2022年3月23日《氫能(néng)産業發展中長期規劃（2021-2035 年）》發布，将創新擺在産業發展的核心位置，同樣聚焦氫能(néng)制備、儲存、輸運、應用(yòng)全鏈條關鍵核心技術，提升裝備自(zì)主可控能(néng)力，促進産業鏈創新鏈深入融合發展。
産業發展，技術先行。關鍵核心技術攻關是實現(xiàn)我國氫能(néng)産業高(gāo)質量發展的關鍵。
氫儲能(néng)技術
氫能(néng)産業以制氫、儲氫爲發展前提。其中氫儲能(néng)技術是通過電解水(shuǐ)制氫，将電能(néng)轉化爲氫能(néng)儲存起來(lái)的儲能(néng)方式，包括電解水(shuǐ)制氫、儲氫兩個環節，是目前衆多氫氣來(lái)源方案中碳排放(fàng)最低(dī)的工(gōng)藝。
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。目前以可再生能(néng)源爲主的能(néng)源轉型已初具規模，但(dàn)由于以風(fēng)、光爲主的可再生能(néng)源存在“間歇性”，會(huì)對(duì)電網造成沖擊，在大(dà)規模利用(yòng)時(shí)較難平衡波動的電力需求，因此，以穩定的氫氣化學能(néng)形式儲存，被認爲是儲能(néng)技術發展的重要方向。
電解水(shuǐ)制氫具有工(gōng)藝簡單、無污染、氫氣純度高(gāo)等優勢，能(néng)夠很(hěn)好(hǎo)的與可再生能(néng)源結合，從(cóng)而大(dà)幅度降低(dī)制氫成本。目前主要有三種方式，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）。
堿性電解水(shuǐ)技術：堿性電解水(shuǐ)技術是以KOH、NaOH水(shuǐ)溶液爲電解質，采用(yòng)石棉布等作(zuò)爲隔膜，在直流電的作(zuò)用(yòng)下(xià)，将水(shuǐ)電解成氫氣和(hé)氧氣。其中，堿性電解槽是堿性水(shuǐ)電解制氫的關鍵設備，由鍍鎳的鐵(tiě)電極或鎳系金(jīn)屬電極、石棉或聚酯系材料等多孔質隔膜構成。
PEM水(shuǐ)電解電解技術：用(yòng)電流将水(shuǐ)分解成氣态氫和(hé)氧，核心是質子交換膜，質子導電率高(gāo)，透氣性低(dī)，在高(gāo)電流密度（超過2A/cm2）、大(dà)功率輸入（瓦到(dào)兆瓦）和(hé)高(gāo)壓下(xià)可以實現(xiàn)運行。
固體氧化物電解技術：高(gāo)溫水(shuǐ)蒸汽進入固體氧化物電解槽後，在陰極處被分解爲氫離子和(hé)氧離子，其中，氫離子得到(dào)電子生成氫氣，氧離子則通過傳導氧離子的固體氧化物電解質到(dào)達陽極，生成氧氣。
在上(shàng)述三種水(shuǐ)電解方法中，堿性電解水(shuǐ)制氫是目前規模最大(dà)、商業化程度最高(gāo)、技術最爲成熟的電解水(shuǐ)制氫技術，在20世紀中期已實現(xiàn)工(gōng)業化。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；固體氧化物電解水(shuǐ)制氫效率最高(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；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，在與可再生能(néng)源結合方面更具優勢，因此是制氫的最佳結合方式，也(yě)是未來(lái)制氫技術的重要發展方向。
質子交換膜是氫燃料電池最爲核心的原材料之一，其功能(néng)是爲質子遷移和(hé)傳輸提供通道(dào)、分離氣體反應物并阻隔電子和(hé)其他(tā)離子，其性能(néng)的優劣直接決定着電池的性能(néng)和(hé)使用(yòng)壽命。
在質子交換膜的制備中，質子膜按照含氟量可分爲全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、複合膜等。目前全氟質子交換膜是主流技術，産業化程度較高(gāo)，其穩定性好(hǎo)、壽命長，應用(yòng)範圍廣泛，主要應用(yòng)在電解水(shuǐ)制氫、燃料電池、儲能(néng)電池等領域，是主流的質子膜技術。
目前，我國東嶽氫能(néng)具有完整的全氟磺酸樹脂産業鏈，是繼戈爾、科慕兩家外(wài)國企業之後國内市場占比最大(dà)的企業，已實現(xiàn)量産并批量供貨，具有規模化供應能(néng)力，正投産150萬平米質子交換膜生産線一期工(gōng)程，是全球少數能(néng)夠量産氫燃料電池汽車提供質子交換膜的企業之一。
2021年12月，由國家電投建設的國内首條全自(zì)主可控質子交換膜生産線正式投産，各個環節不依賴國外(wài)零部件和(hé)技術，實現(xiàn)了(le)氫燃料電池關鍵零部件的國産化，打破了(le)國内質子交換膜市場被國外(wài)廠(chǎng)家長期壟斷的局面，産線可生産厚度從(cóng)8微米到(dào)20微米的質子交換膜，質量均相當或優于國内外(wài)同類産品。實現(xiàn)了(le)我國在質子交換膜高(gāo)端産品領域擁有了(le)自(zì)主生産能(néng)力，由此推動我國氫能(néng)産業國産化向前大(dà)步邁進。氫燃料電池是目前最佳的氫能(néng)利用(yòng)技術
用(yòng)氫環節上(shàng)，燃料電池是氫能(néng)利用(yòng)的主要途徑。燃料電池本質是水(shuǐ)電解的“逆”裝置，直接将化學能(néng)轉化爲電能(néng)，具有無需燃燒、功率密度高(gāo)等特點。
燃料電池的關鍵主要是電推模塊，電堆由端闆、絕緣闆、集流闆以及多個單電池組成。其中單電池包括七層結構，最中間一層爲質子交換膜，然後兩側對(duì)稱地依次爲陰/陽極催化層、陰/陽極氣體擴散層和(hé)陰/陽極雙極闆。質子交換膜主要作(zuò)用(yòng)是爲電解質提供氫離子通道(dào)，隔離陰陽極反應氣體，同時(shí)對(duì)催化劑層起支撐作(zuò)用(yòng)。雙極闆主要作(zuò)用(yòng)是隔絕燃料和(hé)空(kōng)氣、收集電流、傳遞熱量，同時(shí)爲反應氣體提供通道(dào)。氣體擴散層主要作(zuò)用(yòng)爲支撐催化層，穩定電極結構 , 提供氣、電、熱量的通道(dào)。
根據電解質的不同可分爲質子交換膜燃料電池 (PEMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、磷酸燃料電池（PAFC）)等，其中質子交換膜燃料電池技術，因其具有功率密度高(gāo)、體積小(xiǎo)、啓動速度快(kuài)，低(dī)腐蝕性、反應溫度适中等特點，被公認爲最有希望成爲航天、軍事(shì)、電動汽車和(hé)區(qū)域性電站(zhàn)的首選電源，特别适合用(yòng)做動力電源。
儲氫技術以高(gāo)壓氣态儲氫爲主
有機液體儲氫爲未來(lái)主要方向
高(gāo)效利用(yòng)氫氣的關鍵在于氫氣的儲運。在儲氫環節，技術主要有固态儲氫、高(gāo)壓氣态儲氫、液态儲氫和(hé)有機物液體儲氫等。
目前，高(gāo)壓氣态儲氫技術因其成本低(dī)、充放(fàng)氣速度快(kuài)，是最常用(yòng)的儲氫技術；低(dī)溫液态儲氫技術儲氫體積密度高(gāo)、儲運量大(dà)，但(dàn)在液化過程中能(néng)耗過大(dà)，且對(duì)容器絕熱性、抗凍性等安全性能(néng)要求苛刻，目前主要應用(yòng)于航空(kōng)航天、軍事(shì)等特殊領域；有機液态儲氫利用(yòng)有機液體氫化物對(duì)氫氣進行可逆存儲，儲運可多次循環使用(yòng)且安全高(gāo)效，但(dàn)其脫氫反應條件較爲苛刻，且仍存在一些(xiē)技術難題，尚未大(dà)規模使用(yòng)；固态儲氫具有體積儲氫密度高(gāo)、安全方便等優點，但(dàn)仍處于技術攻關階段。
盡管目前高(gāo)壓氣态儲氫技術較成熟、使用(yòng)普遍，但(dàn)存在較大(dà)安全隐患大(dà)和(hé)儲氫密度低(dī)等問題不适合長期推廣，相比之下(xià)，有機物液體儲氫能(néng)夠在常溫下(xià)運輸和(hé)加注，并且可以利用(yòng)現(xiàn)有加油站(zhàn)設施，解決安全性和(hé)運輸便利性兩大(dà)重點，配合成熟的成品油供銷體系極具應用(yòng)前景，但(dàn)目前仍有有較多的技術難題，若能(néng)打破有機液體儲氫技術壁壘，氫能(néng)産業将加速發展。儲運技術是制約氫能(néng)大(dà)規模發展的重要因素之一，氫氣儲運與儲氫瓶息息相關。目前已商業化應用(yòng)的高(gāo)壓儲氫氣瓶主要是Ⅰ型（全金(jīn)屬氣瓶）、Ⅱ型（金(jīn)屬内膽纖維環向纏繞氣瓶）、Ⅲ型（金(jīn)屬内膽纖維全纏繞氣瓶）及Ⅳ型（非金(jīn)屬内膽纖維全纏繞氣瓶）。
車載儲氫系統的壓力一般分爲35Mpa和(hé)70Mpa兩個等級。Ⅰ型和(hé)Ⅱ型氣瓶容重比較大(dà)，但(dàn)儲氫密度較低(dī)，Ⅲ型氣瓶和(hé) IV氣瓶多被用(yòng)爲燃料電池車用(yòng)儲氫容器。其中 IV 型氣瓶具有質量輕、儲氫密度高(gāo)的優點，國際主流産品多數采用(yòng) 70MPa 的 IV 型氣瓶。受制于儲氫容器的内膽加工(gōng)成型工(gōng)藝技術，國内企業以生産 35 MPa 的Ⅲ型瓶爲主，但(dàn)該型号儲氫瓶由于儲氣量較低(dī)，部分成型受制于整車空(kōng)間布置的限制，因此主要應用(yòng)在城(chéng)市公交、城(chéng)市物流以及一定區(qū)域内短途重卡等領域。
我國儲氫瓶産業起步較慢，核心組成部分碳纖維複合材料以進口爲主，成本占儲氫瓶生産成本近六成，因此研發更低(dī)的成本及更高(gāo)的質量儲氫密度與循環壽命的儲氫瓶對(duì)燃料電池乘用(yòng)車領域意義重大(dà)。
2021年5月8日，沈陽斯林(lín)達安科新技術有限公司成功獲得國内第一張車用(yòng)Ⅳ型儲氫瓶特種設備制造許可證，中國車用(yòng)儲氫瓶從(cóng)此進入Ⅳ型時(shí)代。憑借優異的抗氫脆腐蝕性、更輕的質量、更低(dī)的成本及更高(gāo)的質量儲氫密度與循環壽命，Ⅳ型瓶将成爲氫燃料電池乘用(yòng)車的首選儲能(néng)裝備。目前，Ⅳ型儲氫瓶團體标準已經發布并正式實施，國内儲氫瓶産業化落地将逐步加快(kuài)。
作(zuò)爲重要的清潔能(néng)源，對(duì)氫燃料的合理(lǐ)利用(yòng)是世界各國競相研究的重要科技高(gāo)地，特别是在交通領域，氫能(néng)開(kāi)發已經成爲重要的産業發展方向，得到(dào)了(le)普遍應用(yòng)。目前，氫燃料在我國已成功實現(xiàn)了(le)在交通、電力、工(gōng)業等領域的應用(yòng)。
交通領域走在氫能(néng)應用(yòng)的前沿，目前主要以氫燃料電池汽車爲主，同時(shí)在鐵(tiě)路、海事(shì)、航天領域不斷探索發展。
以氫燃料電池乘用(yòng)車爲例，當前全球多個國家積極布局氫燃料電池汽車産業鏈，2021年全球主要國家共銷售氫能(néng)源汽車16,313台，同比增長68%，其中中國全年氫能(néng)源汽車銷量爲1,586台，同比增長35%。根據中國氫能(néng)聯盟預測，到(dào)2050年氫能(néng)需求量有望達到(dào)6000萬噸，在終端能(néng)源體系中占比爲10%，預計(jì)産業鏈年産值将達12萬億元，其中交通運輸領域用(yòng)氫2458萬噸，約占該領域用(yòng)能(néng)19%。
在國家“雙碳”目标下(xià)，氫燃料電池汽車正成爲新的發展趨勢，相關配套設施加氫站(zhàn)截至2020年12月31日，全國在建和(hé)已建加氫站(zhàn)共181座，已經建成124座，因其動力充足、加注時(shí)間短、續航裏程長等優勢逐漸延伸至重卡、應急救援車、平衡車、觀光車等應用(yòng)場景。
在鐵(tiě)路交通領域，氫能(néng)燃料電池能(néng)夠有效替代内燃機車作(zuò)爲主要動力，減少電力供應過程碳排放(fàng)現(xiàn)象，由于沒有任何污染物的排放(fàng)，也(yě)不用(yòng)重新架設取電網，相較傳統燃油和(hé)電力機車，氫燃料電池混合動力機車在相對(duì)密閉的地鐵(tiě)、隧道(dào)、礦山等環境下(xià)使用(yòng)優勢更加明(míng)顯，應用(yòng)和(hé)維護成本也(yě)更低(dī)。
在海事(shì)行業，船(chuán)舶領域的脫碳氫能(néng)也(yě)起到(dào)了(le)重要作(zuò)用(yòng)，燃料電池系統是綠色船(chuán)舶動力裝置的理(lǐ)想方案，可應用(yòng)于内河(hé)、内湖和(hé)近海的公務船(chuán)、客船(chuán)、遊船(chuán)以及渡船(chuán)，頻繁進出港口的散貨船(chuán)和(hé)工(gōng)作(zuò)船(chuán)，科考船(chuán)和(hé)工(gōng)程試驗船(chuán)，采用(yòng)液氨/液氫燃料的遠洋船(chuán)舶。
近年來(lái)在氫能(néng)船(chuán)舶上(shàng)展開(kāi)燃料電池應用(yòng)測試，并取得了(le)一些(xiē)成果：2021年1月，大(dà)連海事(shì)大(dà)學燃料電池遊艇“蠡湖”号通過試航；5月下(xià)旬，廣東省内推出首艘氫能(néng)源船(chuán)舶“仙湖1号”，并于佛山南海下(xià)水(shuǐ)；11月，以高(gāo)溫甲醇燃料電池爲動力電源的示範遊船(chuán)在佛山市南海區(qū)丹竈鎮仙湖首航，我國燃料電池在船(chuán)舶動力上(shàng)的實船(chuán)應用(yòng)邁出關鍵一步。
在航空(kōng)領域，氫能(néng)應用(yòng)于航空(kōng)被認爲是航空(kōng)業未來(lái)實現(xiàn)污染物零排放(fàng)和(hé)可持續發展的關鍵。目前，氫能(néng)航空(kōng)還處于技術突破階段，主要解決氫燃燒、氫燃料加注和(hé)儲存等一系列關鍵技術瓶頸，來(lái)自(zì)歐洲的空(kōng)客公司計(jì)劃在2035年前，将三架氫動力概念機投入運營。
氫能(néng)在電力中的應用(yòng)可覆蓋制氫、儲運、用(yòng)氫等全産業鏈。在制氫環節，通過電解水(shuǐ)制氫能(néng)夠實現(xiàn)大(dà)規模儲能(néng)；在儲運環節，氫氣可用(yòng)于季節性存儲波動性可再生能(néng)源電力，提供風(fēng)能(néng)和(hé)太陽能(néng)并網等可再生能(néng)源電力季節性儲能(néng)需求，爲能(néng)源系統提供長期的季節靈活性；在用(yòng)氫環節，通過氫燃料電池冷熱電三聯供系統爲家庭或樓宇提供靈活可靠的能(néng)源解決方案。
在工(gōng)業領域，氫能(néng)應用(yòng)廣泛，當前主要應用(yòng)于煉油、煉鋼等。以鋼鐵(tiě)行業爲例，現(xiàn)生産鋼鐵(tiě)大(dà)多以焦炭作(zuò)爲鐵(tiě)礦石還原劑，導緻碳排放(fàng)過多，無法進行深度脫碳。因此以氫能(néng)煉鋼、用(yòng)氫代替焦炭作(zuò)爲還原劑的新工(gōng)藝，降低(dī)了(le)煉鋼過程絕大(dà)部分碳排放(fàng)，如果實現(xiàn)可再生能(néng)源電解水(shuǐ)制氫，在軋鑄環節使用(yòng)可再生能(néng)源發電，最後基本可以實現(xiàn)鋼鐵(tiě)生産的近零排放(fàng)。
在技術方面，燃料電池系統、電堆、空(kōng)壓機等已基本實現(xiàn)國産化，質子交換膜、氣體擴散層等正在進行小(xiǎo)批量驗證，對(duì)于氫能(néng)應用(yòng)技術的自(zì)主化，在氫燃料電池方面國家主要關注催化劑、膜電極、質子交換膜、雙極闆、擴散層、電堆，在系統方面關注空(kōng)壓機和(hé)氫循環系統。就目前來(lái)看(kàn)，氫燃料電池六方面技術的國産化進展良好(hǎo)，已初步掌握氫能(néng)制備儲運加注、燃料電池等關鍵技術。可以說，氫能(néng)行業已經在一定範圍内形成了(le)規模，但(dàn)相較于國際先進水(shuǐ)平，仍存在技術裝備水(shuǐ)平不高(gāo)、部分關鍵核心零部件和(hé)基礎材料依賴進口等問題，主要是在電堆等燃料電池核心技術和(hé)關鍵材料上(shàng)。
在應用(yòng)場景方面，燃料電池汽車是氫能(néng)領域的關鍵應用(yòng)場景，在部分區(qū)域實現(xiàn)燃料電池汽車小(xiǎo)規模示範應用(yòng)，産業已進入商業化初期階段，同時(shí)，積極在海事(shì)、鐵(tiě)路、航天航空(kōng)、電力、工(gōng)業等領域布局多元應用(yòng)，并取得技術示範成果，氫能(néng)産業應用(yòng)呈現(xiàn)積極發展态勢。未來(lái)，碳中和(hé)碳達峰發展目标漸進将有序推進氫能(néng)多元化應用(yòng)，探索形成商業化發展路徑，不久的将來(lái)氫能(néng)應用(yòng)場景或将實現(xiàn)大(dà)規模落地。