氢能源未来的发展方向
一、技术
1、制氢环节
我国氢气的来源
随着工业副产氢气产量的增加，对氢气的需求将不断增加。一是天然气制氢；二是可再生能源发电制氢；三是通过工业副产氢制得。
对于未来氢能源市场发展，需要重点关注氢能成本问题。
2、燃料电池的技术路线
由于氢气和氧气的化学性质十分相似，因此利用不同性质的气体来发电、制取氢气作为燃料是可行的，同时将现有氢能制备技术中可再生能源发电制氢与氢气在燃料电池中使用相结合也会形成新的燃料电池技术。
3、加氢站建设情况和政策支持
由于氢能源在我国能源体系中尚未被完全纳入其中，因此对于加氢站建设及运行政策都需要进一步完善与落实。同时对加氢基础设施建设需要持续加大投入，鼓励民间资本进入这一领域。
4、氢能产业链及产业发展情况
在氢能产业方面，氢能产业主要由氢气制备、储运、加注等环节组成，其产业链的上游为氢能基础设施，中游为燃料电池和燃料汽车，下游为应用市场。
根据国家能源局数据显示：2020年全国氢能生产总量为96万吨（不含天然气），其中电解水制氢总量为32万吨（不含天然气），占总产量的91.7%；此外根据国家能源局数据显示，2020年全国共投运加氢站1026座。
目前我国已建成并投运的加氢站数量已达到613座/年（不包括天然气），其中主要分布在北京、上海、广州以及山东、广东、江苏等地。
从市场规模来看，我国氢能市场规模逐年增长，2020年行业市场规模约526亿元；在氢能产业应用方面，燃料电池汽车推广数量快速增长。
燃料电池电动汽车根据中国汽车工业协会数据显示：2020年中国燃料电池汽车累计销量为1366辆（不含乘用车）。
其中：乘用车共销售1409辆；商用车共销售491辆（不含乘用车）；专用车共销售733辆（含乘用车）。
此外据中国交通新闻网的报道称：2020年全年氢燃料电池汽车的推广数量达到了1260台/年（不含乘用车）。
氢能在发电领域具有成本优势，未来应用场景将不断拓宽。未来我国氢能源将向燃料电池汽车应用领域发展，并逐步向交通运输领域拓展。
随着氢能政策的持续推进与完善，我国氢气供应能力也将得到大幅提升。
同时随着氢能技术的成熟和成本下降，氢能产业发展进入快车道。
据中国氢能联盟统计数据显示：截至2021年底，加氢站超过了2000座，其中大型工业用加氢站占比较大；燃料电池汽车在我国应用已经进入快速发展阶段。
4、终端应用
氢能作为一种清洁能源，可广泛应用于交通运输、工业、农业等领域，并在氢燃料电池汽车领域中发挥着越来越重要的作用。
氢燃料电池汽车是氢能在汽车行业中应用的主要形式，主要包括氢燃料电池轿车、客车和卡车以及重型货车。根据动力形式的不同，可分为纯电动汽车（EV）和插电式混合动力汽车（PHEV）；从动力来源看，包括汽油和柴油发动机。
由于纯电动汽车技术路线较成熟，在我国市场上占有主导地位；插电式混合动力和纯电动汽车也处于市场普及阶段，因此两者合计占据我国氢燃料电池市场份额的95%以上。
乘用车是氢燃料电池在汽车领域最主要的应用形式。
客车：作为氢燃料电池车辆最早的应用之一，在乘用车领域占有重要地位。
重型卡车：是氢燃料电池在卡车上最大的应用形式；另外还包括工程机械、农业机械等领域的应用。
港口机械：在港船领域主要有大型自卸卡车以及中小型自卸货车为主；在重型车辆上主要是重卡和港口机械；还有部分小型物流车。
化工与石化：目前我国甲醇汽油等传统石化化工燃料的消费量已经超过氢能需求量的50%，而氢气的供给缺口正在逐年增加。
其他行业：随着可再生能源和氢能技术不断进步，氢燃料电池也逐渐由研发阶段进入了商业运营阶段。
从技术层面来看，我国已具备了大规模产业化发展所需要的生产条件与关键技术；同时也具备了规模化生产和示范运行所需要的相关配套设施并形成产业示范应用；具备了一定数量规模运行所需要的技术基础条件；此外，相关政策与法律法规已经具备建立实施的条件。
从需求端来看：国家对氢能源发展非常重视，出台一系列政策支持产业发展，鼓励地方政府在规划建设新能源汽车、氢燃料电池等汽车产业基地及加氢站中给予一定支持；还积极推动氢能产业发展相关标准制定和试点示范活动，并推动氢能产业技术研发、创新应用等方面取得了一定成绩；部分地区还鼓励加氢站建设等方面工作。
5、氢能产业链
产业链的上游主要是制氢环节，包括：原料、储氢、运氢等。
制氢：将氢气通过催化剂分解成氢和氧。催化剂有固态、液态、气态三种。
固态制氢，是将氢气与二氧化碳或者其他惰性气体（如氧）反应，产生水和二氧化碳。目前的主流是用有机硅材料作为催化剂。
液态制氢，包括高压气态和低压气态两种方式，通过液体流动或压缩的方式来获得氢气。
液态制氢，需要用到液态金属的液氢设备与液体燃料的储氢罐；低压气态的制氢炉可以是简单的高压气罐，但是储氢罐需要专门设计，也有一定难度。
运输：液氮运输可以保证安全，但是效率较低；液氢设备不能保证高效率和稳定性；液氮运输对管道有严格要求，目前国内还没有实现商业化。
氢气是一种密度大、黏度低、易挥发、高反应活性的气体燃料；氢气主要用于工业生产或化工合成过程中作为还原剂使用；燃料电池汽车主要是作为一种能量载体用于长距离运输的燃
料使用；质子交换膜电解生产的可再生氢能主要用作发电设备或者燃料电池汽车供能。
产业链中最重要的就是制氢和储运环节：（1）将氢气通过催化剂分解成氢氧化合物与水（2）储存于氢系统中并进行储存与使用2）将氢氧化合物或水分解成氧气和H2并输送至燃料电池汽车或其他发电设备进行使用3）氢气通过高压气瓶从系统中进入氢能运输设备或其他应用，氢气在运输过程中不发生变化，可以直接将水与氢气分离（4）运输过程中氢气纯度可以达到99.995%以上，可以直接将氢气作为二次能源（5）储氢、输氢环节均会采用先进工艺技术，安全、高效
目前国内在制氢工艺主要是：
（NaF）制氢工艺
光气分解
高压水合和电石反应制氢
有机硅催化技术
液态制氢技术
高温高压下甲醇制氢
电解制氢
固态催化、液态有机硅催化
甲醇水合，电石加氢/电石加氢等各种工艺路线。
从成本角度考虑，选择哪个工艺路线取决于你的成本。
在生产规模方面，目前国内氢气产能为100万吨/年以下，而下游的汽车市场对于氢气需求是很大的，如果采用大规模工业化生产的方式将会有巨大成本优势。
同时随着燃料电池汽车需求进一步扩大，可再生氢能也迎来了广阔的市场空间。
6、产业布局及发展趋势
未来氢能产业将向“三区一中心”（京津冀、长三角、粤港澳大湾区和成渝）和“两带”（沿海经
济带、新能源汽车及零部件产业创新发展走廊）集聚。
到2025年，氢能产业链将形成“制氢——燃料电池生产”一体化的产业布局。
重点区域为京津冀、长三角两地，包括北京、天津和上海两大直辖市，以及河北省保定市；
主要分布在河北（石家庄-保定除外）、山西、山东（济南-潍坊和青岛）、江苏（南京、常州和无锡）；
到2025年，国内将建成30座加氢站。
氢能产业投资方面，2019年上半年氢燃料电池车销量同比增长106%。
根据中汽协数据显示，2021年我国氢燃料电池汽车销量达到了1763辆，其中商用车538辆；氢燃料电池乘用车415辆。
在加氢站方面，目前我国主要是以大型加氢站为主，如北京、上海有11座。
而在加氢基础设施方面，目前主要是以公共加氢站为主，但其数量还是不够多。
到2025年中国氢能产业将迎来关键发展期。
根据国家发改委的相关规划：到2030年全国可再生能源制氢规模达到4200万吨标煤；2025年可再生能源制氢规模达到4000万吨标煤；2030年全国氢燃料电池汽车保有量达到100万辆以上；2030年氢能产业链上下游产值将达到1万亿元人民币。
我国氢能产业链也正在逐步完善中。
2、运输环节
目前，氢气的主要来源为工业副产氢。由于氢资源有限，工业氢气的使用受到严格限制。但是随着新能源汽车在全球范围内迅速普及，氢能在运输环节的应用前景十分广阔。
氢能具有可再生性、清洁和无污染等特点，是一种理想的新能源燃料。氢气不会被消耗也不会造成污染，只有水蒸气能在空气中发生反应和转化为氧气。
相比于传统化石燃料，清洁氢气的生产成本更低、使用成本也会更低。目前国内正加快发展先进氢能技术，打造氢能源产业链条以及探索氢能与燃料电池汽车应用，促进氢能在交通领域应用。
目前我国氢气来源广泛主要包括天然气、煤炭和石油等化石燃料（如煤电、油运）以及可再生能源（如太阳能）等能源系统的副产品（例如制氢）这三种形式。
目前国内氢气供给主要依靠天然气和石油管道供应以及核电供给等方式，这就造成了一定程度的“富氢穷油”现象，并且由于受国家政策的限制，我国现有产能无法满足日益增长的氢能需求。
未来氢气资源多元化主要包括：
1.天然气；2.可再生能源；3.煤炭
随着全球石油资源日趋紧张和对石油需求日益增长，氢能产业正迎来巨大前景。
我国已初步形成了氢能产业链，在制氢、储存、运输以及应用等方面都取得了一定的成果，但是氢能在我国能源体系中尚未被完全纳入其中。因此在我国，氢能源与天然气和石油一样是一种可再生能源，其经济性和稳定性具有较大优势。氢能源将成为能源转型的重要组成部分。
未来氢能源的发展方向：从现在到2040年，中国计划大力发展氢能产业，并将其作为低碳转型的关键手段之一。
目前中国是世界上最大的氢能生产国和消费国，而美国是世界上最大的氢能生产国也是最大的消费市场。
1、产业现状
2、产业链环节
3、储存环节
氢能制氢以煤炭为原料，在氢气制备环节存在大量的碳排放，因此储存环节成为目前最大的难点。
目前我国的技术路线是：采用煤转化为甲醇，然后制氢；或者煤直接制氢，氢气提纯。
由于氢是一种密度极低的气体，因此需要很大数量的储氢罐来实现储运。
目前储氢罐基本都采用金属材料，但其使用寿命一般只有10-15年。且金属储氢罐的成本较高。
为了解决储氢罐成本较高的问题，许多国家都在探索使用低密度的材料制成储氢容器。
美国有研究人员采用新型塑料，其密度仅为金属铝和镁的一半。
国内也有部分科研团队在研究开发具有低密度特点、成本低廉的金属储氢罐材料。
此外，还有一些小规模团队研究低密度金属基容器以实现“氢”的存储、运输和储存。
这些团队采用不同方法解决了相关问题并已经有一定的技术积累。
随着技术创新以及对市场趋势判断的更加准确，未来燃料电池电动汽车和氢能将会迎来大规模快速发展。