谈论起氢能源，相信现在很多人的想法就是这技术难度太大，成本高，不像风、光、储、电这么火热。

但是在老乾看来目前氢能源走势，跟十年前的光伏甚是相像。一开始搞光伏的时候很多人都不相信，面对技术困难，正常的人都是会逃避觉得困难，但是我国人们从不妥协靠着一代代光伏人的拼搏奋斗，不断攻克技术难题，最终让中国的光伏产业，成为全球王者。

一、氢能产业

人类对氢能的研究已有几百年的历史。如今，随着“氢能”主题越来越成为国际社会主流能源对话的重要内容，氢能产业形成了上游制氢、中游储运氢和下游应用日趋完善的产业链。

制氢产业作为氢能产业的上游产业，是保障氢能产业链良好运行的基础。中国具有丰富的制氢产业经验，经过多年的工业积累和发展，中国氢气年产量已超过千万吨规模，成为世界上最大的氢能生产国。2019年，中国产氢量约2200万吨，约占世界产氢量的三分之一。

从全球来看，天然气是目前制氢的主要来源，全球每年约产氢7000万吨，天然气制氢约占四分之一。而就中国来看，由于煤炭在中国能源中占主导地位，煤制氢技术的产氢量在氢气产能结构中的比重最高。目前中国制氢规模在不断扩张，产氢量同比增速快，而氢能供给主要依赖化石能源，氢能的清洁经济供给任重道远。

二、制氢产业技术

氢作为二次能源，不可直接获取，但可以通过一系列能源和技术来生产。目前制氢的技术多种多样，且各有特点。那么都有哪些制氢方法呢？

热化学方法：用热量破坏现成化合物中的键能，使其重组为氢分子。热化学方法是应用最广泛的制氢方法。目前全世界96%~97%的氢气由化石能源的热化学方法制造。

电化学方法：用电能破坏现成化合物中的键能，使其重组为氢分子。由于电的来源广泛，电解水制氢纯度高，对生成氢气的净化要求低。

等离子体法：用电能将现成化合物制成等离子体、破坏其原有的键能，使其重组为氢分子。使含氢化合物形成等离子体，以提高产氢量。

生物法：通过光合作用，在太阳光的参与下，将空气中的CO2变成含氢的生物；或通过细菌的作用将水分解为氢和氧。反应温和、对环境没有影响，大自然的重要循环。

光化学法：通过光的作用，在催化剂的作用下，将水变成氢和氧。反应温和、对环境没有影响，离产业化有距离。

制氢技术的另一种分类方法是根据制氢原料分类，主要可以分为三种制氢路径：一是以煤、石油、天然气为主的化石能源直接制氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气和醇类为代表的工业副产品制氢；三是电解水制氢，电作为能源载体，其生产方式可来自化石能源和可再生能源等。

而生物质直接制氢和太阳能光催化分解水制氢等技术路线仍处于实验和开发阶段，产收率有待进一步提升，尚未达到工业规模制氢要求。

1.化石能源重整制氢

我国是煤炭资源十分丰富的国家，煤制氢技术的发展非常迅速，是目前我国最主要的制氢技术之一。

煤制氢技术主要指煤的气化制氢，在高温、高压或者加压下，与气化剂反应，转化为气体产物。煤制氢技术路线成熟高效，可大规模稳定制备，是当前成本最低的制氢方式。天然气制氢很早就发展成为工业中主流的氢气制备技术，在国外许多国家的制氢技术中占据主导地位。

天然气的主要成分为甲烷（CH4），是各类化合物中氢原子质量占比最大的化合物，同时由于化学结构稳定，主要通过水蒸气、氧气与甲烷反应，先生成合成气，再经过化学转化与分离制取氢气。

2.工业副产品制氢

工业副产品制氢主要指焦炉煤气、氯碱尾气、烷烃脱氢、甲醇、合成氨等工业副产氢气。

煤在隔绝空气的条件下高温焦化制取焦炭后的副产叫焦炉煤气，其中含有55%~60%的H2，可通过高温高压提纯制氢。焦炉煤气制氢装置具有自动化程度高，操作简单，节能降耗的优点，但是也存在易产生废气，清洁度较低的缺点。

氯碱行业在烧碱生产的过程中析出混有氢气的阴极气体。氯碱工业副产物氢气，依次除去氯、硫、氧，然后经变压吸附提纯制得高纯度氢气。氯碱副产制氢具有氢气提纯难度小、耗能低、自动化程度高以及无污染的特点。

丙烯是重要的化工原料，而丙烷脱氢制丙烯的生产过程中将释放副产氢气，同理还有乙烷高温裂解脱氢制乙烯会得到副产氢气。烷烃脱氢副产品中氢气含量高，杂质少。

国外的甲醇中95%由天然气生产，在中国由于“多煤、缺油、少气”的资源禀赋特点，甲醇的生产主要来自于煤基甲醇和由天然气制取的甲醇。

甲醇是传统的化工行业，目前甲醇主要通过一氧化碳、二氧化碳的加压催化氢化法来合成制取。本质上，甲醇生产的直接原料是氢气、一氧化碳和二氧化碳。在甲醇合成生产过程中未参与反应的氢气会被排出。

合成氨的生产原料多为煤、天然气、重油等化石原料。合成氨同甲醇生产过程相似，都是以氢气为直接原料。且在驰放气中有大量未完全反应的原料气。

3.电解水制氢

目前主流的电解水制氢技术主要有三种，分别为碱性水电解槽（AE）、质子交换膜水电解槽（PEM）和固体氧化物水电解槽（SOE）。其中碱性水电解制氢技术最成熟，应用最为广泛。

综上所述，通过对制氢技术的梳理，分别从能源技术、经济和环境三个角度综合总结对比我国制氢技术的发展特征：煤制氢，富煤、工艺成熟，能耗、水耗高、生产成本低、污染严重，温室气体排放量大。

天然气制氢，少气；产量高、水耗较煤制氢技术低原料价格高、制取成本高温室气体排放较煤制氢技术低。

石油制氢，缺油、产量高，原料价格高，制取成本高，温室气体排放较煤制，氢技术低。工业副产品制氢，工业副产资源丰富；节能降耗投资成本低、制取成本低，温室气体排放低。电解制氢，产品纯度高，产氢速率低，费用高，清洁低碳。

三、大规模绿氢制备尚在探索

“以绿色低碳为前提，明确鼓励的是绿氢。” 景春梅说。

而最根本的限制条件来自于制备阶段的效率和经济性。

绿氢制备目前仅占全部氢气制造量的3-4% ，主要依赖于大规模风能和太阳能发电，然后通过电解水生产氢气。该方式较为成熟，但也有着能源转换率较低、能耗较大等突出问题。因此，针对绿氢制备，学界也在探索生物制氢、电催化、光催化等多种途径。

尤其在中国，很多绿氢独创性成果案例是基于其他反应副产物产氢而获得研发灵感的，比如污水处理，在废弃资源再利用的同时推动绿色制氢研究。

早期氢气往往是作为很多反应的副产物，最后被燃烧释放，并没有得到妥善的资源化利用。1990年，哈尔滨工业大学教授任南琪发现了特定细菌在有机废水处理中可以产生氢气的现象。注意到这一细节之后，他将原目标 “处理有机废水” 转为 “产氢”，变废为宝。并进行了工业化生产，建立了世界上第一条发酵法生物制氢生产线 [15]。该方法兼顾低排放、资源利用和废水处理，且氢气制备成本压在了每立方米1.4元以内，然而，毕竟是以有机废水为原料，产量不能满足工业需求，大范围推广仍有困难。

但污水处理工艺依然启发了其他领域的制氢反应，例如光催化。以最近哈尔滨工业大学的一项光催化产氢成果 [16] 为例，其起点仍然是污水处理。实验获得的PTA纳米片具有较好的光催化活性，内建电场强度增强10.3倍，制氢效率达到118.9毫摩尔每小时每克，优于30-40毫摩尔每小时每克的平均水平。“此外，得益于有机材料的柔性，PTA与无纺布牢固结合制备成器件，光照下依旧保持优异的产氢性能。” 其作者郭燕说到。

还有比如微生物电解碳捕获技术等，使污水处理变为负碳反应，但反应仍然高度依赖于有机废水这一原料，难以实现大规模制氢应用。“废水里的有机物浓度是有限的，能被发酵细菌处理的部分则更有限”，哈尔滨工业大学深圳校区教授路璐说。

有机废弃物不仅有水，还有固体，比如塑料。数据显示，2021年，我国年PET塑料瓶消费量可达949万吨 。针对这一丰富的废弃资源，有研究采用非贵金属电催化剂实现了对废弃PET塑料的处理和利用，电催化反应转化废弃PET塑料为高附加值的对苯二甲酸、二甲酸钾和氢气 。

当我们提到电催化，自然而然想到的就是电解水，但他关注电解水过程中阳极的析氧反应。电解水分阴阳两极，其实是两个反应在同时进行。然而，这两个反应所需要的原料却不一样，在这一过程中，真正的困难来自于阳极缓慢的动力学特征。

他打了个比方：“阳极拖了后腿，想要推它一下加把劲儿，就得给它能源。因此这个过程最为耗电，在当下电能依赖于化石能源的基础上，就产生了很多碳排放。”

他不去开发阴极的高效催化剂，而是把阳极的析氧反应替代掉，让它替代成热力学和动力学更有利的阳极反应，比如说塑料降解。“这样一方面，阴极产氢整体能耗降低了；另一方面，阳极得到了比氧气更有价值的苯二甲酸、二甲酸钾等，同时也降解了废旧塑料”。经过初步的技术经济核算，处理一吨废塑料，可以收入350美元，使得该反应有利于塑料的高附加值回收。

“整体而言，中国在碱水制氢技术上属于全球优势的领跑状态”，景春梅表示，“但是，该技术不太适应风光资源的波动性，一会儿有、一会儿没有，严重影响制氢效率。而其他技术路线，我国普遍落后，涉及到质子交换膜、碳脂这些关键技术、关键材料，技术上尚存瓶颈，还依赖进口，所以导致成本高，项目不具有经济性”。

四、中石化励志做氢能革命的先驱者

在很多人为氢能源的技术担忧的时候，全球最大的化石能源企业之一的中石化早就下定决心要做“中国第一氢能公司”，做氢能革命的先驱者。

三年过去了，中石化立志成“中国第一氢能公司”到底如何了呢？

老乾特意整理了中石化从立志开始到现在的氢能源产业链布局，结果让人太惊讶了。

惊讶的不是它的氢能源已经突破瓶颈，而是在不知不觉中完成了氢能源的整合，以及产业链框架。不仅根据堵点和痛点，在氢能产业链：制、储、加、用氢的核心技术、设备、材料上，都有进行布局。欲成大事者要先学会布局。

1、 制氢：隆基绿能

氢能跟石油、煤炭这些能源不一样，不能直接获得，必须要人工制造。这也说明，中石化想做“中国第一氢能公司”，在制氢方面必须要有突破。

氢气分为：灰氢、蓝氢，“绿氢”。制氢途径分为煤制氢、工业副产氢跟天然气制氢。其中煤制氢占62%、天然气制氢占19%，工业副产气制氢占18%，电解水制氢占1%。中石化在这方面目前是领跑者，是G内最大的氢气生产企业。

但是因为氢气的分类不同，想要结合当下双碳发展，做到零碳排放，绿氢就是最核心的。绿氢是利用风、光和太阳热能制造的，几乎是零排放。

此外，中石化跟隆基绿能达成战略合作，在光伏+绿氢等领域开启合作。

2、 储氢、加氢：厚普股份、盾安环境

有着完美能源之称的氢能真的是哪个环节都难，越是完美，越难以得到。氢能很早之前就发现了，但是一直没有大规模应用，就是因为技术难题。

就从储氢来看，当前比较成熟的储氢技术是高压气态储氢，但是我国一般用的是20MPa气态高压储氢跟长管拖车运输，成交就占据了售价的一半。国外缺在用70MPa气态高压储氢，差距还是不小的。

在运输管道的成本上我国大约30万-100万美元/公里，是天然气的两倍。

所以储氢和加氢不仅是一个投资巨大的产业，还是收益比较慢的产业。管道运输是最有效率的输氢方式，中石化依旧是吃螃蟹的第一个。

再加上中石化旗下的3万座加油站，也是驱动氢能重要的枢纽。

去年，全球的加氢站加在一起不过685座。根据国家能源局的最新消息，目前我国已累计建成加氢站超过250余座，约占全球近40%，位列世界第一。

3、 用氢：雪人股份

氢燃料电池车还是行业发展的初期，还没成熟的技术，这个时候资本的扶持就尤为重要了。在这方面有技术优势的公司，寻求资本大腿的庇护，毕竟有订单才有生存下去的空间。

有央企血液的中国石化就承当着重要角色，同时氢燃料发动机无疑是氢燃料电池车上最核心的设备。

此外，中石化也成立了催化剂公司。因为催化剂，也是氢燃料电池车的关键，前景可期。

不管如何，氢能依旧是充满无数挑战和风险，道阻且长。

文章来源：书生谈科技，报人刘亚东 ，老乾