更多内容请点击

“双碳”目标下氢能的发展现状与应用前景

王杰 ,  逯雅梅

现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (S1) : 22 -23.

PDF (1541KB)
现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (S1) : 22-23. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.S1.005
技术进展

“双碳”目标下氢能的发展现状与应用前景

作者信息 +

Development status and application prospect of hydrogen energy under “dual carbon” goals

Author information +
文章历史 +
PDF (1577K)

摘要

氢能作为极具潜力的清洁能源载体,在实现绿色低碳转型和“双碳”战略目标过程中将发挥重要作用。综述了氢能的发展现状,重点介绍了氢能在化工、交通领域的应用及面临的挑战。

Abstract

As a potential carrier of clean energy,hydrogen energy will play an important role in achieving green and low-carbon transformation and the strategic goal of “dual carbon”.This paper summarizes the development status of hydrogen energy,and focuses on the application and challenges of hydrogen energy in the fields of chemical industry and transportation.

关键词

氢能源 / 可再生能源 / 碳中和 / 燃料电池

Key words

hydrogen energy / renewable energy / carbon neutral / fuel cells

引用本文

引用格式 ▾
王杰,逯雅梅. “双碳”目标下氢能的发展现状与应用前景[J]. , 2025, 45(S1): 22-23 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.S1.005

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

随着经济和社会的快速发展,传统化石燃料(石油、煤和天然气等)的消耗正在以前所未有的速度和规模急剧增加[1-2]。然而,过度的能源消耗导致一系列环境问题,如空气污染、水污染、全球变暖和资源短缺等。因此,寻求清洁、可持续能源替代化石燃料迫在眉睫[3]。近年来,全球能源绿色发展战略加快推进,新能源在能源转型中的价值逐渐凸显,发展前景广阔。由于高能量密度和零碳排放,氢气被认为是可替代化石燃料解决能源危机和缓解日益严重的环境问题的清洁能源载体[4-5]。传统的制氢方法主要包括煤气化、天然气重整及工业副产氢等[1],这些制氢过程中不可避免会产生大量CO2,不利于实现碳中和。以可再生能源(如太阳能、风能等)驱动的电解水制氢技术获得的绿氢是一种解决方案,它不仅可以满足电力、工业、交通及储能等行业需求,同时可满足我们日益增长的能源需求[6]。然而,从化石燃料向氢能源转化需要更加高效的技术,以实现清洁、可持续和廉价的氢气生产、储存和利用。

1 氢能的发展现状

1.1 国外氢能发展

近年来,为积极应对气候变化和能源结构转型发展,全球多数国家将氢能作为实现碳中和的重要路径之一,加速布局氢能产业链[7]。美国最先提出“氢经济”概念,随后连续出台与氢产业相关的政策、法案,减免与氢相关产业税收、增加制氢设备投入,多方面促进氢产业链发展和应用[8]。日本早在2014年就提出要建立“氢能社会”,之后陆续制定《基本氢能战略》《第六次能源基本计划》等,通过政策、资金支持、政企合作等大力推广氢能和燃料电池商业化应用[9-10]。韩国自2019年发布《氢能经济发展路线图》以来,持续出台涉氢产业相关政策,以引领全球氢燃料电池汽车和燃料电池市场发展[11]。欧盟提出欧洲氢战略,大规模发展绿氢技术,从而推动氢能源在汽车制造业的应用[8]。法国率先尝试氢能源在轨道交通领域的应用[12]。

1.2 国内氢能发展

近年来,我国氢能产业在政策支持、技术创新驱动、产业布局下迅速发展,逐渐向商业化、大规模化过渡。2019年,氢能首次列入政府工作报告。2021年,“十四五”规划纲要将氢能作为前瞻谋划的六大未来产业之一。2022年,国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分、是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体、是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向[13]。近3年国家出台的涉氢政策如表1所示。与此同时,各省市契合区域经济发展,制定氢能相关产业发展规划和政策,构建完整的“制—储—输—用”氢能产业链,积极布局加氢站、氢燃料电池汽车示范化应用[7]。众多大型能源企业及上市公司加快布局氢能产业链,并取得了一批技术研发和示范应用的成果。因此氢能在交通领域得到广泛应用,如北京冬奥会使用的燃料电池汽车、中车集团研发的氢燃料电池混合动力调车机车和氢能源燃料电池有轨电车等[12]。

2 氢能的应用

2.1 化工行业

氢能是化工行业重要的原料,主要应用在合成氨、甲醇合成、石油化工加氢处理、煤制油等过程[14]。目前化工行业氢气的来源主要是煤气化、甲烷重整、石油冶炼过程等,且存在碳排放问题。随着可再生能源驱动的制氢技术的发展,将为化工行业低碳转型发展提供有效路径。例如,使用绿氢生产合成氨、甲醇或取代钢铁冶炼过程的焦炭还原剂,能有效实现化工产业低碳或零碳排放。然而,由于生产成本较高、氢气输送管网及储运等原因,绿氢在化工生产中的应用比例较低[14-16]。因此,大规模推动可再生能源制氢在化工行业的应用也是未来氢能产业发展规划的重要组成部分。

2.2 交通行业

氢能源在交通行业的应用主要是通过氢燃料电池和氢内燃机将化学能转化为动能。与电驱动相比,氢能驱动具有低温工况下运行稳定、续航时间长等特点[15,17]。因此,氢燃料电池可应用于卡车、火车、机车等领域。美国、日本、韩国等在氢能源汽车布局比较早,同时在乘用车、货车、轨道交通领域有示范应用[18]。伴随着绿色低碳转型发展,我国氢能源在交通领域迅速发展。2022年北京冬奥会期间上千辆氢燃料电池车示范运营;同年11月,鹏飞集团投运百辆氢能源重卡。自《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》发布以来,全国各地密集布置氢能产业发展规划及燃料电池汽车发展规划。据统计,到2025年末全国将建成1 000座加氢站,燃料汽车将超过5万辆[19]。
近年来,我国氢能源在轨道交通领域取得一定应用,如2017年中车唐山机车车辆有限公司下线的氢燃料电池有轨电车开始运营,2019年中车青岛四方机车车辆股份有限公司研制的氢能源有轨电车开始运营,2021年中车大同电力机车有限公司下线的全国首台氢燃料电池混合动力调车机车开始运行[12]。此外,氢燃料电池技术已成为船舶行业降碳的重要发展方向[17]。依靠氢燃料电池的优越性能,氢燃料电池船舶示范应用取得实质性进展,如三峡集团的“三峡氢舟1号”作为我国首艘氢燃料电池动力船已经运行一年,实现了零碳排放、零污染的绿色航运。

2.3 其他行业

氢能源在航空、电力等领域也有广泛的应用,如氢燃料电池、氢燃料航空内燃机等被多家航空公司或研究院开展示范应用[20]。发电过程主要是通过氢燃料汽轮机将氢气燃烧产生的化学能转化为动能,实现氢-电高效转换[8]。

3 结论

氢能是一种清洁、零碳排放、可持续的二次能源,在实现绿色低碳转型和“双碳”战略目标过程中将发挥重要作用。在相关政策和技术创新支持下,我国氢能源在化工、交通、航空等领域实现示范性应用。但氢能全产业链中“制—储—输—用”各关键环节仍然面临诸多挑战,因此要实现氢能源大规模产业化应用,需要政企多方合力,加大氢产业链各环节技术研发和基础设施建设。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用
[1]

Luo H, Barrio J, Sunny N, et al. Progress and perspectives in photo- and electrochemical-oxidation of biomass for sustainable chemicals and hydrogen production[J]. Advanced Energy Materials, 2021, 11(43):2101180.
[2]

Wu T, Sun M Z, Huang B L. Non-noble metal-based bifunctional electrocatalysts for hydrogen production[J]. Rare Metals, 2022, 41(7):2169-2183.
[3]

Yang G, Jiao Y, Yan H, et al. Electronic structure modulation of non-noble-metal-based catalysts for biomass electrooxidation reactions[J]. Small Structures, 2021, 2(10):2100095.
[4]

李佳轶, 周伟, 陈帅, 等. 生物质辅助电解水制氢及协同制备高值化学品研究进展[J]. 工程热物理学报, 2022, 43(6):1429-1443.
[5]

Patil S J, Chodankar N R, Hwang S K, et al. Co-metal-organic framework derived CoSe2@MoSe2 core-shell structure on carbon cloth as an efficient bifunctional catalyst for overall water splitting[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 429:132379.
[6]

苗安康, 袁越, 吴涵, 等. “双碳”目标下绿色氢能技术发展现状与趋势研究[J]. 分布式能源, 2021, 6(4):15-24.
[7]

戴远哲, 涂远东, 曹圆媛. 我国氢能产业发展现状、制约瓶颈及应对策略[J]. 能源研究与利用, 2024,(4):29-33,39.
[8]

黄晟, 杨振丽, 李振宇. 氢产业链发展的路径分析[J]. 化工进展, 2024, 43(2):882-893.

[9]

万燕鸣, 熊亚林, 王雪颖. 全球主要国家氢能发展战略分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(10):3401-3410.

[10]

王守信, 马娜, 秦凡. 中国氢能产业有序发展面临的挑战与对策[J]. 现代化工, 2023, 43(9):1-5.

[11]

施昱萱, 张志全. 国内外氢能产业发展实践对比及对我国的启示[J]. 应用化工, 2023, 52(8):2377-2380.
[12]

王娇, 张擘, 齐洪峰, 等. 我国氢能源列车发展研究[J]. 铁道运输与经济, 2023, 45(9):162-168.
[13]

葛书强, 杨中桂, 白洁, 等. 可再生能源制氢技术及其主要设备发展现状及展望[J]. 太原理工大学学报, 2024, 55(5):759-787.
[14]

陈佳明, 裴志刚, 姚建生, 等. 双碳目标下绿氢在石油和化学工业中的应用途径[J]. 化学反应工程与工艺, 2024, 40(5):468-480.
[15]

邹才能, 李建明, 张茜, 等. 氢能工业现状、技术进展、挑战及前景[J]. 天然气工业, 2022, 42(4):1-20.
[16]

陈科宇, 徐金鑫, 吴桂波, 等. 绿氨产业现状及发展展望[J]. 化工进展, 2024, 43(5):2544-2553.

[17]

孟翔宇, 顾阿伦, 曾静, 等. 中国氢能交通产业的现状、挑战与展望[J]. 科技导报, 2024, 42(3):6-26.

[18]

刘东. 我国氢能源汽车产业发展的关键问题及对策[J]. 中国科技人才, 2023,(4):51-57.
[19]

王明华. 国内氢能应用场景分析及发展前景预测[J]. 石油炼制与化工, 2023, 54(9):18-23.
[20]

万雄, 王鹏, 张海龙, 等. 航空动力领域氢能关键技术研究现状与趋势[J]. 西华大学学报(自然科学版), 2024, 43(5):8-15,46.

基金资助

山西科技学院大学生创新训练计划项目(S202413597025)

AI Summary AI Mindmap
PDF (1541KB)

286

访问

0

被引

导航
相关文章

AI思维导图

/

〈 〉

京ICP备09035943号-37
版权所有 ©《现代化工》编辑部
地址：北京市朝阳区安定路33号化信大厦B座206　邮政编码：100029
编辑部电话：010-64444090　E-mail:mci@cncic.cn
技术支持：北京玛格泰克科技发展有限公司