在能源短缺和環(huán)境惡化兩大困境的威脅下，可持續(xù)清潔能源的開發(fā)日益迫切。傳統(tǒng)能源中80%以上都被用作能量載體為交通運輸、工業(yè)和發(fā)電提供能量，如果將這部分消耗的石化能源用可持續(xù)清潔能源替代，能源和環(huán)境問題都將迎刃而解，而正處于產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)入期的氫能源無疑是最好的選擇。

在能源短缺和環(huán)境惡化兩大困境的威脅下，可持續(xù)清潔能源的開發(fā)日益迫切。傳統(tǒng)能源中80%以上都被用作能量載體為交通運輸、工業(yè)和發(fā)電提供能量，如果將這部分消耗的石化能源用可持續(xù)清潔能源替代，能源和環(huán)境問題都將迎刃而解，而正處于產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)入期的氫能源無疑是最好的選擇。

經(jīng)過多年的發(fā)展，氫能源產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完善。其中氫能源的上游是氫氣的制備，主要技術(shù)方式有傳統(tǒng)能源的熱化學(xué)重整、電解水和光解水；中游是氫氣的儲運環(huán)節(jié)，主要技術(shù)方式包括低溫液態(tài)、高壓氣態(tài)和固體材料儲氫；下游是氫氣的應(yīng)用，氫氣應(yīng)用可以滲透到傳統(tǒng)能源的各個方面，包括交通運輸、工業(yè)燃料、發(fā)電等，主要技術(shù)是直接燃燒和燃料電池技術(shù)。

上游電解水制氫前景廣闊

氫能是一種二次能源不可以直接獲得，需要通過制備獲得，目前制氫技術(shù)主要有傳統(tǒng)能源和生物質(zhì)的熱化學(xué)重整、水的電解和水的光解。2017年全球氫氣產(chǎn)量約為6000萬噸，其中96%來源于傳統(tǒng)能源的熱化學(xué)重整，還有4%來自于電解水。

圖1 氫能源產(chǎn)業(yè)鏈

對比幾種主要制氫技術(shù)的成本，煤氣化制氫的成本最低，為1.67美元每千克，其次是天然氣制氫2.00美元每千克，甲醇裂解3.99美元每千克，成本最高的是水電解，達到5.20美元每千克。相對于石油售價，煤氣化和天然氣重整已有利潤空間，而電解水制氫成本仍高高在上。

雖然目前電解水制氫成本遠高于石化燃料，而煤氣化制氫和天然氣重整制氫相對于石油售價已經(jīng)存在利潤空間。但是用化石燃料制取氫氣不可持續(xù)，不能解決能源和環(huán)境的根本矛盾，并且碳排放量高，對環(huán)境不友好。而電解水制氫是可持續(xù)和低污染的，隨著電價下降和技術(shù)發(fā)展、規(guī)?；?yīng)，電解水產(chǎn)業(yè)即將興起。

圖2 不同治氫方法氫氣產(chǎn)量（產(chǎn)量：%）

圖3 不同治氫方法治氫成本（單位：美元/千克）

中游儲氫材料潛力巨大

氫是所有元素中最輕的，在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為0.0899kg／m3，是水的萬分之一，因此其高密度儲存一直是一個世界級難題。儲氫問題一旦突破，氫能必將迎來繁榮發(fā)展。

目前儲氫方法主要分為低溫液態(tài)儲氫、高壓氣態(tài)儲氫、儲氫材料儲氫三種。液態(tài)氫儲運簡單安全體積占比小，不過氣態(tài)氫轉(zhuǎn)換成液態(tài)氫不經(jīng)濟，僅適用于不太計較成本問題且短時間內(nèi)需迅速耗氫的航天航空領(lǐng)域。高壓氣態(tài)儲氫是目前最常用并且發(fā)展比較成熟的儲氫技術(shù)，其儲存方式是采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里。

目前所使用的容器是鋼瓶，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快。但是存在泄露爆炸隱患，安全性能較差。儲氫材料儲氫就是利用氫氣與儲氫材料之間發(fā)生物理或者化學(xué)變化從而轉(zhuǎn)化為固溶體或者氫化物的形式來進行氫氣儲存的一種儲氫方式。儲氫材料最大的優(yōu)勢是儲氫體積密度大，相同質(zhì)量的氫氣用儲氫材料儲存占用空間最少。并且操作容易、運輸方便、成本低、安全等，恰好克服了高壓氣態(tài)儲氫和低溫液態(tài)儲氫的缺點，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N儲氫方式。

下游燃料電池起飛在即

氫能源的應(yīng)用有兩種方式：一是直接燃燒（氫內(nèi)燃機），二是采用燃料電池技術(shù)，燃料電池技術(shù)相比于氫內(nèi)燃機效率更高，故更具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖4 氫能源下游應(yīng)用

目前以燃料電池技術(shù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用已經(jīng)很廣闊，現(xiàn)階段主要分布在交通運輸式、固定式和便攜式三個方面，燃料電池車正在大力推進中，未來將遍及所有能源相關(guān)下游包括汽車、發(fā)電和儲能等領(lǐng)域。燃料電池車相比傳統(tǒng)汽車，具有無污染，“零排放車”，無噪聲，無傳動部件的優(yōu)勢，相比電動車，具有續(xù)航里程長，充電時間段，起動快（8秒鐘即可達全負荷）的優(yōu)勢，因此非常具有發(fā)展前景。

除此之外，2017年為消費級無人機爆發(fā)元年，而氫燃料電池具有續(xù)航時間長，加注氫氣時間短幾分鐘就能完成，同時生命周期內(nèi)性能衰減小的絕對優(yōu)勢，成為無人機功能體系的一個強勢可替代選項，氫燃料電池起飛在即。