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氢能是一种清洁高效的二次能源；发展氢能技术对于构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系，保障国家能源安全，改善大气环境质量，促进能源产业升级具有重要意义。作为能源，氢具有2个明显的优势：
1、高能量密度——氢单位质量的热值约为煤的4倍、汽油的3.1倍、天然气的2.6倍；
2、可存储，可实现灵活的时间转移或地域转移，来源多样，零终端排，应用领域广泛。
随着全球气候压力的增加和能源转型的加速，氢能将对各国实现碳中和目标发挥重大的积极作用。中国、美国、日本、韩国、欧盟等世界主要发达国家和地区高度重视氢能发展，许多国家和地区将氢能提升到能源战略的高度。为响应拜登提出的气候变化目标，美国能源部启动实施能源研究计划，大力发展氢能作为推动全球能源转型和应对气候变化的可行技术。根据国际氢能委员会的测算，到2050年，氢能在全球所有能源消费中的比重将提高到18%，氢经济的市场规模将达到2.5万亿美元。
美国是世界上第一个提出氢能发展计划的国家。自1990年以来，美国政府制定了各种政策推动氢能产业发展30多年。从政策评估、商业化前景到方案制定、技术研发、示范推广，始终保持着自己的发展思路。随着全球气候变化压力的加大，美国氢能战略在碳中和目标下发生了新的转变。本文将对美国氢能发展战略的目标、内涵和特点以及新时代美国氢能战略的变化进行详细分析，以期为我国氢能政策的制定提供参考支持。
一、美国氢能发展战略历史分析
美国是世界上最早提出氢能研究和应用的国家。自1990年以来，美国政府颁布了多项促进氢能发展的政策和行动计划。综上所述，美国政府氢能政策的发展分为4个阶段（表1）。
表1美国氢能战略的4个阶段（1990-2030）
从表1可以看出，美国政府已将氢能确定为能源供应方向之一，并进行了31年的氢能技术研发示范，形成了“制氢-氢运输-储氢-用氢”的全技术链能力。为氢能的规模化发展奠定了可靠的科学基础；这也表明，经过多年的探索，美国对氢能未来的应用方向有了比较成熟的认识。
2019年11月，美国燃料电池和氢能源协会（FCHEA）在其《美国氢能经济路线图执行概要报告》中指出，在过去10年，美国能源部每年为氢能提供资金和燃料电池研发支出约1亿-2.8亿美元，尤其是2017年以来，每年投入研发支出约1.5亿美元；美国能源部计划在2020-2022年实现氢能在小型乘用车、叉车、分布式电源、家庭等领域的热电联产、碳捕捉等领域应用；到2030年，预计美国氢经济每年将产生约1400亿美元的收入，并在整个氢价值链中提供70万个工作岗位；到2050年，美国预计每年将创造约7500亿美元的收入和340万个就业岗位，以促进经济增长；同时，到2050，氢能源将占美国能源需求的14%。这反映出推动氢能技术全链条产业化发展，建立新的经济增长点，回馈社会将是美国政府未来推动氢能发展的重点任务。
二、新时代美国氢能战略发展的主要特点
随着全球气候变化极端事件频发，美国政府将在美国氢能技术研发体系日趋完善的前提下，重点关注氢能在实现当地碳中和目标方面应发挥的作用。越来越完美，结果也越来越明显。 2021年 2月，美国政府宣布重返《巴黎协定》谈判，促使美国重新定位氢能在能源结构和全球市场的地位，并在气候目标下进行新的部署。2020年11月12当天，美国能源部在 2002年计划的基础上，发布了最新版《氢能计划发展计划》，提出了氢能研究、开发和示范的总体战略框架。未来10年及更长的时间，并制定了美国到2030年发展氢能的技术经济指标，主要内容包括以下3个方面。
1、制定氢能全链条关键开发技术的技术经济指标，希望通过技术创新，提高技术稳定性和效率，降低成本，实现一批氢能技术的商业化应用否则产品将被加速（表2）。从表2给出的明确技术经济指标来看，美国有望率先在氢能源链的部分技术领域实现商业化发展。
表2 美国《氢能计划发展规划》提出未来10年（2020-2030年）要实现的关键技术经济指标
2、美国加大了对氢能其他技术的设计和研究，希望进一步为美国氢能经济提供更加多元化的选择（表3）。通过可再生能源、化石能源和核能制氢技术的研究，开发多种氢源；通过发展先进的氢能分配技术、储氢介质和储氢设施，满足各种规模的储氢需求；通过进一步开发高性能燃料电池和合成燃料产品等，拓展氢能应用领域。
表3 美国提出的其他氢能技术
3、开展氢能标准研究与制定。为配合氢能技术、装备、材料和制造工艺的产业化，美国计划在标准化制造工艺、质量控制和优化制造设计等方面开展研究。应用安全性、规模化、统一性和质量流程来提供最佳实践经验和实践。
为落实上述《氢能计划发展规划》，美国能源部于2021年6月7日启动了第一个“氢能公关”(Hydrogen Shot)项目，降低可再生能源、核能的价格能源和热能转化生产清洁氢能80% 至1美元/公斤（目前可再生能源制氢价格为5美元/公斤），清洁制氢成本增加5倍产量，进一步提高并减少碳排放。
该计划的项目征集信息主要包括：
1、在制氢、氢源和氢应用基础设施方面，征集可以开展氢能示范项目的理想区域。此类区域应具备可用于清洁制氢和基础设施建设的必要资源，包括但不限于水、可再生能源、核能、天然气或其他废物（如垃圾填埋场、火炬气、废水处理）中获得能源资源。
2、分析氢能示范项目理想领域的现有和潜在用户和案例，如工业、交通、化工制造、电网安全等领域的需求案例。
3、氢能价值链下温室气体等污染物减排潜力研究。
4、分析实施氢能示范项目可能需要的基础科学、基础或应用研究，以及创新的需要，以及所需的系统集成或原型设施。“氢能攻关”计划使美国从生产氢的化石能源（灰氢、蓝氢）转向可再生能源（绿氢）。
三、碳中和目标下美国氢能新政的启示
根据美国总统拜登提出的气候变化目标，美国加快了氢能技术的研究和商业化步伐，从中可以得出5具体启示。
1、使氢能成为与电力相媲美的重要能源形式。
根据美国最新的氢能战略目标，到2030年，氢能产业将创造1400亿美元的收入和70万个就业岗位；到2050年可以贡献16%的美国整个工业二氧化碳减排量，氢能将在美国能源需求占比将达到14%，将成为与电力相媲美的重要终端能源形态。
2、美国在发展氢能技术研发和产业化方面有多重目标，同时更加重视清洁制氢技术的研发和产业化。
经过30年氢能技术全技术链的研发，美国从最初（20世纪90年代）氢能作为储能技术，调整优化美国能源结构，着眼于发展氢燃料电池产业。并发展氢经济，响应碳中和目标，提振经济，加快“制氢-运氢-储氢-用氢”全链条技术商业化，争取全球氢技术领先地位（2020年迄今）等多目标。同时，美国更加重视电解水制氢、可再生能源制氢、核能制氢等绿色清洁制氢技术的研发。上述举措不仅推动了美国全面转型建立清洁能源结构体系，而且使其在全球氢能源链技术和经济发展体系中占据主导地位。
3、重视“制氢-氢运输-储氢-氢利用”全链条技术研发和规模化示范，研究氢能关键核心技术，打通美国氢能关键环节能源产业技术链、产业链、供应链，为美国氢能技术和产业的独立自主奠定坚实的科技基础。
(1) 在制氢方面，设计开发了电解槽制氢技术、化石能源重整、气化和热解制氢技术、核能制氢技术、生物质和废氢制氢技术、混合制氢技术、可再生能源能源制氢技术等。例如，2020年美国能源部已经启动了兆瓦和吉瓦级电解槽设备的开发。
（2）在氢运输方面，发展了氢配送和运输系统，包括液化和化学储氢技术，并建设了氢运输基础设施。
（3）在储氢方面，发展储氢系统、储氢设施、储氢介质等，包括研究和提供应急供应和地质储氢方案。
（4）在氢的利用方面，以氢为原料进行转化的技术、氢燃料电池技术的发展、高浓度氢涡轮系统等。
4、将经济指标和技术指标结合作为技术创新的评价指标，实质上是加快本地氢能的商业化应用，获得美国在全球氢能技术和市场上的先发优势。
从1990年美国制定氢能政策开始，美国政府通过深入调研和论证，确定了氢能技术研发的全链条方向，研究氢能在工业、住宅、运输等方面的技术可行性，并把应用重心放在氢能燃料电池在交通运输领域应用上。然而，随着全球气候压力加大，特别是2021年初美国新政府的成立，美国加紧并加快了应对气候目标、推动氢能应用、建立氢能经济体系氢能发展的紧迫性。
5、重视氢能相关新材料、新技术的研发，希望推动氢能关键装备技术转型升级。
美国在制定氢能发展规划和部署研究项目时，充分秉持“材料是促进一切科技变革的基石”的理念。2014年以来，美国能源部开始在制氢技术环节部署多项新材料。研发项目主要包括燃料电池离子交换膜的开发、电解槽新型涂层材料的开发、各种催化剂材料的开发等。有望提高制氢技术的稳定性和耐久性。2020美国能源部还将投入高达3200万美元的开发资金，用于碳纤维等新型高强度储氢材料的研究。
四、我国氢能发展现状
1、技术层面
我国在氢能基础研究方面持续投入，但起步较晚，积累较少。过去20年，在科技部、中科院等相关项目的资助下，我国在氢能领域取得了一些引领世界的重要成果。
尤为突出的是中科院大连化学物理研究所李灿院士团队开发的人工光合太阳能燃料技术，提出利用太阳能等可再生能源生产“绿色”氢能，二氧化碳加氢成甲醇和其他液体。燃料“液体阳光”合成的技术路线。2020年1月，该技术示范项目成功试运行，预示着这一世界领先的研发技术或将在我国碳中和进程中发挥重要作用。
在太阳能微藻制氢领域，中国科学院植物研究所黄芳研究员团队开发了太阳能光生物转化制氢创新技术，用于生产“绿藻制氢”。该技术采用自主研发的微藻光合制氢领域产氢量最高的微藻材料，建立了基于微藻光合作用-制氢的实验室规模“绿藻氢”种质创造——氢气收集与储存——完整的技术氢燃料电池应用系统，为进一步研发实现国家碳中和目标奠定了重要基础。
2、政策层面
2019年，国家发改委发布《产业结构调整指导目录》，鼓励发展高效制氢/氢气运输和高密度储氢技术开发应用，以及装备制造、加氢站、和新能源汽车的关键零部件。2021年科技部下达“氢能技术重点专项”，支持氢能绿色生产与规模转移系统、氢能安全储存与快速输配电系统的研发，以及氢能便捷升级和高效电力系统技术研发。
2019年广东、山西等10个省将发展氢能列入政府工作报告。北京、上海、苏州、佛山、嘉兴等超过17个省份的22个城市发布了地方氢能产业发展规划或行动计划。在产值规划、加氢站建设、示范车辆推广、企业扶持等方面进行了较为细致的规划，通过人才、资金和示范运营多措并举，加快布局氢能源和燃料电池产业。
3、战略层面
我国氢能技术研发与应用存在缺乏统一规划、关键核心技术未突破、总成本过高、技术专利壁垒严重等问题。迫切需要打破相关技术壁垒，提高产品质量和技术进步问题，以增强我国氢能及相关应用链的国际战略优势。与美国蓝氢、绿氢等氢能技术路线相比，我国急需研究判断蓝氢与绿氢技术路线的关系，以及氢电作为终端能源的互补性。
4、技术难点
与美国的蓝氢、绿氢等氢能技术路线相比，我国蓝氢和绿氢的成本和未来下降潜力有很大不同。
例如，我国规模意义上的“光伏+电解”制氢全链条能量转换效率仅为15%左右，相应的成本为12-18美元/公斤，接近天然气重整制氢成本的10倍。除了需要提高制氢效率和降低成本外，氢气的储运也存在一些技术问题，储氢方法可分为物理储氢（包括高压气态储氢、低温液氢技术、吸附储氢等）和化学储氢（利用储氢介质与氢气反应生成稳定化合物，再通过改变条件实现放氢的技术，主要包括有机液体储氢、液氨储氢、配位氢化物储氢、无机物储氢和甲醇储氢等）。
国内物理储氢技术发展相对落后。以高压气态储氢为例，储罐关键材料仍依赖进口，储氢能力较低。与物理储氢相比，化学储氢具有能量密度高、相对安全的特点。未来有望取代物理储氢成为主流技术。但大部分化学储氢技术仍处于研发阶段，成本较高。
5、对我国氢能发展的思考和建议
综上所述，与美国的氢能战略相比，我国氢能发展存在研发创新不足、成果共享和资源整合不足、人才和交流合作不足、标准和知识产权保护不足等问题。建议国际国内需求从供给方面系统研究我国氢能发展规划，多角度提升我国氢能技术和产业的国际竞争力，防止氢能成为下一个“卡脖子”技术。在3个方面提出具体建议。
1、加强顶层设计，集中国家优势力量，开展氢能关键技术、新技术路线和应用的创新研究，从核心技术突破市场封锁。
氢能已被视为未来的主要能源，而制氢是氢能产业发展的基础。如何高效、清洁的制氢对氢能的发展具有重要意义。因此，研究和获得高效、低成本、规模化的制氢方法是氢能产业发展的前提和基础。从国际经验来看，建议加大绿色氢的研发力度，尤其是可再生能源制氢技术及相关制氢、储氢和输氢材料的研发。加强氢能储存与氢能应用技术、氢能应用成套设备研究，从技术链、产业链、供应链等多维度开展氢能应用技术研究，特别是关键技术、核心技术上的攻关，开发具有自主产权的核心技术和关键技术。
2、开展氢能源技术链、产业链、供应链专利壁垒和竞争体系研究，提出知识产权保护战略，提升国际竞争力。
解决氢能市场发展中的技术专利壁垒和知识产权问题，需要密切关注国内外氢能技术专利的发展，对国内外氢能技术专利进行深入研究和分析；建立有效促进氢能产业发展的氢能技术专利发展路径，为氢能技术专利壁垒研究和相关政策方案出台提供参考建议，真正提升氢能产业在中国的国际竞争力。由于氢能产业技术复杂多样，产业交织融合，专利保护缺乏针对性指导，需要从全球视野全面考察氢能产业的技术链和发展，探索氢能领域关键技术分布、关键技术研发动态、最新技术发展趋势，识别潜在应用技术和专利空白技术。
3、重视国际合作，与国际组织等国家建立全链条多边合作关系，积极参与国际规则和国际标准的制定，为我国氢能技术进入国际市场做准备。
以“一带一路”倡议为起点，与周边友好国家和“一带一路”友好国家在氢能全技术链的产学研利用方面开展合作，不仅可以建立氢能联盟，还可以摸清并开发氢能国际市场。同时，在国际标准化组织、国际电工组织等相关国际组织，申请成立氢能标准下属部门或工作组，开展相关国际规则和标准的制定工作，努力争取国际话语权，为氢能相关技术和产品进入国际市场扫清障碍。
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