在氫能(néng)利用(yòng)途徑中，制氫是前提。我國是世界上(shàng)最大(dà)的制氫國，年制氫産量約3300萬噸，其中，達到(dào)工(gōng)業氫氣質量标準的約1200萬噸。在制氫環節，目前國内制氫以化石能(néng)源制氫、工(gōng)業副産氫爲主，太陽能(néng)制氫、生物質制氫等技術處于研究和(hé)示範階段。按照碳排放(fàng)量的不同來(lái)分類，氫能(néng)制備可分爲灰氫、藍氫和(hé)綠氫。

灰氫：氫能(néng)産業起步階段

制備技術成熟，但(dàn)長期不可取

定義：一般來(lái)說，利用(yòng)化石能(néng)源如煤炭等制取的氫氣，制備過程會(huì)産生大(dà)量一氧化碳、二氧化碳、甲烷等碳排放(fàng)産生，故将其稱之爲灰氫。

國家能(néng)源集團以煤化氣制氫碳排量爲基準來(lái)确定特定限值即以煤化氣制氫的碳排放(fàng)量29.02 kg CO₂/kgH₂爲基準。

工(gōng)藝：灰氫制備技術成熟，通過氣化技術将煤炭轉化爲合成氣，再經水(shuǐ)煤氣變換分離處理(lǐ)以提取氫氣。

優缺點：制備方法成本較低(dī)，操作(zuò)方法簡便，所需設備較少，可滿足大(dà)規模化制氫要求，是國内生産的主要氫氣類别，缺點是在制取過程中會(huì)排放(fàng)大(dà)量二氧化碳污染環境，目前所生産的氫能(néng)基本全部用(yòng)于工(gōng)業領域。

發展趨勢：盡管在當下(xià)的技術條件下(xià)，灰氫制取已規模化，但(dàn)由于生産過程排放(fàng)大(dà)量二氧化碳污染環境，被視(shì)爲不完全清潔的“灰氫”，因此長期來(lái)看(kàn)灰氫路徑并不可取。

藍氫：氫能(néng)産業過渡階段

存在局限性，短期具備發展空(kōng)間

定義：藍氫，是在灰氫制備過程中采用(yòng)無碳的技術手段，通常指生産過程中所産生的的溫室氣體排放(fàng)值低(dī)于14.51kg CO₂e/kgH₂。

工(gōng)藝：主要由天然氣等化石燃料産生而來(lái)，通過碳捕捉、碳封存等技術進行處理(lǐ)所得，是氫能(néng)産業的過渡階段。

優缺點：藍氫具有兩個明(míng)顯的優勢，一是電力需求較低(dī)，第二是融入了(le)碳捕獲與儲存（CCS）技術。因此區(qū)别于灰氫，藍氫的生産無需以可再生能(néng)源的強勁增長作(zuò)先決條件，并且生産過程碳排放(fàng)量較低(dī)。但(dàn)由于藍氫制取的資本支出和(hé)運營成本高(gāo)昂，需要有天然氣供應，且CCS技術需要相對(duì)罕見的地質條件，因此藍氫推廣受限。

發展趨勢：作(zuò)爲一種能(néng)源策略，藍氫隻有在有可能(néng)無限期地長期儲存二氧化碳，而不洩漏回大(dà)氣的前提下(xià)才能(néng)被稱爲清潔能(néng)源，實際上(shàng)藍氫隻是在向綠氫過渡階段的産物，從(cóng)成本角度看(kàn)，也(yě)很(hěn)難有持續性降低(dī)。

綠氫：氫能(néng)産業終極形态

2030年左右電解水(shuǐ)制氫将成有效供氫主體

定義：綠氫則是可再生能(néng)源通過電解水(shuǐ)方式制備的氫氣，通常指生産過程中所産生的的溫室氣體排放(fàng)值低(dī)于4.90 kg CO₂e/kgH₂。

優缺點：其制備過程環保無碳，且氫氣純度高(gāo)、雜(zá)質含量少，但(dàn)受到(dào)目前技術及制造成本限制，實現(xiàn)大(dà)規模應用(yòng)還需要時(shí)間。

工(gōng)藝：電解水(shuǐ)制氫是目前最主要的制取綠氫的方法，在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水(shuǐ)分子在電極上(shàng)發生電化學反應，即可分解成氫氣和(hé)氧氣，整個過程可實現(xiàn)零排放(fàng)，具有工(gōng)藝簡單、無污染、氫氣純度高(gāo)等優勢，是氫能(néng)的終極形态。

發展趨勢：水(shuǐ)電解制氫技術作(zuò)爲制取氫氣的重要方法，尤其利用(yòng)可再生能(néng)源電解制氫是目前規模化制取綠氫的唯一方法，具有廣闊的市場前景。

根據中國氫能(néng)聯盟統計(jì)，到(dào)2030年氫氣年均需求約3500萬噸，煤制氫配合CCS技術，可再生能(néng)源電解水(shuǐ)制氫将成爲有效供氫主體。目前水(shuǐ)電解制氫主要有三種技術路線，分别爲堿性電解水(shuǐ)制氫（AWE）、質子交換膜電解水(shuǐ)制氫（PEM）和(hé)固體氧化物電解水(shuǐ)制氫（SOE）。

PEM電解水(shuǐ)是綠氫最佳制備方式

在水(shuǐ)電解制氫的三種技術路線中，堿性電解水(shuǐ)制氫是目前規模最大(dà)、商業化程度最高(gāo)的電解水(shuǐ)制氫技術，國内單台最大(dà)産氣量爲1000立方米/小(xiǎo)時(shí)，其生産成本較低(dī)，然而其受限于電流密度低(dī)、動态響應差，導緻其産氫速率低(dī)、與可再生能(néng)源适配性差。

固體氧化物水(shuǐ)電解槽采用(yòng)水(shuǐ)蒸氣電解能(néng)效最高(gāo)，但(dàn)其所需高(gāo)溫條件和(hé)啓動慢等劣勢嚴重限制其應用(yòng)場景，尚處于實驗室研發階段。

質子交換膜電解水(shuǐ)制氫技術具有結構緊湊、恒定電解質濃度、波動能(néng)源适應性強、冷啓動快(kuài)等優點，非常适合以風(fēng)能(néng)、太陽能(néng)等可再生能(néng)源産生的波動能(néng)量爲基礎，形成動态、高(gāo)效、清潔的氫氣制備工(gōng)藝，将電能(néng)轉化爲氫能(néng)高(gāo)效儲存實現(xiàn)未來(lái)全球能(néng)源脫碳，因此是制氫的最佳結合方式。目前國内單台質子交換膜電解槽最大(dà)産氣量爲50立方米/小(xiǎo)時(shí)，因使用(yòng)貴金(jīn)屬電催化劑等材料成本偏高(gāo)，尚未規模化應用(yòng)。

我國PEM電解水(shuǐ)技術正從(cóng)研發向工(gōng)業化過渡

中國僅有三個商業化規模的電解水(shuǐ)制氫項目

2020年寶豐能(néng)源集團投産建設的太陽能(néng)電解水(shuǐ)制氫綜合示範項目爲是目前已知(zhī)全球單廠(chǎng)規模最大(dà)和(hé)單台産能(néng)最大(dà)的電解水(shuǐ)制氫項目，具備年産3萬标方/小(xiǎo)時(shí)綠氫産能(néng)。該項目是目前中國僅有的三個商業化規模的電解水(shuǐ)制氫項目之一,其它兩個分别是殼牌在中國啓動的2萬千瓦電解水(shuǐ)制氫項目和(hé)位于河(hé)北1萬千瓦的海珀爾項目。

目前PEM水(shuǐ)電解制氫已邁入10 MW級别示範應用(yòng)階段，100 MW級别的PEM電解槽處于開(kāi)發階段。整體PEM制氫技術正在從(cóng)研發走向工(gōng)業化階段，商業化程度也(yě)越來(lái)越成熟，在國外(wài)已被大(dà)規模地應用(yòng)于鋼鐵(tiě)廠(chǎng)等行業進行脫碳。

綠氫的大(dà)規模應用(yòng)或将在2035-2040年實現(xiàn)

圍繞2030年“碳達峰”與2060年“碳中和(hé)”目标，在能(néng)量轉化以及二氧化碳處理(lǐ)和(hé)資源化利用(yòng)過程中最爲關鍵的就是氫，而經濟有效的通過電解水(shuǐ)制氫則是規模化應用(yòng)的前提。

目前可再生能(néng)源電解水(shuǐ)制氫仍面臨成本高(gāo)的問題。其中電力成本約占綠氫可變成本的60%，因此，獲得成本低(dī)廉、供應充足的可再生能(néng)源爲電解槽提供電力顯得至關重要。

近日，大(dà)連化物所燃料電池系統科學與工(gōng)程研究中心研制的兆瓦級PEM水(shuǐ)電解制氫系統實現(xiàn)滿功率運行，率先打通了(le)綠色降本路徑，爲大(dà)規模綠色氫能(néng)綜合利用(yòng)新模式的示範奠定了(le)技術基礎。随着世界各國加大(dà)對(duì)可電解槽能(néng)耗的提升以及投資增加，推動成本持續降低(dī)，綠氫的大(dà)規模應用(yòng)或将在 2035-2040 年實現(xiàn)。

綠氫是未來(lái)

綠氫是氫能(néng)利用(yòng)的理(lǐ)想形态，在能(néng)源轉型中被寄予厚望。盡管目前制氫原料多以化石能(néng)源爲主，綠氫占比較低(dī)，但(dàn)中國已具備大(dà)規模生産“綠氫”的潛力。

若要在“十四五”時(shí)期實現(xiàn)非化石能(néng)源占整體能(néng)源結構19%的目标，利用(yòng)風(fēng)能(néng)、太陽能(néng)低(dī)成本優勢進而加快(kuài)裝機速度，或可每年增加53GW的風(fēng)能(néng)裝機容量和(hé)每年58GW的太陽能(néng)裝機容量，實現(xiàn)綠氫生産并出口，助力雙碳目标的達成。

不僅如此，利用(yòng)可再生能(néng)源生産綠氫，在一定程度上(shàng)解決了(le)能(néng)源浪費問題即“棄光，棄風(fēng)，棄水(shuǐ)”的問題，使得可再生能(néng)源不再僅依靠電網進行消納，同時(shí)還可平衡電網穩定性，具有多方面協同效應，“綠氫時(shí)代”已是大(dà)勢所趨。