生產(chǎn)成本大幅下降，加氫站將有較大增長，我國能源消費結(jié)構(gòu)將以氫氣為主體，國家“能源獨立”有望完成，氫產(chǎn)業(yè)將從區(qū)域發(fā)展逐步向主要市場延伸，依托國家天然氣管網(wǎng)實現(xiàn)氫天然氣混輸規(guī)?；\營，包括氫能輸送管網(wǎng)、氫能加氣站在內(nèi)的國家基礎設施網(wǎng)絡基本形成。氫氣作為一種清潔能源，將在越來越多的領域得到應用。
本文編輯于《中國電工技術(shù)學報》２０２１年第３期，題為《可再生能源中多能量互補制氫－儲運關鍵技術(shù)綜述》。作者：李征、張銳等。
