随着全球碳达峰和碳减排的推进,, 开发利用氢能已成为中国能源技术发展的重要战略方向。
以往主要是大专院校、中国科学院等机构的科研人员从事氢能相关的研究, 大多获得国家自然科学基金委员会、科技部等的基金支持。目前许多企业也参与进来, 既有国企也有民企, 这与以往有很大不同, 对于氢能产业的发展有巨大的推动作用。 氢能发展不仅需要技术成熟, 同时还要满足成本、市场和安全等多方面的要求。
近日，北京大学化学与分子工程学院李星国对氢能产业链上的制氢、氢分离、储运、应用等环节的状况、问题和今后的发展进行了系统的分析和归纳，研究成果于12月22日在《科学通报》上以《氢气制备和储运的状况与发展》进行了发表。
（1）在氢气的制备方面。目前有多种制氢的方法, 大体可以分为化学原料制氢、含氢尾气副产氢回收、高温分解制氢、电解水制氢、其他方法制氢等5大类, 并经过变压吸附、低温吸附、钯膜扩散法、金属氢化物等方法分离提纯获得所需要纯度的氢气。根据使用电解质的不同, 电解水的方式可分为碱性水电解(ALK)、质子交换膜电解(PEM)、固体氧化物电解(SOEC)、碱性阴离子交换膜电解(AEM)等4种。研究认为，在制氢方面, 需要降低成本, 从化石原料制氢向清洁能源电解水制氢发展, 重点发展质子交换膜电解（PEM）绿氢制备技术, 提高其规模。
(2) 在储氢方面。需要根据应用场合不同选择适应的储氢方式。提高其性能。在交通领域, 需要发展重量密度大于5wt%、体积储氢密度大于40 g/L、低成本、易可控吸放氢的储氢体系; 在非交通领域, 需要发展大规模、低能耗、高安全性的储氢技术。
(3) 在氢气输运方面。氢气的输运包括工业钢瓶、集装格、长管拖车、气体管道、液态氢气、有机液体、储氢合金等方法。单个工业氢气钢瓶的容积为40 L, 压力为15 MPa, 储氢为0.5 kg。 集装格由9~20个氢气钢瓶组成, 储氢3~10 kg, 主要是实验室规模的氢气输运。100 kg以上的氢气输运方法主要是长管拖车、气体管道、液态氢气。研究认为需要重点加强管道输氢和液态输氢技术的开发。
(4) 在加氢站方面。2019年以后，中国加氢站数量成爆发式增长，2020年已达到88座，中国石化计划“十四五”期间建设1000座加氢站。不同国家的氢燃料加油站与轻型燃料电池电动汽车的比率差异很大, 反映了部署方法、加油站规模、储存压力和利用率的差异。我国每个加氢站的平均氢能源车数量相对较高, 说明我国更侧重氢能源车的开发。氢气在制备、储存和运输过程中的成本比例为：制氢成本占30%(其中19%为原料, 固定和变动的运行费占10%); 氢气输送占8%; 加氢站占62%(其中设备费占26%, 运行费占36%)。加氢站的压缩机、注氢机等关键设备依赖进口, 所以建设投资大。研究建议在加氢站方面, 需要实现压缩机、注氢机等关键设备的国产化, 提高加氢站运行效率, 降低运行成本, 发展站内制氢以及液氢加氢站。
氢气制备和分离纯化方法
3种主要输氢方式价格与距离的变化
氢气在制备、储存和输运过程中的成本比例
截至2018年世界各国加氢站及利用
引用格式：
李星国. 氢气制备和储运的状况与发展. 科学通报
Li X G. Status and development of hydrogen preparation, storage and transportation (in Chinese). Chin Sci Bull, doi: 10.1360/TB-2021-0715
