二、氫能產業發展熱點

2.1 加氫站建設

加氫站基礎設施近年來迅猛發展。截至2018年底，共建成加氫站23 座，加氫站規模500 kg 以上的占比39%，大多試驗或者是內部使用為主，商業化運行的加氫站6 座，占比26%。2019 年在建的加氫站超過 50 座。現運行的加氫站主要集中在上海、江蘇、廣東和湖北幾個省市，約占全部加氫站的65%，顯示出氫能利用產業的區域特征，一方面是這些地區氫能的基礎設施建設，另一方面與這些地方的自身資源稟賦相關。中國制氫行業的分布也呈現東部沿海多、內陸少的特點[12]，而且已經有超過25 個省市出臺了布局加氫站建設的政策[13]。

由于加氫設備成本高、回報預期不明等，使得有意進入加氫站建設的企業處于觀望狀態，在加氫站建設成本高等現實情況下，“氫油合建站”這樣的新型混合加油、加氫站模式的出現，不僅適應了氫能產業發展的需求，也為氫能基礎設施建設提供了新思路。

2019 年7 月，中國石化佛山樟坑油氫合建站正式建成投入使用。樟坑站是國內首次利用現有加油站改造為油氫合建站的模式開發加氫站，同時配備建設充電設施，是全國首座集油、氫、電“三位一體”能源供給的混合站。

特別值得注意的是，2019 年11 月8 日，由兗礦集團有限公司建設的“綜合能源補給站”在山東濟寧落成。該綜合能源補給站是全球首座融合“油、氣、電、氫、醇”多種能源供給為一體的綜合能源補給站，占地面積2 萬m2，包括能源補給區和綜合服務區。該站能源補給區布局了氫氣加注機、天然氣加注機、加油機、醇基燃料加注機和電動汽車充電樁， 最多可同時容納7 個種類16 輛車進行能源補給。氫氣加注系統設計加氫能力為1000 kg/d。每輛車平均加氫時間約10 min。當前，該站還處在自用示范階段，未來運營手續完成后將實現對外運營。

2019年11月18日，由中國石化上海石油化工股份有限公司建設的“西上海油氫合建站”竣工，標志著首批兩座油氫合建站正式落戶上海（另一座為安智油氫合建站）。據悉，兩座加油加氫服務的綜合功能站各擁有2個汽油罐、2 個柴油罐、4 個儲氫罐的二級加油加氫站。站內設置2臺12槍加油機，2臺4槍加氫機，另預留1臺70MPa 加氫機。

2019 年11 月21 日，國家能源集團首個氫能科研示范標桿項目——如皋加氫站所有調試工作全部完成，具備轉入商業運營模式條件，標志著國內首座符合國際標準的35 MPa/70 MPa 雙模商業加氫站順利完成建站工作。該站設計日加氫能力1000 kg，固定儲氫能力600 kg，能有效滿足各類氫燃料電池車的快速連續加氫需求。

2019 年12 月25 日，潞寶集團萬噸級焦爐煤氣提純制氫示范工程暨氫電油氣綜合能源站在潞寶集團正式投運。該項目由潞城經濟技術開發區、潞寶集團投資，山西國投海德利森氫能裝備股份有限公司承建，為潞寶生態工業園區及周邊地區交通物流車輛提供加氫、充電、加油、加氣服務的綠色綜合能源，該能源站具備500 kg 級的加氫能力，能夠滿足當下氫燃料電池車輛的加氫需求。

2.2 氫燃料電池產業開發

燃料電池是具有發展前途的新動力電源，也是當前氫能產業開發的熱點，燃料電池乘用車在技術方面已經初步成熟，而且體現了續航里程、充能時間、能量密度、環保特性等多方面的鮮明特色。在各種燃料電池技術中，綜合考慮工作溫度、催化劑穩定性、電效率、比功率/功率密度等技術指標，綜合性能最適于乘用車/大多數商用車應用的燃料電池技術是質子交換膜燃料電池技術。當前具備完全燃料電池電堆生產能力的企業包括中國新能源動力股份有限公司、上海神力科技有限公司，以及國外豐田汽車公司（Toyota Motor Corporation, TOY?OTA）、巴拉德動力系統公司（Ballard Power Sys? tems Inc, BLDP）、普拉格能源公司（Plug Power Inc, PLUG）等。以豐田生產的氫燃料電池汽車Mi?rai 為例，其燃料電池電堆經過10 余年的技術優化， 體積功率密度和質量功率分別達到 3.1k W/L 和2.0 kW/kg?？傮w而言國內外水平尚存代差，燃料電池乘用車的規?；茝V應用仍需要時間；未來可兼容充電與加氫兩種供能方式的插電混動/增程燃料電池乘用車或后來居上，成為最受青睞的燃料電池乘用車。同時中國在氫燃料電池汽車的特殊領域也在開展示范工程：包括佛山的氫能有軌電車示范及陜汽控股的氫燃料電池環衛車示范等，顯示了中國氫燃料電池車預將在重型車型上持續開發的勢頭。在2019 年7 月的武漢商用車展上，江鈴重型汽車有限公司展出了其生產的威龍FCV 氫燃料重卡，這是整個車展中唯一一款氫燃料重卡，也是目前中國第一款下線的氫燃料重卡。到2019 年12月，由濰柴動力股份有限公司、中國氫能產業技術創新與應用聯盟、國家能源集團聯合研發了首臺國產200 t 以上氫燃料-鋰電池混合能源礦用卡車自卸車成功下線，其核心控制系統則由中車永濟電機公司提供，顯示了氫燃料重型卡車的新發展水平。

同時，中國燃料電池車開始出口國外。2019年4 月12 日，中國氫燃料電池汽車出口第一單是佛山市飛馳汽車制造有限公司與馬來西亞沙撈越州SEDC 的第一個氫燃料電池汽車購車項目。該批車輛出口至馬來西亞后，運行表現良好。

在船用燃料電池方面，2019 年12 月3 日，在上海舉辦的第20 屆中國國際海事會展上，中國船舶第七一二研究所發布了擁有自主知識產權的全國首臺500 kW 級船用燃料電池系統解決方案，為助推中國綠色船舶發展提供了新的動力。

2019 年南陽“水氫汽車”事件成為氫能燃料電池產業開發的重大新聞，雖然“水氫汽車”項目已停擺，相關公司也進入破產清算，但是該事件體現了氫燃料電池產業發展初期的亂象。未來應考慮設立專業評審機制，作為各地方進行相關技術產業化投資的前置條件，以避免類似鬧劇再次出現。

2.3 工業領域應用

除交通領域外，氫能還可以在工業領域得到推廣應用。目前歐洲有3 個項目是基于氫能煉鋼技術的，即瑞典鋼鐵公司發起的突破性氫能煉鐵技術、由德國薩爾茨吉特鋼鐵公司發起的薩爾茨吉特低碳煉鋼（SALCOS）項目和由奧鋼聯發起的H2FU?TURE 項目，前2 個項目主要是基于目前現有的還原技術，而最后1 個是利用等離子熔融還原技術， 且均不需要再利用CO2 捕獲和封存（CCS）等技術。

韓國、日本和澳大利亞也已經部署了氫能煉鋼技術示范與研究。氫能煉鋼已經是目前工業領域最佳的減排技術之一，現有文獻資料表明，目前氫能煉鋼的成本約為 361~640 歐元/t[14]，成本十分昂貴。國內已經就氫能冶金開展了相關的研究，山西左權縣己投資18 億元人民幣，建設利用焦爐氣中甲烷與CO2 進行重整制氫，以及利用CO 和焦爐氣中的H2進行氣基還原鐵的工業示范項目，該項目引進了伊朗的設備和美國Midrex 工藝，預計到2020 年上半年達到正常運行狀態。還有項目提出了“核能制氫”與“氫能冶金”相結合的方式[15]，即通過“核能冶金”來解決氫氣成本高、煉鋼減排難的問題。根據目前全球現有的技術實踐項目來看，該方式預計到2030 年不會有大規模的推廣潛力。

2019 年12 月21 日，由中國科學院大連化學物理研究所李燦團隊主導的國內首個“液體太陽能燃料”生產示范工程，在蘭州新區精細化工園區落地。該項目將建設年產1440 噸甲醇的制備裝置，總投資1.41 億元。其基本技術路徑是利用可再生清潔能源太陽能發電，最終制備成甲醇，形成低碳運輸燃料，實現甲醇重整制氫及氫燃料電池在重卡等商用車上的技術應用。該項目是綠色氫能在工業領域應用的示范性案例，為未來全產業鏈的綠色氫能在工業領域的應用提供了新的方向。

2.4 儲能領域的應用

與傳統的電池儲能不同，氫儲能通過電解水制氫的方式，將能源以氫氣或氫化合物的方式存儲起來，無論是從儲能密度還是從儲存時間來說，氫儲能都有著絕對的優勢，尤其適用于大規模和跨周、月等長時間的儲能。氫儲能技術的推廣障礙在于壓縮和輸送過程的設備資金投入，研究顯示在目前整個氫能產業鏈中，氫氣的儲存和輸送所需成本幾乎占據全部成本的1/2。截至2019 年9 月底，中國已投運儲能項目累計裝機規模為31.5 GW，占全球17%，同比增長2.9%；其中抽水蓄能累計裝機占比最大，約為95%。而隨著可再生能源的大規模開發與應用，顯示氫儲能這種大規模儲能技術會有很大的發展空間，但還需要通過技術發展降低成本，探索成熟的商業盈利模式以及去除體制和機制上的障礙。

截至2019 年，在氫能綜合利用方面又取得了新的進展。2019 年12 月，在山西長治市舉辦的首屆中國（長治）老工業和資源型城市氫能產業發展論壇上，7 個氫能項目現場簽約，總投資達45.85 億元。這 7 個氫能項目涵蓋了煤制氫、加氫基礎設施、供氫系統、氫能專用車輛制造、氫能重卡示范運行等多個不同的領域。近年來，長治市通過整合內外部技術資金等產業要素，積極推進以“制氫+儲供氫裝備制造+氫能重卡和專用車輛制造+加氫基礎設施建設+氫能重卡物流園區+氫能社區”作為產業發展路徑的老工業城市和資源型城市氫能產業發展模式。

      三、氫能基礎研究進展

3.1   制氫領域

2019 年制氫領域的研究主要集中于催化劑制取方面，其中由中國科學技術大學宋禮和江俊合作，創新思路設計出的一種“松果結構”的鉑金屬催化劑，在制氫效果不變的情況下，將鉑金屬的用量降低到傳統商業催化劑的約1/75[16]，引起了廣泛關注。而Guan 等[17]研究了不同電壓下二氧化鈦納米管的形貌，并使用30 V 下制備的二氧化鈦納米管進行了光解水測試，在第一次循環中，其產氫能力達到1979.8 μmol·h-1·g-1 。

Huang 等[18]提出了一種簡便的方法來制備具有高光催化活性的介孔TiO2納米纖維，其催化性能是P25 的2 倍。Wang 等[19]提出了一種酸誘導的金紅石型TiO2光催化劑的組裝策略，所得的TiO2產物實現了402.4 μmol·h-1·g-1的光催化氫釋放速率，這是原始K4Nb6O17光催化劑高出約10 倍。Zhang 等[22]報道了CoP/CeVO4 雜化光催化劑由于在可見光照射下首次通過EY（曙紅Y）敏化而表現出高的氫釋放效率，并且在 5 h 內產生的氫量達到 444.6 μmol。Wei 等[23]通過在由靜電紡絲技術制備的TiO2納米絲上生長2D MoS2薄層，隨后再還原TiO2引入Ti3+，使得該材料也獲得了光解水的能力。Wei 等[24]使用水熱法成功地合成了Zn xCd 1-  xS 固溶體，并使用水熱法制備了MoS2用于輔助光解水。該材料進行可見光驅動的光催化實驗，以同時實現制氫和阿莫西林抗生素廢水降解。結果表明8％MoS2/Znx Cd1-x S 達到了最佳的光催化性能。

Li[25]制備了Bi2S3/BiVO4 復合電極，在可見光照射下光轉換效率為2.9%，是裸BiVO4電極的近3 倍，而在光電催化中，氫的產生提高了近5 倍。Li 等[26] 在鹽酸水溶液中制備了結晶氮化碳，其顯示出優異的光催化性能，氫釋放量為683.54 μmol·h-1·g-1，并且在420 nm 下的量子效率為6.6％，該光催化氫釋放量分別比結晶氮化碳和氮化碳高 2~10 倍。Wang 等[27]通過無模板水熱法合成了空心氮化碳微球，并使用含羥基物質修飾。修飾后的羥基氮化碳微球顆粒在 420 nm 處的表觀量子效率（AQE）為3.7%。Wang 等[28] 通過以多孔SiO2 納米顆粒為模板，同時剝落納米級的 g-C3N4 并沉積 CdS 納米顆粒，形成一系列核殼SiCN@CdS 雜納米結構，用于在可見光照射下光催化生產氫。

Qi 等[29]通過在 g-C3N4 上裝載適量的 CoP 量子點，可顯著提高 g-C3N4 的氫分解反應的光催化活性。在合成后的樣品中，最優化的樣品（g-C3N4/ CoP-4％）與原始g-C3N4相比顯示出優異的光催化活性，以936 μmol·h-1·g-1的速率產生氫氣，甚至高Degussa P25-TiO2 的3.1 倍。He 等[20]制備了石墨烯于具有4 wt％P（t665 μmol·h-1·g-1）的g-C3N4。Zhao改性的WO3/TiO2 階梯式異質結（S 式異質結）復合光催化劑。新型復合材料顯示出顯著提高的光催化H2析出速率為245.8 μmol·h-1·g-1，約為純TiO2的3.5 倍。Lin 等[21]制備了K4Nb6O17 納米片，并結合Rh納米粒子作為助催化劑，所得材料的光催化水分解得到了有效改善。在純水中，H2 產生和O2 產生速率分別為142 μmol·h-1·g-1 和68 μmol·h-1·g-1。比等[30]制備了CdS/MoS2復合材料，該復合材料可以擴大可見光的吸收范圍，并改善光生電子和空穴的分離和透射率。

杜洪方等[31] 以 WO2 和 Se 粉在高溫下合成WSe2，經超聲剝離處理后形成晶態WSe2納米片，具有低成本的優點，在大規模電解水制氫產業中擁有重要應用價值。Wen 等[32]開發了一種新的雙功能催化劑鈷基納米材料，具有高度有序特征的摻雜鎳的二維（2D）富缺陷納米片，其氫氣釋放反應（HER）和氧氣釋放反應（OER）表現出較好的電催化活性。

3.2 儲運氫領域

胡強等[33]通過量子計算模擬了氫在Ti 中的行為及TiH2 體系在釋放氫氣時的行為，推導了Ti 儲氫薄膜儲氫/釋氫的動力學模型，預測了Ti 儲氫薄膜釋氫時間。Wang 等[34]通過將直徑約5 nm 的鎂顆粒均勻分布于C60納米片上，制備了可以在4.5 MPa下實現了12.5 wt%的氫吸收，這個數據遠超金屬鎂單質的理論值（7.6 wt%）和美國能源部 2020 年預計實現目標（5.5 wt%）。

Wu 等[35]通過溶液法合成了2 種新的儲氫化合物 NaZn（BH4）3 ·en 和 NaZn（BH4）3 ·2en（en  = 乙二胺）。在200°C 以下時，它們可以分別釋放6.4 wt％ 和6.3 wt％的純氫，這證明了其可用作氫載體的潛力。吳岱豐等[36]以Zr(BH4)4·8NH3為對象，重點圍繞改善與探索新的合成方法、降低其放氫溫度、提高其放氫純度等關鍵科學問題開展研究。

戴豪[37]以具有儲氫容量高（8 wt%）、材料成本低、便于貯運以及制氫反應不產生固體副產物等突出優點的水合 肼（N2H4 · H2O）為 儲氫物質 ，以Ni60Pt40/CeO2 為催化劑，展開了反應動力學的相關研究。

3.3 氫燃料電池領域

中國科學院大連化學物理研究所Deng等[38]以ZnO 納米管陣列為基底制造了高度有序的Pt 納米管結構，高度有序的納米管表現出了比隨機分布的Pt/C 催化劑層更高的催化性能。

馮艷等[39]研究了使用具有金屬有機框架結構（MOF）的 Fe/N/C 催化劑制備膜電極的方法，從催化劑載量、漿料的I/C 比以及膜電極的涂布方式3 個角度研究了影響非鉑催化劑性能的關鍵因素。金守一等[40]對車用質子交換膜燃料電池發展現狀進行了較詳細的綜述，認為目前膜電極組件的研發和生產已經取得了很大的成果，但為了降低成本， 提高膜電極性能，簡化制備工藝，仍有大量技術需要突破，主要包括：1）制備高強度、高穩定性、低透氣性的超薄質子交換膜；2）研制高活性、高耐久性、低成本的非貴金屬催化劑；3）開發機械強度高、排水性優異、厚度薄的氣體擴散層。

雙流板目前設計主要采取先設計、再模擬、優選后生產的策略，通過數值模擬和物理模擬，可以提高雙流板的設計效率，有效降低開發成本。例如劉崇林等就展示了雙流板數理模擬研究[41]和物理模擬研究[42]的過程。

       四、氫能產業發展的國際合作

2019 年，中國在氫能產業發展的國際合作上取得了新的進展，合作領域逐漸由氫能技術理論及系統研發轉向氫能產業綜合深入開發，呈現出新的特點和趨勢，合作國家主要為日本、韓國及歐盟國家等。

4.1 中日氫能合作

中國與日本氫能相關企業和高校的合作在逐步擴大并深化，2019 年中日之間氫能產業合作情況如表3 所示。

從表3 可知，中日之間有關氫能產業領域的合作已走向商業化階段，而且合作范圍涵蓋了從技術研發到裝備制造、系統配合等各層面，并開始致力于產業化推廣。2019 年12 月8 日，在日本東京，由中國國家發展和改革委員會、商務部、中國駐日本大使館與日本經濟產業省、日中經濟協會共同舉辦的第13 屆中日節能環保綜合論壇上，浙江巨化集團與日本丸紅株式會社簽約巨化中日氫能示范工程，該示范工程擬打造氫能智慧產業園，示范工程包括低碳工廠和學校。

4.2 中韓氫能合作

2019 年4 月18 日，在2019 中外知名企業四川行活動期間，韓國現代自動車株式會社副社長、商用事業部本部長李仁哲透露，將會在四川生產氫燃料汽車整車，產品將在全國銷售[43]。但李仁哲并未透露具體選址、車型、時間表、產能等信息。需關注的是，四川現代汽車有限公司成立于2012 年8 月，2013 年1 月正式運營，經營范圍包括商用車、發動機及其配件等，根據其經營范圍判斷，生產的燃料電池車的車型很可能為商用車而非乘用車。現代汽車選擇在四川生產燃料電池汽車，除了較好的汽車制造業基礎外，四川還有一個優勢即水力資源豐富。根據公開信息，2018 年四川省水電裝機容量達7674 萬kW，位居全國第一，然而豐水期仍存在“棄水”問題。將棄水電量制氫，既可以消化過剩電量，又可為氫產業發展提供堅實支撐，進而實現多方面共贏。

4.3 中歐氫能合作

2019 年10 月15 日，中國科學技術部部長王志剛與德國聯邦交通和數字基礎設施部部長安德里亞斯·邵伊爾在柏林簽署了兩部委《關于在創新驅動技術和相關基礎設施領域繼續開展合作的聯合意向聲明》[44]，雙方將深化和拓展合作伙伴關系和合作項目，包括燃料電池和氫技術、燃料電池汽車基礎設施、商業模式、規范和標準研究等領域；探討氫能供應以及國際規范、法則和標準等問題，同時還要加強兩國政府在相關基礎設施資助和建設方面的經驗交流等。

2019 年 11 月 6 日，中國石油化工集團有限公司與法國液化空氣集團在北京人民大會堂簽署合作備忘錄，探討加強氫能領域合作。中國石化將成立氫能公司，致力于氫能技術研發及基礎設施網絡建設，并引入國際領先的氫能企業作為戰略投資者，聯合打造氫能產業鏈和氫能經濟生態圈，共同推動氫能和燃料電池汽車整體解決方案在中國的推廣和應用。

荷蘭是歐盟氫能及燃料電池行業產學研一體化最強的成員國之一，而中國是世界上最大的制氫國，雙方在氫能領域的合作空間十分廣闊。荷蘭SHV 能源集團中國分公司與雄川氫能科技有限公司達成合作，在2019 年7 月份正式啟用在中國廣東建設的第一座加氫站，該加氫站具有每天為30 輛氫能大巴或100 輛卡車加氫的能力。2019 年9 月23—28 日 ，由 荷蘭海爾德蘭省國王專員 JohnBerends 率領的氫能貿易代表團訪問了湖北武漢和江蘇如皋，中國國際貿易促進委員會武漢市分會和荷蘭東部地區國家經濟發展投資局簽訂了合作備忘錄，體現了雙方對發展零污染氫能及燃料電池技術的積極態度。

綜上所述，擁有先進氫能技術的國家都在加強同中國企業的合作，以期待在未來中國氫能市場的開發與競爭中處于有利地位。這對中國氫能產業發展帶來兩方面的影響。首先，加強與其他國家的合作有利于中國引進先進氫能技術，縮短從研發到市場化的時間周期，快速彌補中國在該領域與世界先進水平的差距。其次，也應注意到國外氫能技術在中國的大規模產業化應用也會對中國氫能領域的民族產業發展帶來“擠壓效應”，如何在引進先進技術與保護民族產業的方面進行平衡，是今后在進行氫能國際合作方面需要認真思考的問題。

      五、結論