2022年，隨著世界局勢變化，以及歐洲已經開始突現出的能源安全問題，使越來越多的人意識到，能源安全問題是一個著力發展制造業的國家需要面對的核心問題。對中國的汽車產業來說，解決能源安全也是必修課——圍繞新能源發展，從光伏、風電和新能源汽車（純電動和插電/增程）一路形成閉環，是否就完全能跑通呢？

對此我的理解是：中國領土廣袤，在電網建設方面的投入相當巨大；從長遠發展來看，解決中國能源安全，兼容化石能源和新能源，氫能經濟將是未來發展的主題之一。事實上，在全球能源轉型、實現碳中和過程中，氫能承擔著不可替代的重要角色。而中國具有良好制氫基礎和大規模應用市場，氫能產業正在呈現積極發展態勢。

目前光靠化學儲能系列來驅動中國能源是有短板的，我們看到鋰電池配合太陽能和風電這系列組合，在鋰電池資源上游段，已經出現了一定層面的資源問題。中國的能源安全問題，是需要靠幾條腿走路的。氫燃料電池技術，將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能，也可以做成氫燃氣能機。而氫儲能具備幾個優勢：大容量長時間的儲能可充分利用再生電力；儲能具有可觀的規模經濟性；制儲運方式靈活（管道，可以拖車，高壓電、長途輸電、長途制氫等等）。如果能大規模應用，可以成為未來解決能源危機的終極方案。

Part 1

氫能的發展

氫能有儲量豐富、能量密度高、可循環利用的特點，且能達成溫室氣體零排放，是中國實現2060年碳中和目標不可忽視的能源構成，也是未來國家能源體系的組成部分。 中國是目前全球第一產氫大國，統計顯示，目前國際制氫年產量6300萬噸左右，中國是世界上最大的制氫國，年制氫產量約3300萬噸，占世界氫產量的三分之一。

但這些產能中，煤制氫和天然氣制氫占比近八成，氯堿、焦爐煤氣、丙烷脫氫等工業副產氫占比約兩成，綠氫規模很小。綠氫是中國的氫能行業的發展發向，潛力巨大。

什么是綠氫？按制氫的來源來區分，氫能可以分為：藍氫和綠氫，還有灰氫。

●灰氫（Grey Hydrogen）：是通過化石燃料燃燒產生的氫氣，事實上這類氫氣約占當今全球氫氣產量的95％。氫原子并不存在于自然界中，向于依附在化學化合物、碳水化合物以及碳氫化合物等物質中的氧和碳原子。使用的電力由化石燃料產生，那將其稱之為灰氫。生產灰氫的過程中會形成副產物，例如二氧化碳等溫室氣體。

●藍氫（Blue Hydrogen）：也由化石燃料產生而來，主要來源是天然氣。融入了碳捕獲與儲存技術，事實上全球范圍內藍氫比綠氫更難獲取。

●綠氫（Green Hydrogen）：如果們使用清潔電力（零碳排），產生的氫就是綠色氫，綠氫是利用可再生能源、通過電解工序產生的，其碳排放可以達到凈零。

▲表1.三種氫氣的比較

綠氫是我們能源戰略目標的重要發展方向，這從綠氫的獲得途徑可以看出。

由光伏和風能構成的綠電，是生產綠氫最理想的能量來源。“風光”綠電+綠氫，是互相成就的雙環保路線。

◎太陽能、風能轉化為綠電，通過電解水設備產生綠氫，氫燃料電池的發電效率與綜合能效遠高于傳統化石能源（是石油的3倍、酒精的3.9倍、煤炭的4.5倍），還是零碳排放。 ◎在風電和光伏發電的聚集區建設制氫基地，能有效消納風光電能。風光發電有很強的波動性和隨機性，將風光電用于電解水制氫，可提高能源儲存，拓展電能利用。

◎中國規模化的風電和光伏基地都在欠發達地區，如新疆、內蒙古、甘肅等，當地對風光電的消耗十分有限。氫氣需求被打開，不僅為光伏風電網找到了規模化的大市場，也將進一步促進綠電產能的優化。

配合特高壓進行傳輸，以及部分電能的儲存需求，綠氫產業有著極大的市場前景，單在中國便有著萬億的產業潛能，綠氫將是中國通往2030和2050年重要的能源介質。

在中國，蓬勃發展的氫能燃料電池汽車就是綠氫的先導和突破口。伴隨著中國的新能源汽車革命，越來越多的可再生能源被利用發電，電可以制備氫能——氫和電作為可再生能源革命的兩個主要的能源載體，可以實現互換。

Part 2

綠氫的制備

綠氫制備方式中主流的是通過可再生能源發電所得電力接入電解槽電解水制氫，電解水制氫技術主要有堿水電解（AWE）制氫、質子交換膜（PEM）純水電解制氫和固體氧化物電解（SOE）制氫技術三種。

事實上，要發展綠色制氫產業，主要是依靠電解水制氫。面向近中遠期，中國也在開展三種電解水制氫技術的研發。

●堿水電解制氫：目前在市場化中最成熟的電解技術占據著主導地位，堿性電解液通常采用氫氧化鉀水溶液，在電解水制氫過程中輸送離子。通過多孔石棉來分離水產生氫氣和氧氣。●質子交換膜純水電解制氫：PEM電解槽由2個電極和1個膜組成，不需要電解液，只需要純水，使用膜電極組件，電極材料為多孔鉑，催化劑附著在交換膜表面。

●固體氧化物電解制氫：水蒸氣進入管狀電解槽后，在陰極分解成H＋和O2－，H＋獲得電子生成氫氣。

▲表2.電解氫主要方法對比

未來綠氫的制取成本還將持續下降——伴隨著可再生能源發電成本的持續下降、規模經濟、現有項目的經驗積累以及技術進步，都將使綠氫成為更具經濟性的能源。從目前來看，2050年，綠氫發電潛在總市場將達到1萬億美元。綠氫產業路線剛剛起步。

Part 3

電解水的瓶頸和解決方案

但是，目前采用電解水制備氫能主要有幾個問題：

●安全：首先面臨的難點是，現有制氫裝備多來自主流技術路線，生產過程中各種問題比較多。

氫比其他礦物然料更具有易燃易爆性，氫氣無色無味，易泄漏擴散；氫氣在常溫常壓空氣中的可燃濃度為4%～75%（體積分數），可燃范圍寬；氫氣在常溫常壓空氣中的爆轟極限為18.3%～59%（體積分數），爆轟速度為1480m/s～2150m/s。當氫氣泄漏與空氣或其他氧化劑結合時很容易著火，并會釋放出很大的能量爆轟的特點是突然引起極高壓力，并產生超聲速的沖擊波。氫氣的易燃易爆特性與石油天然氣有很大區別，其威力和破壞性極強，其后果也要嚴重得多。

這對制氫設備的嚴密性提出了極高的要求。

●成本

電解制氫所需消耗的電量十分龐大，約占總生產成本的75％，這個成本之高，令人望而卻步。囿于成本難題，目前綠氫制氫成本達到17.7元/kg，是灰氫制造成本的3倍。 可見平價制氫將是綠氫得以普及的關鍵。當前制約電解水制氫的主要為電力成本，這個環節需要解決效率和成本的問題。

由于電解水制氫的瓶頸，再加上能源需求上還有低廉的替代方案，長時間以來，技術層面沒有大的突破。目前行業對人員和技術創新很有要求。但隨著能源安全的議題被提上日程綠氫的戰略前景，這個前瞻性的領域里面，有不少在默默努力的公司，也有越來越多的有識之士加入這個產業鏈。

比如海德氫能，作為一家綠氫制取、氫儲能及氫安全解決方案提供商，這家企業致力于引領綠氫行業技術創新。今年8月，海德氫能在鄂爾多斯發布了自研電解水制氫系統“氫舟”，集成三大綠氫科技：氫安全技術海德SENSOR 2.0、云帆電解制氫單片、制氫數字化平臺COMPASS，針對目前困擾綠氫制造行業痛點，提供安全、高效、智能的先進綠氫制備解決方案。

●安全

前面提過，因為氫一旦泄露很難及時發現，容易造成嚴重后果。因此對氫氣的監測提出要求。

海德SENSOR 2.0無線氫安全傳感器可以實現對氫氣泄露實時監測，將爆炸風險降到極低。這個傳感器的前身，曾亮相冬奧會主火炬臺的上，為奧運圣火保駕護航。在第一代的基礎上，海德氫能推出了無線的2.0版本，不僅在使用上更方便，更是在安全系數上進行了提升換擋，具備更多測點，反應更精準。

●效率

制氫的成本，是阻礙氫能推廣普及的關鍵。在電解水制氫行業一直在提升設備效率方面進行技術創新。

海德氫能推出的標準化方形制氫單片“云帆”，這是一種可以動態擴展的標準化制氫單元，大幅提升制氫整體運行效能，為綠氫低成本、大規模落地提供了技術上的可能性。相比傳統的圓形電解單元，云帆的薄片方形結構有更均勻的流場分部，對隔膜沖擊更小，讓電極反應更充分，從而提升電流密度。利用云帆拓展性，氫舟可實現50標方/小時到單一預制艙500標方/小時的產量拓展。對于制氫廠房內方案，云帆可單槽拓展至1000標方/小時。基于標準化制氫單元“云帆”，“氫舟”系統得以滿足不同規模、不同環境客戶的綠氫制備需求。

●數字化管理

云帆除了具備靈活行，還在單片上集成了追蹤系統，通過智能檢測CVM技術，能實時巡檢采集每一單片的信息，即時跟蹤設備運行情況；具有數字孿生、安全預警、智能運維、能量管理四大功能，實現在云平臺上“所見即所得”。

硬件層面的智能性、靈活性、便利性，可以支持打造了制氫數字化云平臺，可以實現全國部署全天候監控。出現故障后維修只需要更換報錯單片，無需整機運輸返場維修，整個設備的維修時間由過去的數周縮短至數小時。“云帆”讓制氫走向數字化、精準化管理新階段。

這些技術整合在一起構成的“氫舟”，能夠讓技術具有很好的落地特性。目前，海德氫能已經落地內蒙古首個零碳智慧制氫示范項目，還將與碳中和研究院共建1MW光伏示范區，實現院內氫能源應用閉環。

小結：未來中國要實現碳中和，綠氫要達到8000萬噸以上的目標。國際氫能委員會預測到2050年全球氫能利用的二氧化碳排放情況累計減少800億噸，2050年當年減少70億噸。在這個過程中，綠氫是整個可再生能源的重要一步，海德氫能提供的“氫舟”技術，為電解水制備過程中提供了重要一環。

氫能的產業鏈很長，氫能燃料電池汽車是一個先導的突破口；氫電的互換技術、氫儲能、氫動力，運輸和應用，我們正在一步一步地改進技術路線。而綠氨應用范圍也極具發展空間，未來的遠洋貨輪、長途飛機，都可以用用燃氣輪機作為備選方案。整個產業鏈需要更多的“海德氫能”這樣的行業先驅，通過技術創新和產業實踐，帶動氫能全產業鏈的發展。

審核編輯：郭婷