氢能的发展机遇与面临的挑战

刘波,曹辉

河南豫氢装备有限公司 河南省新乡市 453000

摘要：随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，人们对氢能的了解越来越多。因此，氢能作为最具发展潜力的二次清洁能源之一，将在保障能源安全、调整能源结构、促进碳减排等诸多领域中发挥重要作用。此外，氢能将带动上下游产业的发展，形成新的经济增长引擎，助力我国经济高质量发展。但现阶段我国氢能产业的发展机遇与挑战并存，如何扩大优势、补齐短板，促进我国氢能产业长效发展成为关键问题。

关键词：氢能；发展机遇；挑战

引言

随着对于环境保护的重视，发展绿色能源已经成为各个国家的战略目标。氢能源作为新型的二次能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能源因其清洁性、便捷性、高热量、无污染等特点，被广泛应用到各个领域，如交通、航天、发电、通讯等行业。

1氢能的特点

氢元素处于元素周期表的第一位，其原子质量是最小的，早期就有采用氢气制作成热气球，作为运输的工具。此外，氢能具有的特性有：（1）氢气具有良好的导热性能。在所有气体中，氢气的导热性最好，1个大气压下（0℃）时，氢气的导热系数为0.1289W/（m•K），比大多数气体的导热系数均高出10倍左右，在能源工业中氢是传热载体，比如在发电机的冷却中采用氢气进行冷却。（2）理想的发热值。每千克氢燃烧后能放出142.35千焦的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。（3）自然界存在最普遍的元素。氢原子构成了宇宙质量的75%，氢多以化合物的形式存在于水中。在地球上，海洋占到地球的3/4，地球上水最为广泛。（4）无毒。氢是无色、无味的氢气，氢燃烧后的产物是水，没有造成环境污染的硫氧化物、氮氧化物和粉尘颗粒以及温室气体如：二氧化碳，碳氢化合物等。（5）作为多种形态存在以满足运输需要。氢能重量较轻，因此从运输成本及社会总效益考虑，氢能的运输优于其他能源。氢常温下为气态，低温高压下为液态，或与金属可化和为固态金属氢化物，这三种形态可作为不同的贮运方式的需要。（6）耗损少。氢能可通过燃料电池转化为电能，或者采用管道输氢，这样就可取消远距离高压输电，即提高安全性，又降低能源无效损耗。（7）减少温室效应。氢能的应用可减少温室气体的排放，最大限度地减弱温室效应，与我国目前的“双碳”目标相符合。

2我国氢能源发展的主要问题

氢能源开发利用过程中，主要有两类问题，第一，氢能源的制造过程，目前制氢主要是利用存量有限的化工能源，这种方式制氢不但污染环境，能耗高，制氢效率低。所以研发出成本较低的制氢方法是我国氢能源开发的主要问题。第二，氢能源的存储和运输问题，目前我国氢能源的存储和运输方法危险系数较高，氢能源相比气态、液态燃料危险性更好，因其极易暴露，易燃烧，如何安全生产氢能源，也是我国主要面临的问题。当前，在氢能源产业链的部分环节，我国已经取得了阶段性的成果。氢能源作为一种新型清洁能源，后期能否大规模的投入使用，一是需要在技术阶段有所进步，二是需要在氢能源的存储、运输、应用场景上要充分考量。我国在氢能源燃料电池的开发商，目前关于催化剂、质子交换膜还停留在样品阶段，氢能源燃料电池的产业链规模还不完善，运输成本较高，还不能投入商业生产。我国氢能源生产的主要问题;第一，燃料电池系统的可靠性、稳定性有待提高，燃料汽车电池的使用寿命有待提高；第二，燃料电池环境适应能力较差，低温启动问题还没有进一步解决；第三，所有催化剂、电解质膜等开发技术还有待突破；第四，制氢系统的核心零件目前主要是靠进口，开发成本较高。

3我国氢能产业发展对策建议

坚持战略引领，完善氢能产业规划布局。强化氢能产业链顶层设计，坚持绿氢原则，重点围绕氢能交通、绿氢化工，依托国有企业在绿色高纯氢制备、加氢站、氢气储运、氢燃料电池等领域超前布局，推动技术与市场、供应与需求“齐步走”。通过政府补贴引导社会资本投资，强化氢能的能源属性，将氢能列入国家绿色基金及投资管理体系，明确财政、税收等多方面政策支持标准和支持时限，建立相应的资金和担保机制，积极引导社会资本投资，促进国有大型能源企业向以氢能为代表的新能源业务转型、支持中小民营企业进入氢能及燃料电池细分市场，借助政府补贴措施加快氢能基础设施建设。统筹产业链各环节、各地区氢能规划。以推动我国早日实现“双碳”目标为导向，制定氢能产业的整体目标和配套宏观政策，将氢能发展任务分解到各地区，作为约束性指标落实各级政府的目标责任制，推动国家整体目标实现。建立健全管理组织机构，完善氢能标准体系。建立健全氢能管理组织结构。明确氢气生产、储运、应用等环节的归口管理部门和相应的管理章程、法规体系，筹建专门的管理部门，如氢能协调中心等，协调各部委工作，监测并评估氢能产业进展，定期对政策措施进行动态调整。建立氢能规范标准、检测标准和安全保障体系。统筹建立健全氢泄漏与扩散燃烧、材料与氢的相容性、储氢系统及氢监测等在内的氢安全基础研究体系，为建设氢能标准体系夯实基础；完善氢能全产业链通用规范标准建设，建立健全检测、计量、保险及售后保障在内的产品和技术标准体系；加强标准制定过程中产学研用衔接和跨领域标准制定的协同，形成一体化标准体系。合理配套、适度超前推动加氢站等基础设施建设。明确加氢站等基础设施的重点布局。加氢站等氢能产业基础设施建设工作应由点及面，优先在氢能产业发展较快、产业基础较好、应用场景较为成熟的区域重点布局，发挥珠三角、长三角、京津冀等氢能利用重点城市群对周边地区的带动作用，最终实现全国范围的推广应用。以专用车辆带动公用和民用需求。在近期发展规划中应重点关注氢动力的港口货运车辆、城市公交和环卫等专用车辆，在加氢站规划中充分考虑和照顾专用车辆的加氢需求，并在后续发展中积极推动氢能利用从专用向公用、民用等领域延伸，规模推动基础设施建设。重视氢能人才培养，打通科技型和应用型人才发展通道。考虑在本科及以上培养层次中新增氢能相关学科专业，塑造科技型人才的全产业链整体思维，开展深层次基础理论及应用技术研究；在氢能技术和软科学方面进一步强化学科的交叉融合，将氢能与新能源、电化学、新材料、经济学等学科相结合，拓展人才培养广度；职业教育方面，完善专业设置审批和办学检查，提高操作和技术水平，扩大氢能应用型人才储备。积极引导氢能相关高校与领域内高水平领军企业合作，充分发挥各自优势，设立人才联合培养基地；打通人才上升通道，创造和提供科技型人才和操作型人才的充分就业机会，提高社会对氢能专业人才的认可度和接受度。

结语

目前世界各国都面临着能源危机，加快新能源的开发与生产是每个国家的发展目标。利用生物制氢是解决能源紧缺的主要方式，不断可以降低对环境的污染，还可以实现废物再利用。随着能源需求量的不断增加，氢能需求也不断增加，如何快速制氢是现在主要的研究方向，想要实现规模化产氢，我国在这方面还要继续研究。

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