全球硬核科技｜实现“双碳”目标 聊聊“氢能”那些事儿！

力争2030年前二氧化碳排放达到峰值

2060年前实现碳中和

这是中国向国际社会的庄严承诺

可储存、可再生、无污染

氢能成为实现脱碳的

重要解决方案之一

聚焦前沿硬核科技

放眼全球产业布局

本期《全球硬核科技》

为你带来关于“氢能”的那些事儿

抢占产业发展先机 全球主要经济体战略推动氢能布局

氢能因其无污染、可再生、可储存等优势，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，被国际氢能理事会（Hydrogen Council）评价为“能源解决方案的瑞士军刀”。

氢能在改变能源结构领域潜力几何？据国际氢能理事会预计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，市场规模可达每年2500太瓦时（1太瓦时=10亿度），市场价值达到1200亿欧元，或可减少60亿吨二氧化碳排放。

面对如此机遇，世界主要经济体纷纷围绕氢能“抢滩部署”——

■ 中国强力推进技术开发及市场应用，产业体系加快完善。近年来，我国相继出台的《国家创新驱动发展战略纲要》《“十三五”国家科技创新规划》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等政策，将氢能发展提升到国家战略高度，特别是2021年3月发布的《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，将氢能与储能纳入战略性新兴产业，列入未来产业赛道。

■ 美国制定氢能计划及路线图，全产业链布局抢占战略资源。美国自1990年起即开始推动氢能产业发展，是最早将氢能作为战略能源的国家。2020年，美国能源部（DOE）出台《氢能项目计划 2020》，为美国氢能研究、开发和示范应用提供战略支撑；同年，发布《储能大挑战路线图》，将氢储能（HES）列为一种重要的储能技术。

■ 欧洲各国瞄准全球氢能市场，在政策支持、国际合作、技术研发、资金投入等方面持续发力，竞相跃入关键发展期。2020年7月，欧盟委员会推出分三个阶段实施的氢能战略，将绿氢作为发展重点。2020年6月，德国率先推出国家氢能战略，明确绿氢的优先地位；9月，法国公布《国家氢能战略》，产业布局日渐明朗；随后，葡萄牙、荷兰、俄罗斯等国相继出台支持政策或发布氢能战略。

■ 日本推出绿色增长战略，致力于争夺技术优势和国际话语权。2020年，日本推出绿色增长战略，针对燃料电池、氢能等14个产业提出发展目标和重点任务。其中，重点任务涵盖制备、储运、氢燃料电池开发、规模化应用等领域。

■ 韩国特色明显，发布新能源汽车发展计划。2021年，韩国发布“2021—2025年韩国新能源汽车发展计划”，明确到2025年氢车FCEV累计销20万辆，到2030年累计销售85万辆，并对加氢站网络构建、液氢燃料汽车开发、绿色出行提出任务要求。

全产业链技术信息研判 氢能技术热点与瓶颈面面观

剖解氢能产业，期刊从上游氢能源制备、中游储运加注、下游燃料电池及汽车产品研发生产，展现了完整的氢能创新链，描绘出氢能产业发展与技术研发“全景图”。

产业链上游——

根据“原料”不同，氢能制备可分为通过天然气或煤炭提取的“灰氢”，将二氧化碳捕集、埋存、利用的“蓝氢”，以及使用可再生能源对水进行电解提取的“绿氢”。目前，天然气、煤炭制氢分别占全球76%和23%，电解法制氢仅占1%。

但根据近年来制氢专利申请量数据分析，电解水制氢技术创新非常活跃，专利申请波动式快速增长，从技术角度，水电解制氢可分为碱性电解水（ALK）、质子交换膜（PEM）电解水、固体氧化物（SOEC）电解水三大类。其中，PEM电解水技术应用范围更广、响应时间更短，为提高电解水制氢整体经济效益提供了可能，但成本和寿命的技术瓶颈也亟待突破。

产业链中游——

在氢能储运上，主要有气态储运、液态储运和固体储运三种方式，分别应用于不同应用场景。

高压气态储氢已得到广泛应用，但其技术瓶颈也较为明显、储氢密度与压力相关，主要受储罐材质限制，当前我国储氢罐关键材料、核心部件等仍然依赖进口。此外，低温液态储氢在航天等领域得到应用，有机液态储氢和固态储氢尚处于示范阶段。

高压气态输运包括适合近距离的长管拖车和适合远距离运输的管道输运；液态输氢适用于距离较远、运输量较大的场合。日本、美国已将液氢罐车作为加氢站运氢的重要方式，中国仅在航空航天运用液氢技术。固态运输方面，镁基等轻质储氢材料兼具高梯级储氢密度和高质量储氢率，作为运氢装置具有较大潜力。

产业链下游——

在我们熟知的领域，氢能主要通过燃料电池形式应用于新能源汽车场景，为我们带来全新的出行体验。

氢燃料电池技术主要涉及膜电极、催化剂、气体扩散层及双极板材料技术。其中，膜电极材料中质子交换膜（PEM）最为关键，催化剂是燃料电池的关键材料之一。常用的催化剂是Pt/C，由纳米级的 Pt（铂）颗粒和支撑这些Pt颗粒的活性炭构成。然而Pt是稀有金属，昂贵的价格和极低的供应量，已成为燃料电池技术走向商业化应用的主要障碍。

面对当前技术热点和瓶颈，各主要经济体也纷纷提出“突破”方向和一系列措施——

中国聚焦提升产业链各环节核心技术自主化水平；

美国以降成本、提性能、扩应用作为技术目标；

欧洲各国以绿氢生产技术为主攻方向和关键所在；

日本重点锁定燃料电池、氢能供应链和电解水制氢领域；

韩国将制氢技术列为国家核心技术发展计划……

信息多一点>>

氢能已经成为备受关注的新能源发展热点，全球主要经济体以及众多科研机构、头部能源公司都投身于氢能产业。

为引聚全球创新资源，服务产业研发创新，期刊瞄准上游、中游、下游及跨产业链四个维度，对全球范围内科研机构、头部企业的信息进行了汇聚梳理，形成了全景式创新资源分布图景，点亮全球氢能创新资源。

根据期刊内容，产业链上游汇聚研发机构5家、头部企业10家；产业链中游汇聚研发机构5家、头部企业10家；产业链下游汇聚研发机构9家、头部企业15家；跨产业链汇聚研发机构9家、头部企业9家。

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