在当下致力于追求可持续发展的时期，氢气以其清洁、高效的特性，作为一种能源载体，正逐步被人们所关注。
主要原因是它在能源转型和碳减排方面具有巨大的潜力：
氢气在燃烧或使用过程中只会生成水，不会产生二氧化碳。相比化石燃料，这是一个巨大的环境优势，特别是考虑到全球变暖和空气污染问题。
氢气的能量密度很高，单位质量能量是汽油的三倍。因此，氢气可以用作高效燃料，尤其适合航运、航空等需要高能量密度的应用场景。
氢气可以通过电解水生成，尤其是结合太阳能、风能等可再生能源。这使氢气成为一种重要的储能介质，帮助平衡能源供应与需求，特别是在可再生能源发电波动性大的情况下。
氢气不仅可以用作燃料，还在工业、化工、冶金等领域有广泛用途，如钢铁脱碳、氨气生产等。氢能的推广能够显著减少这些传统行业的碳足迹。
各国政府逐渐认识到氢气在未来能源系统中的潜力，纷纷出台政策支持氢能的发展，比如补贴、技术研发和基础设施建设。再加上投资机构和企业的加速投入，氢能市场规模不断扩大。
工艺：主要通过天然气蒸汽甲烷重整（SMR）或煤炭气化制得。SMR是最常用的工艺，通过天然气与水蒸气反应生成氢气。
成本：约为8-16元/千克。成本较低，因为化石燃料原料较为便宜，且技术成熟。
碳排放：此过程排放大量二氧化碳，是氢气生产中碳足迹最高的一种。
工艺：同样依赖化石燃料（如天然气），但在灰氢的基础上增加碳捕集、利用与封存（CCUS）工艺，以减少碳排放。
成本：约为16-24元/千克。增加的CCUS技术使生产成本略高于灰氢，但仍低于绿氢。
碳排放：显著低于灰氢，由于CCUS的应用，碳排放可减少到原来的30%-50%。
工艺：通过电解水制氢，以可再生能源（如太阳能、风能）为电力来源。常见工艺为质子交换膜（PEM）电解槽和碱性电解槽。
成本：约为24-45元/千克，取决于可再生能源成本、电解效率和设备投资。由于电力是主要成本因素，若电力成本下降或可再生能源普及，绿氢成本也会下降。
碳排放：几乎为零，生产过程没有直接二氧化碳排放，是最清洁的氢气形式。
绿氢是最清洁的氢气来源，但其发展面临诸多挑战，同时也有多种应对措施和发展方向：
挑战：绿氢生产主要依赖电解水工艺，而电解所需的电力成本是生产成本中的最大部分。目前，可再生能源虽然成本在下降，但与化石燃料相比仍有差距，这导致绿氢成本居高不下，通常比灰氢和蓝氢高出数倍。
规模化发展：随着绿氢生产规模的增加，电解槽设备的制造成本和运营成本有望下降，从而实现规模经济。
电解技术改进：开发更高效的电解水技术，如固态氧化物电解（SOE）和改进的质子交换膜（PEM）技术，以提高制氢效率并降低成本。
降低可再生电力成本：通过增加太阳能、风能等可再生能源的装机容量，推进绿电储能和配电技术，以降低绿电价格。
挑战：绿氢依赖于可再生能源，而风能、太阳能发电易受气候条件影响，造成供电不稳定，影响电解水制氢的持续性和效率。
储能系统开发：利用电池或其他储能系统来平衡发电波动，使电解水过程得以稳定运行。
灵活负荷管理：结合需求侧响应技术，调整绿氢生产设备的运行时段，以适应可再生能源发电的波动性。
混合能源供电：将绿氢生产与核电等稳定电力来源结合，或通过多种可再生能源组合，减少单一能源波动的影响。
挑战：绿氢产业需要从生产、储存、运输到分配的全套基础设施支持。目前氢气管道、储罐等设施缺乏，且大规模储氢和长距离运输成本较高。
集中式与分布式发展结合：在有丰富可再生能源的区域集中生产绿氢，或在用氢需求高的区域分布式生产氢气，以减少运输成本。
储氢技术创新：开发更高效的储氢方式，如液态有机氢载体（LOHC）、氨储氢、固态储氢等，提升氢气储存和运输的安全性及经济性。
加速基础设施投资：通过政策激励和政府支持，吸引公共和私人资本投入氢能基础设施建设，构建完善的氢能供应链。
挑战：氢气的生产、运输和应用尚缺乏统一的国际标准和政策支持，不利于氢能市场化发展和跨国合作，尤其是对绿氢的认证及激励机制不足。
政策激励：鼓励政府制定碳税、碳补贴、可再生能源补贴等政策，推动企业投资绿氢生产。
标准化建设：与国际氢能组织合作，推动氢能标准化，明确绿氢的生产和认证标准，为氢能贸易创造条件。
国际合作：加强国际间的氢能政策协调，特别是绿氢的跨国供应链和市场协同，形成全球氢能网络。
大型电解设施：建设大规模电解水制氢设施，通过规模经济降低生产成本。这包括建设数百兆瓦至吉瓦级的电解槽系统，以降低每千克氢气的生产成本。
电解效率提升：提高电解槽的效率，通过先进催化剂、材料改进和优化工艺流程降低电解电耗，减少能源成本。
绿电供应成本下降：随着可再生能源技术的成熟与普及，光伏、风电的发电成本持续下降，这将为绿氢生产提供低成本的电力来源，进一步降低绿氢成本。
本地化生产与消费：在可再生能源丰富或氢气需求高的区域（如沿海地区、工业园区等）建立氢能枢纽，减少运输需求，实现氢气的本地生产和使用。
跨国氢气运输与贸易：打造区域性氢能枢纽，并建立跨国氢气供应链，将绿氢从资源丰富的地区（如中东、澳大利亚）输送到需求较大的市场（如欧洲、日本），推动绿氢的国际贸易。
构建氢能生态系统：结合生产、储存、运输、分配等环节，形成绿色氢能生态圈，以便推动不同领域对绿氢的应用。
高效储运技术：开发并推广液态氢、氨、液态有机氢载体（LOHC）等先进储运技术，以便大规模、长距离运输，降低运输成本。
高压氢储存和管道运输：升级储氢罐、输氢管道等设施，提高储运系统的效率和安全性，支持跨国长途输送，并解决现有基础设施不足的问题。
工业脱碳：推进绿氢在钢铁、化工、水泥等高耗能、高排放行业的应用，替代传统的化石燃料，帮助这些行业实现脱碳。
交通运输：在重型卡车、长途客运、船舶和航空领域推广燃料电池技术，开发绿氢作为高效的交通燃料。特别是在电池无法高效应用的领域，绿氢具有较高优势。
电力储能与电网稳定：在风能、太阳能发电充足但需求不足时，通过电解水制氢储能，将绿氢作为一种长周期、季节性储能方式，帮助电网平衡波动的可再生能源供电。
政府支持和激励：出台税收减免、补贴、碳信用交易等政策激励，加速绿氢技术的市场推广。通过碳税、绿色认证、绿氢采购激励等政策，降低绿氢使用的门槛。
碳中和目标驱动：随着各国逐渐明确碳中和目标，推动氢能成为长期清洁能源方案之一。碳排放量减少、碳价格上升将逐步增加对绿氢的需求。
国际标准化和合作：制定绿氢的国际标准，统一制氢认证和绿色标签，并推动国际合作和知识共享，促进氢能技术和应用的全球协调发展。
电解槽技术进步：大力投资质子交换膜（PEM）、碱性电解槽、固态氧化物电解槽（SOEC）等先进技术，推动其效率提升和成本降低，以适应不同的绿氢应用需求。
催化剂与材料创新：开发高效、低成本的催化剂，减少电解槽使用贵金属（如铂、铱）的依赖，提高电解效率。
智能管理与数字化：通过大数据、物联网和人工智能优化绿氢生产和管理，使绿氢生产与可再生电力供给更加高效地结合，降低生产的能源消耗。
未来，随着技术的不断发展，制氢技术将朝着更加绿色、高效、低成本的方向发展。总之，制氢技术作为清洁能源领域的重要组成部分，具有巨大的发展潜力。让我们共同期待制氢技术的不断创兴和进步，为实现可持续发展的未来贡献力量。
撰稿：天际氢能电解槽设计工程师 邬伟
图片来源于网络
原文始发于微信公众号（Hydrizon 天际氢能）：氢·科普 | 探索制氢之路：开启清洁能源新时代
