氢能源是全世界能源技术改革的主要大方向，是可持续、安全的能源未来的主要构成部分。加快氢能产业的发展，既能应对全球环境危机，又能保证能源供应，实现国家能源的可持续发展。按照国际能源署的《氢能源未来发展趋势报告》，预估到２０５０年，氢能消耗将比目前水平增加１０倍。世界各国都在大力发展制氢技术，抢占国际氢能制高点。

运用可再生能源取代化石燃料制氢是以后清洁、高效制氢发展壮大的动向，在制氢产业链的制备－储运－加注－应用四个环节中，制氢是龙头，制氢产业前景很好，要科学地选择制氢工艺路线，必须从源头上满足环保、经济、安全、高效的要求，实现氢气的供给。

１、制氢方法的发展趋势

制氢技术处在氢能源快速发展的上游。目前主流的绿色制氢技术主要有电解水制氢、生物制氢、太阳能制氢等。

据中国氢能联盟介绍，中国制氢的长期目标是到２０５０年实现可持续性充分利用可再生能源电解水制氢，大力推广生物制氢和太阳能光解水制氢。

１）电解水制氢

目前主流的制氢方法是煤气化制氢和天然气制氢。从成本费用角度来分析，煤气化制氢成本最少，具有盈利空间，电解水制氢仅占４％，制约电解水制氢技术发展的主要因素是成本高、收益为负；从绿色环保的角度来看，电解水制氢是低碳、可持续的。与目前主流制氢技术相比，它具有可持续性和低污染。它是理论上最理想的制氢技术，符合国家可持续发展的方针。

以后制氢技术的发展主要是受技术实力、经济效益、环境效益等要素的影响。根据国际能源署（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ａｇｅｎｃｙ）的一份新报告，到２０３０年，利用可再生能源生产氢气的成本预计将下降３０％。可再生综合能源的利用正在迅速发展，制氢方法也越来越多，但未来的制氢方式仍是电解水制氢技术，具有广阔的发展前景。到２０５０年，用于可再生能源发电的电解水将成为主流的制氢技术。

２）生物质能制氢技术

生物制氢原料来源广泛无污染，反应环境常温常压，生产成本低，完全颠覆了传统的能源生产工艺。生物质能制氢做为一种环境友好型可再生能源，其产业发展不但对能源的优化运用有积极主动的效果，而且还能减少环境污染。生物制氢技术是一种高效的制氢生物工程技术。整个过程通过细菌的作用，将储存在天然有机物（如蛋白质、植物碳水化合物）中的能量释放出来，产生氢气。

生物制氢的主要途径有光解水、光发酵、暗发酵制氢和光暗偶联发酵。几种生物制氢方法的比较见表１。生物制氢有许多优点。与传统的物理化学方式　相比之下，更节能、可再生、低消耗。这是未来大规模制氢的重要途径。

３）太阳能制氢技术

最近，研究人员正专注于开发利用太阳能和其他可再生能源生产氢气的新技术。目前，太阳能制氢技术的主要实现途径有光化学制氢、光催化制氢、人工光合制氢等。几种太阳能制氢方法的比较如表２所示。

伴随着科学研究的深入，发现热化学制氢技术还可以在阳光照射条件下运用光催化剂降低温度要求，并提出一种热化学循环制氢方法。光催化制氢是在光催化剂作用下分解水而产生的氢气。目前，光催化制氢技术的主要研究工作是提高催化剂的性能，以提高制氢效率。

石墨烯具有超强的力学性能、导电性、导热性和透光性，且价格低廉，产氢效率高。石墨烯的转变为未来低成本制氢提供了巨大的希望。研究后，发现废水中的有机物可以通过自身的电子给体实现太阳能制氢和太阳能去污，这个过程只需要简单地将污水处理与光催化制氢结合，所以这也是一个未来的发展方向。

太阳能制氢技术还处于初步研究阶段。随着大量的投资，技术的发展和进步会越来越快。光催化剂制氢技术的进一步改进和生物制氢效率的进一步提高的希望也会更大，前景非常广阔。

表１生物质制氢技术对比

表２太阳能制氢技术比较

２、氢储运方法的发展趋势

氢气的储运是氢气高效利用的关键，也是影响氢能大规模开发的重要因素。因此，氢储运技术的研究成为研究的重点和难点。目前，主要的储氢方式有多孔材料和金属合金中的固态储氢、高压气体储氢、低温液化储氢等。

目前，氢气的储存和运输主要是气态形式，主要是因为其成本低，操作简单，充放气速度快，但安全风险因素高。低温液氢储存技术发展缓慢，存在难度系数高、液化成本高、能耗高、保温材料成本高等缺点。

固态储氢法具有许多优点，操作方便。它是三种储氢方法中最有前途的一种，也是储氢技术研究的前沿方向之一。在未来，储氢合金有望成为使用过程更方便、成本更低的主要储氢方法。

此外，随着研究的发展，出现了无机物储氢和有机物储氢。无机物储氢是通过与离子型非金属氢化物（如复合金属氢化物ＮａＢＨ４、ＮＨ３ＢＨ４等）之间化学的相互作用来储氢。释放过程与储氢合金原理相似，储存在其中的氢通过加热释放。

有机物储氢是指苯或甲苯等液体与氢反应生成环乙烷。这种氢气的储存和运输方式不依赖于高压和低温的设备。释放过程中的脱氢反应需要催化剂，这也是一种未来备受关注的储氢技术。

３、氢能应用的发展趋势

氢气在提供清洁、安全、可靠、丰富的能源方面具有很大的发展前景，具有广泛的应用前景。作为工业原料，可用于石油炼制、合成氨、甲醇等生产领域，少量可用于钢铁、玻璃、电子、航空等工业领域。

截至２０１８年底，全球ＦＣＥＶ（燃料电池电动汽车）库存达到１１２００辆，当年销量约４０００辆（较２０１７年增长８０％）。预计到２０３０年，燃料电池汽车行业将实现重大发展。预测趋势如图１所示。

图１　２０１８　－　２０３０年部分国家的燃料电池汽车

目前，氢的发展被提升到战略层面，但仍存在成本高、安全、突破、基础设施薄弱等问题，应提前与当地给予为主，优先发展加氢示范基础设施和氢燃料电池等。逐步从地方化走向区域化，为我国产业发展、技术培训和基础设施建设积累经验。

随着可再生能源系统、燃料电池的大规模应用，国内燃料电池汽车生产成本大幅下降，加氢站将有较大增长，我国能源消费结构将以氢气为主体，国家“能源独立”有望完成，氢产业将从区域发展逐步向主要市场延伸，依托国家天然气管网实现氢天然气混输规模化运营，包括氢能输送管网、氢能加气站在内的国家基础设施网络基本形成。氢气作为一种清洁能源，将在越来越多的领域得到应用。

本文编辑于《中国电工技术学报》２０２１年第３期，题为《可再生能源中多能量互补制氢－储运关键技术综述》。作者：李征、张锐等。