#氢能# 的来源与角色？
氢能（氢的能源生产和利用）受到全球广泛关注，成为应对气候变化、建设脱碳社会的重要产业方向。欧、美、日、韩等发达国家纷纷制定氢能路线图，加快推进氢能产业技术研发和产业化布局。氢能产业也成为我国能源战略布局的重要部分。
一，使用氢能就等于零排放吗？
我们来看看目前我国氢气生产的来源：
我国制氢原料中以碳排放最高的煤制氢为主，占比高达62%，其次为天然气重整制氢占比为19%，电解水制氢占比最少，仅为1%。
究其实质，目前我们使用的氢能源本质上还是化石能源，属于黑氢和灰氢。目前，全球制氢技术的主流选择是天然气制氢，这主要是由于天然气制氢的成本较低。此外，由于清洁性好、效率高、成本低，采用天然气重整制氢相对具有较大利润空间。
二，氢能在能源转型中的角色
那么我们为什么还是把氢能作为国家长期的能源发展战略呢？2020年，氢能被纳入《能源法》（征求意见稿）。2021年，氢能列入《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》未来产业布局。氢能产业发展初期，依托现有氢气产能、就近提供便捷廉价氢源，支持氢能中下游产业发展，降低氢能产业起步难度，具有积极的现实意义。到了中期阶段，当碳捕捉、利用与储存（CCUS）技术与化石能源制氢和工业副产制氢结合时，冲抵碳排放，此时产生的氢气是“蓝氢”，这一阶段的氢气相对干净，但仍不是最终的理想状态。最终采用“绿氢’,绿氢在“碳中和”中可以用在绿电无法发挥作用的领域实现互补，如氢冶金、化工、重卡交通燃料、供热等。和发电领域的“绿电”化一样，未来氢能的来源主要来自于“绿氢”，这才是我们推广氢能的核心。面向未来，当绿氢成为稳定足量的低价氢源时，绿氢在促进工业脱碳，交通等方面将更好地发挥氢能价值。
三，“绿氢”的生产途径有哪些
我国目前氢能产业仍处于初期阶段，氢气主要以“灰氢”为主，在生产过程中会有大量的CO2排放，并不能算是清洁能源。最终阶段的氢气是“绿氢”，这类氢气是通过使用可再生能源（例如太阳能、风能、核能等）制造的氢气。
目前较为成熟的生产方式是：可再生能源发电进行电解水制氢：主要是利用风光发电制氢，在生产“绿氢”的过程中，能够实现完全的无碳化。水电解制氢主要原理为水分子在直流电的作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。根据电解槽隔膜材料不同，可以分为碱性水电解（AE）、质子交换膜（PEM）水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC)。
正在开展研究的未来可能的氢能生产方式有: 1，液氨制氢, 主要原理是利用液氨和钠单质反应生成氨基化钠，然后氨基化钠将分解成为氮气、氢气以及钠单质。2，生物制氢，生物法制氢是把自然界储存于有机化合物中的能量通过产氢细菌等生物的作用转化为氢气。生物制氢是微生物自身新陈代谢的结果。具体包括：光解水制氢，暗发酵制氢，光发酵制氢几种方式3，太阳能制氢，目前太阳能制氢技术实现的主要途径有光化学制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢等。4，核能制氢，核能制氢就是利用核反应堆产生的热作为制氢的能源，通过选择合适的工艺，实现高效、大规模的制氢；同时减少甚至消除温室气体的排放。
氢能（氢的能源生产和利用）受到全球广泛关注，成为应对气候变化、建设脱碳社会的重要产业方向。欧、美、日、韩等发达国家纷纷制定氢能路线图，加快推进氢能产业技术研发和产业化布局。氢能产业也成为我国能源战略布局的重要部分。
一，使用氢能就等于零排放吗？
我们来看看目前我国氢气生产的来源：
我国制氢原料中以碳排放最高的煤制氢为主，占比高达62%，其次为天然气重整制氢占比为19%，电解水制氢占比最少，仅为1%。
究其实质，目前我们使用的氢能源本质上还是化石能源，属于黑氢和灰氢。目前，全球制氢技术的主流选择是天然气制氢，这主要是由于天然气制氢的成本较低。此外，由于清洁性好、效率高、成本低，采用天然气重整制氢相对具有较大利润空间。
二，氢能在能源转型中的角色
那么我们为什么还是把氢能作为国家长期的能源发展战略呢？2020年，氢能被纳入《能源法》（征求意见稿）。2021年，氢能列入《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》未来产业布局。氢能产业发展初期，依托现有氢气产能、就近提供便捷廉价氢源，支持氢能中下游产业发展，降低氢能产业起步难度，具有积极的现实意义。到了中期阶段，当碳捕捉、利用与储存（CCUS）技术与化石能源制氢和工业副产制氢结合时，冲抵碳排放，此时产生的氢气是“蓝氢”，这一阶段的氢气相对干净，但仍不是最终的理想状态。最终采用“绿氢’,绿氢在“碳中和”中可以用在绿电无法发挥作用的领域实现互补，如氢冶金、化工、重卡交通燃料、供热等。和发电领域的“绿电”化一样，未来氢能的来源主要来自于“绿氢”，这才是我们推广氢能的核心。面向未来，当绿氢成为稳定足量的低价氢源时，绿氢在促进工业脱碳，交通等方面将更好地发挥氢能价值。
三，“绿氢”的生产途径有哪些
我国目前氢能产业仍处于初期阶段，氢气主要以“灰氢”为主，在生产过程中会有大量的CO2排放，并不能算是清洁能源。最终阶段的氢气是“绿氢”，这类氢气是通过使用可再生能源（例如太阳能、风能、核能等）制造的氢气。
目前较为成熟的生产方式是：可再生能源发电进行电解水制氢：主要是利用风光发电制氢，在生产“绿氢”的过程中，能够实现完全的无碳化。水电解制氢主要原理为水分子在直流电的作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。根据电解槽隔膜材料不同，可以分为碱性水电解（AE）、质子交换膜（PEM）水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC)。
正在开展研究的未来可能的氢能生产方式有: 1，液氨制氢, 主要原理是利用液氨和钠单质反应生成氨基化钠，然后氨基化钠将分解成为氮气、氢气以及钠单质。2，生物制氢，生物法制氢是把自然界储存于有机化合物中的能量通过产氢细菌等生物的作用转化为氢气。生物制氢是微生物自身新陈代谢的结果。具体包括：光解水制氢，暗发酵制氢，光发酵制氢几种方式3，太阳能制氢，目前太阳能制氢技术实现的主要途径有光化学制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢等。4，核能制氢，核能制氢就是利用核反应堆产生的热作为制氢的能源，通过选择合适的工艺，实现高效、大规模的制氢；同时减少甚至消除温室气体的排放。
（以下内容从东吴证券《氢能系列研究一：氢能源产业链分析》研报附件原文摘录）
氢能上游： 2019年氢能渗透率仅2.7%， 煤制氢为当前主流&绿氢长期降本空间大
1） 氢能渗透率： 2019年我国氢气产能约4100万吨/年， 产量约3342万吨， 占终端能源总量份额仅2.7%， 政策扶持至2050年氢气需求量在终端能源体系中占比有望达10%， 至2060年有望达20%。
2） 制氢：国内化石燃料制氢为当前最主流， 绿氢降本空间大为长期发展趋势。
①化石燃料制氢： 2019年产量占比78%， 其中煤制氢占比64%， 天然气制氢占比14%。 国内煤制氢工艺成熟， 性价比高， 原料煤800元/吨时， 制氢成本约12.64元/kg。
②工业副产氢： 2019年产量占比21%， 我国排空的工业副产氢发掘潜力大。
③电解水制氢： 2019年产量占比仅1%， 碱性、 PEM、 SOEC电解为当前三大工艺， 电力成本占比约40%~80%， 0.3元/度电价下碱性制氢成本约20元/kg， 经济性制约规模化发展， 可再生能源电力成本下降&设备降本&技术进步驱动绿氢平价。 2050年， 绿氢供应占比有望达70%。
氢能中游：气态储氢为主， 固液态产业化有待技术攻关， 加氢站加速布局
1） 储运：高压气态储氢为主流， 我国普遍采用20MPa气态高压储氢与集束管车运输的方式， 远距离+大规模场景液态储运潜力较大， 固液态储氢产业化有待降本和技术攻关。
2） 加注：加注成本尚高， 加氢站加速布局， 规模化建设有望降低成本。
氢能下游：燃料电池为常见终端应用形式， 主要用于交通&建筑领域
1） 交通领域发展形势：电池种类为质子交换膜燃料电池(PEMFC)， 2019年底国内平台已接入电池车3712辆。
①道路运输： 商用车/乘用车分别在耐久性&成本/体积功率密度方面要求更高； 商用车领先发展， 2030-2035年， 商用车可达产业化要求， 乘用车技术达到规模应用水平。
②非道路运输： 我国正在重工、 轨交、 船舶等领域积极探索， 仍需运营验证&性能改进。
2） 建筑领域发展形势：电池种类为固体氧化物燃料电池（ SOFCs） ， 美日已实现商业化， 我国尚在初步研发阶段。
氢能上游： 2019年氢能渗透率仅2.7%， 煤制氢为当前主流&绿氢长期降本空间大
1） 氢能渗透率： 2019年我国氢气产能约4100万吨/年， 产量约3342万吨， 占终端能源总量份额仅2.7%， 政策扶持至2050年氢气需求量在终端能源体系中占比有望达10%， 至2060年有望达20%。
2） 制氢：国内化石燃料制氢为当前最主流， 绿氢降本空间大为长期发展趋势。
①化石燃料制氢： 2019年产量占比78%， 其中煤制氢占比64%， 天然气制氢占比14%。 国内煤制氢工艺成熟， 性价比高， 原料煤800元/吨时， 制氢成本约12.64元/kg。
②工业副产氢： 2019年产量占比21%， 我国排空的工业副产氢发掘潜力大。
③电解水制氢： 2019年产量占比仅1%， 碱性、 PEM、 SOEC电解为当前三大工艺， 电力成本占比约40%~80%， 0.3元/度电价下碱性制氢成本约20元/kg， 经济性制约规模化发展， 可再生能源电力成本下降&设备降本&技术进步驱动绿氢平价。 2050年， 绿氢供应占比有望达70%。
氢能中游：气态储氢为主， 固液态产业化有待技术攻关， 加氢站加速布局
1） 储运：高压气态储氢为主流， 我国普遍采用20MPa气态高压储氢与集束管车运输的方式， 远距离+大规模场景液态储运潜力较大， 固液态储氢产业化有待降本和技术攻关。
2） 加注：加注成本尚高， 加氢站加速布局， 规模化建设有望降低成本。
氢能下游：燃料电池为常见终端应用形式， 主要用于交通&建筑领域
1） 交通领域发展形势：电池种类为质子交换膜燃料电池(PEMFC)， 2019年底国内平台已接入电池车3712辆。
①道路运输： 商用车/乘用车分别在耐久性&成本/体积功率密度方面要求更高； 商用车领先发展， 2030-2035年， 商用车可达产业化要求， 乘用车技术达到规模应用水平。
②非道路运输： 我国正在重工、 轨交、 船舶等领域积极探索， 仍需运营验证&性能改进。
2） 建筑领域发展形势：电池种类为固体氧化物燃料电池（ SOFCs） ， 美日已实现商业化， 我国尚在初步研发阶段。
【提升“中国制造”含金量 新材料重任在肩】10月16日—18日，在浙江宁波召开的IFAM2021新材料国际发展趋势高层论坛暨2021中国（宁波）新材料与产业化国际论坛上，近30位院士、1500余位材料领域知名专家、学者、业界代表齐聚一堂，围绕新材料领域发展前沿动态、研究成果展开探讨和交流。
“材料是科技创新和发展的物质基础及先导，对于制造产业发展具有重要的支撑作用。”论坛期间，这一论述出现频次颇高。
科技部高新技术司副司长雷鹏在致辞中表示，新材料与信息、能源、生物等学科不断融合，材料基因组计划、超材料、增材制造等新技术正蓬勃兴起。国际环境带来新的挑战，迫使我国高度重视新材料的基础研究和应用研究，为此加大投入。
潜心研发 把握“双循环”机遇
经过多年的努力，我国形成了全球品种、门类较为齐全，部分领域产量规模已位居世界前列的材料产业体系，有力支撑国民经济的快速发展。“十四五”规划中明确提出，要重点发展新材料等九大战略新兴产业。
“近年来，超导新材料、智能新材料、能源新材料、磁性新材料、纳米新材料等技术领域迅猛发展，正在实现从基础到颠覆的跨越，取得不少重要的技术突破。”中国工程院党组成员、秘书长陈建峰院士指出，客观地看，我国材料技术领域还存在一些“卡脖子”的问题，制约着产业向中高端迈进、升级和经济高质量发展。
究其原因，雷鹏分析道，伴随我国经济的爆发式增长，“能买则买”的思路长期存在，导致以往对材料的原创性、基础性、支撑性重视不足，材料产业发展对外依赖性强，跟踪模仿多，自主创新少，成果转化率低，很多研发停留在论文、专利层面，应用的少，存在“有材不好用、好材不敢用”的现象。
中科院宁波材料所所长黄政仁以碳化硅陶瓷材料举例，介绍这一具有轻质、高强、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导率、低热膨胀系数等优点的材料，在航天遥感、化工能源、微电子器件、高端装备等多个重要领域具有广泛的应用前景，是国家战略及国民经济发展急需的关键材料。
“当下，以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，为新材料的技术推广、成果转化等提供难得机遇。”雷鹏表示，要立足国家发展的重大需求，持续推动政产学研用形成合力，加强关键核心技术攻关，加速技术研发和推广应用，激发需求到研发到应用到反馈到再研发的动力。
远近兼顾 形成创新体系效能
面向急迫需求和长远需求，新材料产业需要做到二者兼顾、张弛有度。
“‘双碳’目标将带来深刻的产业革命和社会变革，材料产业会是零碳工业流程再造的重点对象。”中国工程院院士、南京工业大学材料化学工程国家重点实验室主任徐南平指出。
据了解，围绕零碳工业流程再造，该实验室正积极开展低碳水泥、生物质乙醇、CO2制甲醇等技术路径研究，致力于实现低碳水泥基胶凝材料、SOEC绿氢制备关键材料等技术的高效应用和成本压缩。
“发展新材料产业，对推动技术创新、突破‘卡脖子’封锁、支撑产业升级、建设制造强国具有重要战略意义。”宁波市副市长陈炳荣介绍，宁波举全市之力打造新材料科技城，推动形成了以磁性材料、石墨烯材料、高性能金属材料、合成新材料等细分领域为重点的新材料产业集群，涌现出博威集团、韵升股份、江丰电子等具有一定影响力的实业企业。
建设高能级创新平台，聚集高端创新资源，完善新材料创新链条……透过宁波新材料产业创新实践，“中国制造”应如何从创新活动形成创新体系效能？
国家制造业转型升级基金公司副总裁李北光提出，创新体系应与“中国制造”的完整产业体系相匹配，完整的产业体系是创新流程顺畅的组织保障。他认为，一方面，基础研究、中试研发和产业化研究要形成对制造业的体系化支撑优势；另一方面，我国制造业完整体系优势，要转化为对国产产品创新的环境验证优势。
雷鹏表示，科技部高度重视和长期支持新材料科学研究与技术创新，已在“十四五”国家重点研发计划中布局了先进结构与复合材料、高端功能与智能材料、新型显示与战略性系统材料、稀土新材料4个国家重点专项。新材料创新步伐将持续加快。
“材料是科技创新和发展的物质基础及先导，对于制造产业发展具有重要的支撑作用。”论坛期间，这一论述出现频次颇高。
科技部高新技术司副司长雷鹏在致辞中表示，新材料与信息、能源、生物等学科不断融合，材料基因组计划、超材料、增材制造等新技术正蓬勃兴起。国际环境带来新的挑战，迫使我国高度重视新材料的基础研究和应用研究，为此加大投入。
潜心研发 把握“双循环”机遇
经过多年的努力，我国形成了全球品种、门类较为齐全，部分领域产量规模已位居世界前列的材料产业体系，有力支撑国民经济的快速发展。“十四五”规划中明确提出，要重点发展新材料等九大战略新兴产业。
“近年来，超导新材料、智能新材料、能源新材料、磁性新材料、纳米新材料等技术领域迅猛发展，正在实现从基础到颠覆的跨越，取得不少重要的技术突破。”中国工程院党组成员、秘书长陈建峰院士指出，客观地看，我国材料技术领域还存在一些“卡脖子”的问题，制约着产业向中高端迈进、升级和经济高质量发展。
究其原因，雷鹏分析道，伴随我国经济的爆发式增长，“能买则买”的思路长期存在，导致以往对材料的原创性、基础性、支撑性重视不足，材料产业发展对外依赖性强，跟踪模仿多，自主创新少，成果转化率低，很多研发停留在论文、专利层面，应用的少，存在“有材不好用、好材不敢用”的现象。
中科院宁波材料所所长黄政仁以碳化硅陶瓷材料举例，介绍这一具有轻质、高强、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导率、低热膨胀系数等优点的材料，在航天遥感、化工能源、微电子器件、高端装备等多个重要领域具有广泛的应用前景，是国家战略及国民经济发展急需的关键材料。
“当下，以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，为新材料的技术推广、成果转化等提供难得机遇。”雷鹏表示，要立足国家发展的重大需求，持续推动政产学研用形成合力，加强关键核心技术攻关，加速技术研发和推广应用，激发需求到研发到应用到反馈到再研发的动力。
远近兼顾 形成创新体系效能
面向急迫需求和长远需求，新材料产业需要做到二者兼顾、张弛有度。
“‘双碳’目标将带来深刻的产业革命和社会变革，材料产业会是零碳工业流程再造的重点对象。”中国工程院院士、南京工业大学材料化学工程国家重点实验室主任徐南平指出。
据了解，围绕零碳工业流程再造，该实验室正积极开展低碳水泥、生物质乙醇、CO2制甲醇等技术路径研究，致力于实现低碳水泥基胶凝材料、SOEC绿氢制备关键材料等技术的高效应用和成本压缩。
“发展新材料产业，对推动技术创新、突破‘卡脖子’封锁、支撑产业升级、建设制造强国具有重要战略意义。”宁波市副市长陈炳荣介绍，宁波举全市之力打造新材料科技城，推动形成了以磁性材料、石墨烯材料、高性能金属材料、合成新材料等细分领域为重点的新材料产业集群，涌现出博威集团、韵升股份、江丰电子等具有一定影响力的实业企业。
建设高能级创新平台，聚集高端创新资源，完善新材料创新链条……透过宁波新材料产业创新实践，“中国制造”应如何从创新活动形成创新体系效能？
国家制造业转型升级基金公司副总裁李北光提出，创新体系应与“中国制造”的完整产业体系相匹配，完整的产业体系是创新流程顺畅的组织保障。他认为，一方面，基础研究、中试研发和产业化研究要形成对制造业的体系化支撑优势；另一方面，我国制造业完整体系优势，要转化为对国产产品创新的环境验证优势。
雷鹏表示，科技部高度重视和长期支持新材料科学研究与技术创新，已在“十四五”国家重点研发计划中布局了先进结构与复合材料、高端功能与智能材料、新型显示与战略性系统材料、稀土新材料4个国家重点专项。新材料创新步伐将持续加快。
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