當前氫能受到我國乃至世界各國的高度重視，我國把氫能作為能源發展的戰略方向，世界各國也出臺了氫能發展的戰略路線圖。氫能產業的發展對推動全球能源結構更加清潔高效和可持續發展具有重要戰略意義，將促進形成能源行業的新賽道和新質生產力，也是我國實施雙碳戰略任務的抓手。
氫能及綠氫
氫是一種化學元素，通常以化學分子H2存在，具有化學材料和能源物質兩個方面的屬性。就化學鍵能而言，氫是單位質量含能密度最高的分子，所以，氫能的發展尤其受到重視。氫因其產生路徑不同而分為灰氫、藍氫和綠氫?；覛渲敢曰Y源（主要是煤和天然氣）為原料而生產，其過程伴隨大量CO2生成，例如，煤制氫過程，每生產1噸氫釋放近20噸的CO2；藍氫指化石資源轉化過程副產的氫，或由化石資源制氫、將生成的CO2捕獲封存（CCS），但目前大規模封存CO2還存在諸多挑戰；綠氫指用可再生能源分解水制氫，此過程不排放CO2。所以，在“雙碳”戰略下，我國應大力倡導綠氫，而逐步淘汰灰氫，一些特殊情況下可使用藍氫。但目前我國綠氫尚處于發展初期，占比還很低，尚沒有作為能源規?；褂茫瘜W、材料工業中大部分氫來自灰氫。
氫能的幾次研究熱潮主要因交通領域的發展而興盛起來，由于發展氫燃料電池而帶動了氫能的發展。但是在“雙碳”戰略的要求下，氫源只有利用綠氫，燃料電池技術才能起到碳中和的作用。
綠氫是電力轉化為化學能源和材料（power-to-x）的必經之路，也是實現碳中和的關鍵。綠氫的制造可通過光解水、電解水等技術實現，目前電解水技術已經可實現規模化制氫（單電解槽產能1000方-氫/時的技術已經成熟，甚至單槽大于3000方-氫/時）的商業化生產。其中，電解堿水制氫技術的發展尤為迅速，其成本相對較低，在電解水制氫的成本中只占不到30%，而制氫的主要成本取決于可再生電力的價格。初步估計，當電力成本低于0.2元/（kW·h）時，其制氫成本可與天然氣制氫相當；當電力成本低于0.15元/（kW·h）時，其制氫成本可與煤制氫相當，甚至更低。
氫能發展技術及前景
氫能的發展要突破制、儲、運、用幾個環節的限制，除了制備外，儲、運和用也非常重要，因為氫氣體積密度很低，不易大規模存儲和運輸，傳統高壓氣瓶的方法儲放氫比較方便，但儲氫量很低，需要發展輕質、耐高壓、安全的儲氫容器?；衔飪湔谂d起，即將氫與化合物反應后儲存在化合物中，例如，甲苯加氫合成甲基環己烷，儲氫量可達6wt%以上，金屬氫化鎂儲氫理論上可獲得較高的儲氫量（>7wt%），合成氨可儲存17wt%以上氫，特別如合成甲醇可儲氫18wt%以上（包含水汽重整過程中從水中獲得的氫）。其中，甲醇和氨易于運輸和儲存，是值得關注的儲氫技術。
氫能發展的前景在于大規模應用。在我國提出“雙碳”戰略前，氫能應用的焦點集中在交通領域（主要是氫燃料電池），而為了解決碳排放問題，綠氫的應用面大大拓展，可以從各種剛性排放CO2工業過程的源頭上和終端利用綠氫解決問題。例如，冶金過程由于使用焦炭作為還原劑，排放大量CO2，而采用綠氫作為還原劑，則可從源頭上解決冶金領域CO2排放問題，水泥、電力等行業的終端排放可以通過綠氫還原CO2制取化學品而得到解決。
利用綠氫還原CO2制取的甲醇稱為“液態陽光甲醇”（也可稱為電-甲醇、綠甲醇），因為其氫能來自太陽能（風光電制氫），而甲醇在室溫、常壓下為液體，易于存儲和運輸，所以這種甲醇等效于將陽光存儲為液態燃料，稱為“液態陽光”（圖1）?！耙簯B陽光”也可是由CO2還原制得的其他燃料，如乙醇、汽油、航空煤油等。
圖: “液態陽光甲醇”合成工業化中試技術路線圖
“液態陽光甲醇”之所以在氫能發展中受到越來越多的重視，主要原因在于以下3個方面：（1）它是一種儲氫技術，如前述在眾多化合物儲氫技術中，甲醇易于儲存和運輸，其通過與水汽重整易于把氫釋放出來，且儲氫量比大多數儲氫化合物的量都大；（2）它是一種高效儲能技術，可以將風光電經氫能儲存在甲醇中，可用于電網調峰，又可離網大規模消納可再生能源，每噸甲醇儲能約為6000kW·h，10萬噸“液態陽光甲醇”可消納600~700MW光伏風電；（3）直接資源化轉化CO2，每噸甲醇可轉化1.375噸CO2，生產10萬噸“液態陽光甲醇”則可轉化近14萬噸CO2。同樣，“液態陽光甲醇”的成本與綠氫成本相關聯，當可再生電力電價低于0.15元/（kW·h）時，“液態陽光甲醇”的成本與煤制甲醇相當，甚至更低（尚沒有考慮碳稅）。
我國氫能發展建議
1）大力發展綠氫，而逐步減少灰氫，在政策上鼓勵用綠氫代替灰氫，加強綠氫制造和儲運技術的研究。
2）理性布局氫能。氫能的發展首先要布局其下游應用場景，沒有規?；{氫能的工業應用出口，不可“一窩蜂”上馬制氫項目。
3）氫能的發展要契合“雙碳”戰略的實施，大部分剛性排放CO2工業（如冶金、石化、材料、交通）的碳中和目標可通過綠氫得以實現。
4）通過綠氫將CO2轉化為“液態陽光甲醇”是氫能發展的重要樞紐，由“液態陽光甲醇”可以拓展氫能的應用領域，形成綠色、低碳新質生產力。例如，通過“液態陽光甲醇”可實現基本化工原料、精細化學品及高端化學品的綠色、低碳化合成。
來源：科技導報
