关于氢能源的研究现状及展望研究

（晋能控股煤业集团氢能源项目部，山西 大同  037000）

摘 要：随着对于环境保护的重视，发展绿色能源已经成为各个国家的战略目标。氢能源作为新型的二次能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能源因其清洁性、便捷性、高热量、无污染等特点，被广泛应用到各个领域，如交通、航天、发电、通讯等行业。本文主要介绍了氢能源发展现状及未来的发展前景。

关键词：氢能源 ；二次能源 ；研究现状；发展前景

目前石油、天然气、煤时我国的主要能源，这些都是不可再生能源，在燃烧过程中容易产生温室气体二氧化碳，导致全球气温变暖，这些化工能源日益减少，目前需要找到可替代的新能源。氢能源相比太阳能、风能、水能等能源，环保性能较高。氢能源作为新型清洁能源，其清洁、环保、能量转化率高等特点被广泛应用。氢能源从开发到被利用的整个过程可以实现零污染、零排放，被视为21世纪的新型绿色能源。氢能源的生产和开发没有地域的限制，并且容易存储，开发成本较低，目前各个国家将氢能源列入重点能源，大部分国家都将氢能源列入发展规划当中。

1  氢能源的概念及其特点

1.1 氢能源的概念

氢能源是一种可再生的新能源，目前世界各国在积极开发中。氢气与氧气发生燃烧反应释放能量，氢原子和氧原子结合生产一个水分子，在燃烧过程中，燃烧产物不会产生二氧化碳、二氧化硫、烟雾等有害大气的物质，所以对比太阳能、风能、水能等能源，氢能又有很强存储性能，所以氢能源也被认为是最理想的新能源。

1.2 氢能源的特点

氢能源的热量值可达142351 kJ／kg，排除核燃料外，氢能源时所有化工燃料核生物燃料中热量值最高的，比汽油的热量值高出三倍，目前氢能被广泛应用于航天燃料中，是航天推进器的主要燃料。

氢能源的易点燃，燃烧快，在空气中即可燃烧，燃点较高，燃烧速度较快，因其燃烧性能好，被广泛使用。

氢能源本身是属于无毒能源，且发生燃烧后所产生的化学物质也无毒无害，主要生成水和少量的氮化氢等物质，不会生成一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等对环境有害的污染物，燃烧产生的少量氢化物可以不用处理，这也不会对空气产生污染，生成的水可以再次循环利用，节约能源。

氢化物可以是气态、液态、固态金属氢化物，存在形式多种多样，同时能适应各种运输和存储方式，不受地域和环境的限制。氢能通过燃烧反应可以产生热能，热能在发动机的作用下可以产生机械能，氢能也可以作为能源材料用于电池的生产，或者是生成固态氢作为结构材料的一部分。利用氢能源取代其他的化工材料，生产成本较低，不需要购进技术设备，只需要对现有的内燃机进行改进升级即可投入生产。

氢能源因其高效、清洁、可再生的零碳能源，已被各个国家广泛应用，氢能源作为21世纪的新型清洁能源，让人们不再依赖煤、石油、天然气等不可再生能源。

2  国内外对于氢能源的研究分析

2.1 国外氢能源的发展现状

现如今，从全国氢能源产业布局来看，燃料电池汽车最具有利用价值，其优势是环保性、能量转化率高、续航里程长，目前这个领域是氢能源最具开发意义的，美国、日本、欧盟地区已经开始研究。在一些欧盟国家，一些主流汽车厂商已经开始构建氢能源电池燃料的开发联合部，德国计划会创建100座加氢站，覆盖到各大城市中。预计到2023年，德国要创建10万辆氢燃料电池汽车，预计要增加400个加氢站。日本是一个资源较为匮乏的地区，所以他们对于氢能源的研究更早，现如今燃料电池汽车也是日本主要的科研方向。日本将氢能源视为重要能源，目的是未来将氢能源广泛应用于社会生产中，日本投入大量资金和科研手段，在氢能源的开发和制造方面有处于领先地位。预计到2025年，日本预计会创建4万辆燃料电池汽车，160个加氢站。日本为了推动此项目的发展，政府将投入专项政策补贴用于研究燃料电池汽车。在美国，由于国内各种政治力量和利益的纠纷，导致氢能源的开发计划上表现的不够坚决。2003年，政府计划投入17亿资金用于氢能源的开发研究，但是去年有开始削减开发资金，但是美国各大企业较为热衷氢能源的开发与制造。

2.2 我国氢能源的研究现状

最近几年，我国新能源汽车不断发展，年均增长速度达到50% ，但是在燃料电池汽车的研究上不够具有优势，其主要的问题是目前我国技术不够成熟，研发成本较高。随着我国科研计划和技术创新工程的不断帮助下，我国在氢能源燃料电池汽车上也有所进步，目前我国已经充分了解了氢能源燃料电池汽车的开发技术，已经具备了动力系统与整车的生产能力。并且已经在北京奥运会和上海世博会进行了规模示范，一些厂商的示范车辆可以失实现一次加氢350km的续航能力。目前建立了11座加氢站，7座（4座拆除）在运行中，剩余的加氢站主要用与科研项目。目前国内部分城市已经与全球技术领先的合作厂商共同创建氢燃料电池企业，已经实现正常生产。

目前我国拥有丰富的氢能，专家表示氢能的生产形式要多样化，不仅要利用传统化工燃料进行生产制造，也要利用绿色能源，如风能、水能、太阳能等，使得氢能源被广泛应用，降低对环境的污染，实现我国能源和经济可持续发展的战略目标。利用我国的庞大市场前景，快速实现氢能源与世界接轨，为世界氢能源的发展做出贡献。我国会加快氢能源的研发力度，尽快摆脱对传统化工能源的依赖。

3  我国氢能源发展的主要问题

氢能源开发利用过程中，主要有两类问题，第一，氢能源的制造过程，目前制氢主要是利用存量有限的化工能源，这种方式制氢不但污染环境，能耗高，制氢效率低。所以研发出成本较低的制氢方法是我国氢能源开发的主要问题。第二，氢能源的存储和运输问题，目前我国氢能源的存储和运输方法危险系数较高，氢能源相比气态、液态燃料危险性更好，因其极易暴露，易燃烧，如何安全生产氢能源，也是我国主要面临的问题。

当前，在氢能源产业链的部分环节，我国已经取得了阶段性的成果。氢能源作为一种新型清洁能源，后期能否大规模的投入使用，一是需要在技术阶段有所进步，二是需要在氢能源的存储、运输、应用场景上要充分考量。我国在氢能源燃料电池的开发商， 目前关于催化剂、质子交换膜还停留在样品阶段，氢能源燃料电池的产业链规模还不完善，运输成本较高，还不能投入商业生产。我国氢能源生产的主要问题;第一，燃料电池系统的可靠性、稳定性有待提高，燃料汽车电池的使用寿命有待提高；第二，燃料电池环境适应能力较差，低温启动问题还没有进一步解决；第三，所有催化剂、电解质膜等开发技术还有待突破；第四，制氢系统的核心零件目前主要是靠进口，开发成本较高。

4  未来我国氢能源发展重点

我国氢能源的开发重点需要重点攻克技术难关。希望能尽快解决低温启动问题，提高电池持久性、延长电池的使用寿命，为了降低整车的生产成本，扩大燃料电池的生产产能，我国需要做好以下几方面。

4.1 传统化工厂进行改造

我国拥有全球最大的煤炭资源，通过煤炭制氢是我国氢能源开发的主要方法，未来希望我国在节能降耗的同时，可以利用绿色能源进行制氢，降低对空气的污染。

4.2 燃料电池所需的设备和材料

催化剂、电解质膜是我国燃料电池开发需要的重点材料，还有氢气循环泵、空气压缩机等主要设备，这些设备和材料希望能加快研发、加快产业化的步伐。

4.3 氢能源产业链的制氢和存储

氢能源的上游产业链主要是制取、存储和运输，如何高效、低成本的制氢储氢是我国要科研方向，储氢主要包括气态氢气管道、液态氢气管道、固态氢气管道等，需要将各种储氢方式产业化。

4.4 创建加氢站

加氢站主要是燃料电池车辆能源供给地，想要发展燃料电池车辆，创建加氢站是重点，中国加氢站的数量远少于欧盟、美国、日本等国家，随着燃料电池汽车的发展，我国会加大加氢站的建设。

5  氢能源的发展前景

在对国内外的氢能源分析得出，氢能源作为一种新型清洁能源，主要是因为清洁性、高效性、零污染和可再生性被世界各国列为重点能源。我国氢能源的发展相比其他国家较慢，整体核心技术还是依靠国外的技术支持，生产效能较低，这都阻碍了我国氢能源发展的脚步。我国目前的发展目标是减少与发达国家的差距，规划我国氢能产业布局，攻克技术障碍。利用我国现有的能源结构进行制氢，同时也利用绿色环保的能源进行制氢。使得我国氢能源的生产实现最大化，为了实现氢能源在我国规划化，产量化生产，我国还要不断引进国外的先进技术经验，不断完善制氢管理制度，科学合理化制氢储氢，提倡节能环保的理念。

6 结语

目前世界各国都面临着能源危机，加快新能源的开发与生产是每个国家的发展目标。利用生物制氢是解决能源紧缺的主要方式，不断可以降低对环境的污染，还可以实现废物再利用。随着能源需求量的不断增加，氢能需求也不断增加，如何快速制氢是现在主要的研究方向，想要实现规模化产氢，我国在这方面还要继续研究。

参考文献

[1] 方新湘‚周华．我国氢能源开发与生物制氢研究现状 ［Ｊ］新疆农业科学‚2004‚41‚85～87

[2] 顾年华等．21世纪我国新能源开发展望 ［Ｊ］．中国能源‚2002‚（1）25～28

[3] 任南琪．生物制氢技术的研究与发展 ［Ｊ］．能源工程‚2001‚（2）：18～20

[4] 牛松森等．发展新能源的新趋势：开发煤层气 ［Ｊ］．山东环境‚2002‚（2）：20～25

[5] 王恒秀‚李莉‚李晋鲁等．一种新型制氢技术 ［Ｊ］．化工进展‚2001‚（7）：12～15

[6] 吴承康‚徐建中‚金红光．能源的发展战略研究 ［Ｊ］．世界科技研究与发展‚2000‚22（4）：20～25

[7] 谢伏瞻． 应对气候变化报告(2018) 聚首卡托维兹［M］． 北京: 社会科学文献出版社，2018

[8] 中国氢能联盟．中国氢能源及燃料电池产业白皮书［EB/OL］.2019－10－01］． https:/ /www． nengapp．com/news/detail/3163178

[9] 中国产业研究院． 2021—2025 年中国氢能产业链深度调研及投资前景预测报告［Ｒ］． 北京:中国产业研究院，2019

[10] 赵佳俊，王培红． 主流燃料电池技术发展现状与趋势［J］． 上海节能，2015，4(10):199 －203．