全球氢能四种典型发展模式及启示

“百年老店”、多元化电子电气产品制造商日本东芝集团（Toshiba）正在全力布局有“未来能源”之称的氢能，并将大规模可再生能源制取“绿氢”视为低碳能源时代的完美解决方案。

近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间，东芝多位高管对澎湃新闻表示，除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外，东芝非常看好氢能在中国的发展前景。

放眼全球，日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出，到2030年要确立国内可再生能源制氢技术，构建国际氢能供应链，长期目标是利用碳捕获（CCS）技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言，用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能，无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。

日本能源转型历程

“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发，进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品，已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝（中国）有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示，早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下，该公司内部近十年间全面提升氢能体系，东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。

据介绍，东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合，启动时间不到5分钟，高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。

东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上

典型场景如东芝的新氢能综合应用中心，利用太阳能电解水制备氢气，并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样，不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳，而且，因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料，从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。

当突发灾难时，这套小型分布式能源亦可大显身手，作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。

纯氢固然样样好，但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解，上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。

张童表示，全球可再生能源快速发展，但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国，风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大，弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来，在需要时再调取，就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来，制出来的氢完全是绿色的。”

他认为，在该领域，东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累，目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段，东芝呼吁政府对全行业予以政策支持，鼓励更多企业参与氢能产业链的完善，并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下，氢能成本才能随着规模化效应快速下降。

氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场，使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求，并联合中国合作伙伴一起开拓市场。

实际上，东芝对于“终极能源解决方案”的认识，在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者，旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因，东芝最终选择剥离核电资产。

今年10月，日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布，日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前，日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。

“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声，很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道，福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前，日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能，但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增，欧洲主要国家纷纷选择弃核。

宫崎洋一称，除了重点业务氢能之外，目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术，可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言，在水电领域，东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队，已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机；光伏领域，东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用，住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用；地热领域，东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备，以设备容量计处于全球第一。

福岛氢能研究基地（FH2R）

在日本国立的新能源产业技术综合开发机构（NEDO）牵头下，东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地（FH2R）已于今年2月底建成。

FH2R系统概览

该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置，正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统，还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。

校对：刘威

我国可再生能源制氢将会在2030年实现平价，相信大家对于氢能还没有一个具体的了解。随着我国的发展和经济实力的不断提高，科学技术也是变得越来越高级，对于很多资源也是实现了可以再生，因为现在很多资源在使用的过程中会对我们的环境产生破坏，比如煤炭。所以说我们也是在不断的开发出新的洁净能源。氢能就是这些能源当中的一种，在未来，它具有非常好的发展前景，所以在未来的生活当中，氢能可能会作为我们最主要的使用能源出现。

首先我们要对氢能源有一定的了解，氢能源就是可再生的二次能源，它能够通过一些可再生的方式从其他反应那里制出来氢能源，这也是它之所以是清洁能源的主要原因，因为我们知道，很多能源是不可再生的，就比如说煤炭，如果说我们对于煤炭过度开采的话，那么肯定会出现匮乏的现象，因为煤炭作为自然资源，它是长期储藏在地下的并且不会再生。如果我们对它过度使用的话，肯定有一天会出现灭绝的现象，氢能并不会，它属于可再生能源，我们使用完以后可以从其他的反应当中来制取这样就能够达到一个循环的作用，也是出于这个角度亲能才会被作为是清洁能源被开发。

当氢能实现平价以后将会有非同凡响的意义，首先对于我们国家来说就会实现一更高级的能源使用形式。因为氢能是可再生的清洁能源。所以说在未来将会让我们的科学研究变得更加高效，且清洁将不会再对我们的生活环境产生破坏。在近几年因为过于注重国家的发展，而忽略了能源对于环境的破坏，导致我们现在的生态环境已经发生了质的改变，温室效应的影响也是越来越严重。所以氢能能的出现将会在很大程度上改变这样的局面，并且也会被其他国家所效仿，这就是氢能最大的用处。

其次就是在它实现平价之后，将会有更多的人能够使用的起亲能，在之前我们仅有煤炭的时候，很多人就因为经济实力的原因，没有使用煤炭的经济条件。再到现在大家都普遍使用天然气，也仍然有一些贫困地区依然无法享受到这一待遇。那么在未来，如果说氢能能够实现平价的话，我国的大部分居民都会有生活条件来使用如此清洁的可再生能源，这将会对大家的生活和各方面带来很多的便利，并且还会节省大家的金钱，对于提高我们国家的居民水平有很大的帮助。

生物制氢可以分为光解水制氢、厌氧细菌制氢、光合细菌制氢 根据所用的微生物、产氢原料及产氢机理不同,生物制氢可以分为光解水制氢、厌氧细菌制氢、光合细菌制氢等3种类型，其特点如表1所示。 绿藻 以水为原料，太阳能转化率较高 产氢过程需要光照，光强度的影响较大，系统产氢不稳定，同时产生的氧对反应有抑制作用。 蓝细菌 以水为原料， 产氢主要由固氮酶完成，可以将大气中的N2固定 产氢过程需要光照， 产氢速率低，产生的氧对固氮酶有抑制作用 厌氧 细菌 不需要光照，可连续产氢，可利用多种有机质做底物，产氢过程为厌氧过程，无氧气限制问题，系统易于实现放大试验 反应需控制pH值在酸性范围内，原料利用率低，产物的抑制作用明显 光合 细菌 产氢效率高，可利用多种有机废弃物作原料，可利用光谱范围较宽，不存在氧的抑制作用 产氢过程需要光照，不易进行放大试验 (1)光解水制氢是光合生物体在厌氧条件下，通过光合作用分解水，生成有机物，同时释放出氢气。其作用机理和绿色植物光合作用机理相似，在某些藻类和真核生物(蓝细菌)体内拥有PSⅠ、PSⅡ等两个光合中心，PSⅠ产生还原剂用来固定CO2，PSⅡ接收太阳光能分解水产生H+、 电子 和O2； PSⅡ产生的电子，由铁氧化还原蛋白携带，经由PSⅡ和PSⅠ到达氢酶，H+在氢酶的催化作用下形成H2。其中，利用藻类光解水产氢的系统称为直接生物光解制氢系统，利用蓝细菌进行产氢的系统称为间接光解水产氢系统。藻类的产氢反应受氢酶催化，可以利用水作为电子和质子的原始供体，这是藻类产氢的主要优势。蓝细菌同时具有固氮酶和氢酶，其产氢过程主要受固氮酶作用，氢酶主要在吸氢方向上起作用。蓝细菌也能利用水作为最终电子供体，其产氢所需的电子和质子也来自于水的裂解[10]。 (2)厌氧细菌产氢是利用厌氧产氢细菌在黑暗、厌氧条件下将有机物分解转化为氢气。目前认为厌氧细菌产氢过程可通过丙酮酸产氢途径、甲酸分解产氢途径、通过NADH/NAD+平衡调节产氢途径等三条途径实现，丙酮酸产氢途径和甲酸分解产氢途径有时也称为氢的直接产生途径[11]，即葡萄糖首先通过EMP途径发酵形成丙酮酸、ATP和NADPH；丙酮酸通过丙酮酸铁氧化还原蛋白氧化还原酶被氧化成乙酰辅酶A、CO2和还原性铁氧还原蛋白，或者通过丙酮酸甲酸裂解酶而分解成乙酰辅酶A和甲酸，生成的甲酸再次被氧化成CO2，并使铁氧化还原蛋白还原；最后，还原性铁氧化还蛋白还原氢酶，所形成的还原性氢酶当质子存在时便使质子还原生成氢气。 (3)光合细菌制氢是利用光合细菌在厌氧条件下通过光照将有机物分解转化为氢气。光合细菌是一类原始的古细菌，在光照条件下可以将有机酸转化为分子氢。自1949年美国生物学家Gest首次证明光合细菌(Rhodospirillum? rubrum)在光照条件下的产氢现象后，大量的 研究 表明，光合细菌产氢是与光合磷酸化偶联的固氮酶的放氢作用下产生的。光合细菌只含有一个光合中心，且电子供体是有机物或还原态硫化物，所以光合磷酸化过程不放氧，且只产生ATP而不产生NAD(P)H。与绿藻和蓝细菌相比，这种只产氢不放氧的特性，可大大简化生产工艺，不存在产物氧气和氢气分离问题，也不会造成固氮酶的失活[11]。 2 生物制氢技术现状及其障碍 氢能已成为两次能源危机后各国政府能源政策的支持重点，而生物制氢技术被公认为未来替代能源中最有 应用 前景的主要技术，成为目前世界能源 科学 技术领域的研究热点，促进了生物制氢技术的诸多进展。 作为生物制氢技术中研究最早的制氢途径，藻类(蓝细菌)能直接利用水和太阳光进行产氢，被认为最具有前途的制氢途径，也是目前生物制氢中研究最多的技术。目前，美国、日本、欧盟、中国等在藻类分子生物学、耐氧藻类开发、促进剂等技术领域取得了突破性进展，并开发了各式生物反应器，完成了藻类制氢从实验室逐步走向实用的转化[13～16]。但在藻类的产氢过程中同时伴随着氧的产生，反应产生的氧气除了能与生成的氢气反应外，还是氢酶活性的抑制剂，从而影响系统的产氢速率；同时当光强较大时，其主要进行CO2的吸收并合成所需的有机物质。因此，藻类产氢不稳定且易被其副产品氧气所抑制[17],[18]。与藻类相似，蓝细菌在产氢的同时也会产生氧气，而氧是固氮酶的抑制剂。通过基因工程改变藻类的基因提高藻类的耐氧能力是目前的主要研究 内容 ，并已取得了一些进展[19]。 厌氧细菌产氢由于不依赖光照，在黑暗条件下就可进行产氢反应，容易实现产氢反应器的工程放大试验，加之厌氧细菌能利用多种有机物质作为制氢反应原料，可使多种工农业有机污水得到洁净化处理，有效地治理了环境污染，同时还产生洁净的氢气，使工农业有机废弃物实现了资源化利用，也被认为是较为理想的产氢途径，引起了国内外氢能 科技 工作者的青睐，尤其是中国在厌氧产氢细菌选育、产氢机理和工程技术等方面取得了令人瞩目的研究进展。但在研究中发现，该途径存在厌氧细菌在发酵制氢过程中的产氢量和原料利用率均比较低等问题。其主要原因是：从厌氧产氢菌细胞生存的角度看，丙酮酸酵解主要用以合成细胞自身物质，而不是用于形成氢气，这是 自然 进化的结果；其次，反应过程中所产生氢气的一部分在氢酶的催化下被重新分解利用，降低了氢的产出率。同时在厌氧细菌的发酵产氢过程中pH 值必须在酸性范围以抑制产甲烷菌等氢营养菌的生长，但当pH＜4时，产氢菌的生长及产氢过程都受到明显的抑制。对厌氧细菌连续发酵产氢工艺系统而言，产氢代谢途径对氢分压敏感且易受末端产物抑制，当氢分压升高时，产氢量减少，代谢途径向还原态产物的生产转化。CO2 的浓度也会影响厌氧细菌产氢速率和产氢量，同时在连续的厌氧细菌产氢过程中，产氢细菌不能利用乙酸、丙酸、丁酸等小分子有机酸，造成有机酸的积累而对产氢细菌形成抑制作用。虽然乙酸对产氢细菌没有毒害作用，但大量乙酸积累会限制能源转化率的提高，制约了厌氧细菌产氢工程技术的进一步应用与发展[18]。 光合细菌作为一类古细菌产氢现象广泛存在于自然界，可以使用自然界中各种有机物质作为生长底物，曾被广泛应用于有机废水的降解处理。产氢现象作为光合细菌的一种特有生理特征，近几年才被能源科学界所关注， 并逐渐成为能源科学技术领域的一个研究热点。但光合细菌在产氢过程中对光照的高度依赖性限制了光合细菌制氢技术的发展。一般根据光合细菌产氢稳定性对光照强度和光照连续性的要求，常常光合细菌制氢工艺中采用消耗电能或其它化石能源的人工光源技术，技术经济均不合理，市场应用前景黯淡，同时还由于光合细菌在生长过程中色素的分泌以及反应溶液本身的色浊度影响了光在反应溶液的均匀分布，降低了光能的利用效率，增加了光合细菌制氢工艺的能耗和制氢成本。 3生物制氢技术的发展潜力 产氢细菌(藻)的产氢能力是生物制氢技术向实际工程技术转化的重要评价指标常见有机物生物制氢工艺的方程及其反应的吉布斯自由能变化(△G)表示为[17,20]： 厌氧细菌产氢工艺： 葡萄糖? C6H12O6+2H2O→2CH3COOH+2CO2+4H2? △G=-184 kJ C6H12O6→CH3(CH2)2COOH+2CO2+2H2??? △G= -257 kJ 光合细菌产氢工艺： 葡萄糖 C6H12O6+2H2O→6CO2+8H2 ??? △G = -34 kJ 乙酸CH3COOH+2H2O→2CO2+4H2??? △G = 75 kJ 光解水产氢工艺： 4H2O＋光能→2O2＋4H2??? △G = 1498 kJ 虽然从产氢反应的吉布斯自由能变化 规律 上 可以看到厌氧细菌发酵产氢十分有利，它们能从产氢反应中获得比光合细菌产氢更多的自由能，然而厌氧细菌分解有机物的速率缓慢及不彻底，显著降低了产氢速率和产氢量，1mol葡萄糖 理论 上只能产生2～4mol的氢气。 在产氢反应的吉布斯自由能变化 规律 上，光解水藻类产氢大致与厌氧细菌发酵产氢相似，能从产氢反应中获得比光合细菌产氢更多的自由能。但由于藻类的光解水产氢在原理上受氢酶中介以及氧的抑制效应，其产氢体系很不稳定，不利于有效提高光解水工艺的产氢速率和产氢量。 在光合细菌产氢反应中，从产氢反应的吉布斯自由能变化规律上可以看到，虽然只能获得少量的自由能，甚至要付出大量自由能，但光合细菌可以通过光合磷酸化获得足够的ATP使反应能有效地进行， 理论 上光合细菌可以将1mol葡萄糖转化为12mol的氢气[21]。显而易见， 发展 光合细菌制氢技术的关键是光照技术 问题 ，而合适的光源选择和降低光照能耗成为解决光合细菌制氢工艺中的两大关键技术，利用太阳能作为光源的光合细菌制氢技术因能从根本上解决光照能耗和制氢成本等问题引起了能源界的特别关注，具有较强的技术可行性和潜在的发展前景。 4光合生物制氢技术 研究 进展 国内外近几年已开始从提高光合细菌的光转化效率方面着手对光合生物制氢进行实验研究， 其中以河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室的研究进展最具代表性。在国家 自然 科学 基金、国家863计划、 教育 部博士点基金和国际合作等项目资助下， 对利用粪便污水作为原料的高效光合产氢菌群的筛选与培养、产氢工艺条件、固定化 方法 、太阳自动跟踪采光及光导纤维导光系统、太阳能光合产氢细菌光谱耦合特性等关键理论与技术问题进行了较系统的深入研究，并取得了一些重要进展[22～27]。 (1)在选育以畜禽粪便为原料的光合产氢菌种方面取得了重要进展。从具有代表性的6个地点获得24个典型样品，按照各类光合细菌的生长条件和营养需求，从培养基组成、pH值、光照时间和周期、培养温度、厌氧状态几个方面设计出相应的培养基和培养条件 ，对光合细菌进行了广泛地富集和分离，获得33株光合细菌，并按照猪粪的成分特点，对其进行了猪粪、相关小分子有机酸和产氢能力研究，筛选出7株具有极高的原料转化效率的光合产氢菌株。 (2)研制成功带有自动跟踪太阳且可调滤光的太阳能高效聚焦采集系统，并开展了该系统的光传输与光谱耦合性能优化研究。为了提高太阳能利用率，已研制出菲涅耳透镜聚光型的太阳能光导采光系统，采用菲涅耳透镜聚光方式把太阳光聚集在焦点上，并把光导纤维置于焦点上，经由可调滤光器可选择性滤波后，通过光导纤维输入光合生物反应器内，实现太阳光的高效传输。同时，分别对筛选出的7株光合细菌进行了太阳光吸收光谱实验研究，提出不同太阳光波段下的生长特性和以猪粪污水为底物的产氢特性的相关关系，探索了太阳能光合生物制氢过程的光传输与光谱耦合性能以及进一步提高太阳能光合生物制氢效率的途径。 (3)研制成功具有较高表面积和体积比的新型环流罐式光合生物制氢反应器，并系统地研究了光在反应器中传输过程的衰减特性。依据光合产氢细菌的生长和代谢特性，研制的环流罐式光合生物制氢反应器具有能够利用较高的光照表面积与体积比而减弱光合细菌细胞和畜禽粪便污水的相互遮光效应、通过控制反应液的循环流量使细菌周围产生“闪烁效应”、有效改善光的传播途径和质量等特性，并能对光合制氢反应条件进行自动控制，使光合细菌处于最佳的生长条件和代谢条件下，通过温度、光照度、pH值、底物浓度、不同接种量、溶氧水平等等的优化控制，使光转化效率和氢气产率都能达到最佳。 (4)较系统地研究了太阳能光合生物制氢过程的热动力学特性，揭示生物制氢过程的热动力学特性对光合细菌产氢酶活性和产氢速率的 影响 规律，用热动力学的方法对光合产氢菌生长代谢过程中产热规律进行 分析 ，获得太阳能光合产氢菌生长代谢的热动力学信息，研究光合生物制氢体系的温度场分布，建立表征太阳能光合生物制氢过程热动力学特征的模型，优化光合产氢菌的最佳生长代谢温度和能流工艺条件，为进一步开展光合生物反应器的设计和规模化生产运行试验研究提供了科学 参考 和理论依据。 联系电话：86-20-23361169 本文出自：广州灵龙电子技术有限公司,制氢、氢燃料电池( www.liongon.com )

因为直接用可再生能源发电导致电网的调峰压力非常大，巨大。弃风弃光弃水问题很严重。储能是提高电网调节能力的最佳手段之一。目前应用最多的是抽水蓄能，其次也有储热、电化学电池、压缩空气的各种技术路线。

本质上电制氢也是储能的一种。在电网下调峰能力不足的时候（即出现弃电的时候），将弃电部分用来制氢，或者在夜间负荷低的时候，用低价电制氢，在需要的时候，不管是发电还是直接燃烧，取用储存的能量。

用氢作为能源发电，两步过程中能量难免会有损失，但是其实仔细琢磨一下，还是可行的，主要是得采用廉价易得的电能来电解之制氢，像大规模的太阳能、风能都是很好的清洁能源。

提高电解制氢的效率后，能量从太阳能转移到氢能源里。由于氢气能量密度大，移动性好，不受天气影响，所以用氢气作为汽车的驱动能源还是很不错的选择，清洁环保。这其中最主要的还是得提高制氢的效率和氢转化为电和动力的效率。

可再生能源制氢的用处

可再生能源制氢有它的优势，采用了可再生能源，以风光水等等可再生能源为载体，以氢气作为一个二次能源的载体，在能源转型中可以和电力互为补充，以实现工业、建筑、电力、交通运输等产业互联。

目前广泛使用的氢源主来自化石燃料、电解水和化工副产氢。此外，生物质制氢、核能制氢和光催化制氢正在研究，还没达到工业化应用的水平。可再生能源制氢只能选择电解水制氢，化石燃料制氢和化工副产氢都是有碳排放的。

1、蒸汽甲烷重整

蒸汽甲烷重整(SMR)是一种从主要是甲烷的天然气中生产氢气的方法。它是目前最便宜的工业氢气来源。世界上近50%的氢气是通过这种方法生产的。该过程包括在蒸汽和镍催化剂存在下将气体加热到700–1100°C之间。

产生的吸热反应分解甲烷分子并形成一氧化碳CO和氢气H2。然后一氧化碳气体可以与蒸汽一起通过氧化铁或其他氧化物并进行水煤气变换反应以获得更多量的H2.这个过程的缺点是它的副产品是CO2、CO和其他温室气体的主要大气释放。

根据原料（天然气、富气、石脑油等）的质量，生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2，这是一种可能被捕获的温室气体。

根据原料（天然气、富气、石脑油等）的质量，生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2，这是一种可能被捕获的温室气体。

2、甲烷热解

说明甲烷热解的输入和输出，这是一种生产氢气且无温室气体的高效一步法

甲烷的热解是从天然气中生产氢气的过程。通过流过“气泡塔”中的熔融金属催化剂，氢气分离在一个步骤中进行。这是一种“无温室气体”方法，用于测量潜在的低成本氢气生产，以衡量其扩大规模和大规模运营的能力。 该过程在更高的温度（1065°C或1950°F）下进行。

3、电解

电解包括使用电将水分解成氢气和氧气。水的电解效率为70-80%（转化损失为20-30%） ，而天然气的蒸汽重整的热效率在70-85%之间。 电解的电效率预计将在2030年之前达到82-86% ，同时随着该领域的进展继续加快，同时也保持耐用性。

水电解可以在50–80°C之间运行，而蒸汽甲烷重整需要700–1100°C之间的温度。 两种方法的区别在于使用的一次能源；电力（用于电解）或天然气（用于蒸汽甲烷重整）。

环境影响

截至2020年，大部分氢气由化石燃料生产，导致二氧化碳排放。当排放物释放到大气中时，这通常被称为灰氢，当通过碳捕获和储存(CCS)捕获排放物时，这通常被称为蓝氢。

假设美国上游和中游的甲烷泄漏率和生产通过蒸汽甲烷重整器(SMR)改装了二氧化碳捕获装置。使用具有二氧化碳捕获功能的自热重整器(ATR)可以在令人满意的能源效率下实现更高的捕获率，并且生命周期评估表明，与具有二氧化碳捕获功能的SMR相比，此类工厂的温室气体排放量更低。

经评估，在欧洲应用ATR技术与二氧化碳的综合捕获相比，其温室气体排放量低于燃烧天然气，例如，H21项目报告称，由于二氧化碳强度降低了68%，因此温室气体排放量减少了68%。天然气与更适合捕获二氧化碳的反应器类型相结合。

使用较新的无污染技术甲烷热解生产的氢气通常被称为绿松石氢气。高质量的氢气直接由天然气生产，相关的无污染固体碳不会释放到大气中，然后可以出售用于工业用途或储存在垃圾填埋场。

由可再生能源生产的氢气通常被称为绿色氢气。有两种从可再生能源生产氢气的实用方法。一种是电制气，其中电力用于电解水制氢，另一种是利用垃圾填埋气在蒸汽重整器中制氢。当由风能或太阳能等可再生能源生产时，氢燃料是一种可再生燃料。

通过电解由核能产生的氢有时被视为绿色氢的一个子集，但也可以称为粉红色氢。奥斯卡港核电站于2022年1月达成协议，以每天公斤的数量级供应商业粉红色氢气。

一、概述 石油、煤矿、天然气等能源储量有限并日益枯竭，我们不得不思考：人类明天能源将会是什么呢？ 早在半个世纪以前，法国科幻小说家凡尔纳在其小说中就预言，有朝一日社会将通过以氢为基础的能源而被彻底改造。 氢气作为一种清洁、高效和丰富的新能源已渐为世人所共识。它具有以下优点： 1清洁。氢气燃烧过程中只产生水对环境没有任何污染，实现真正的“零排放”。 2贮能高。燃烧1克氢可以放出14万焦耳的热量，约为燃烧1克汽油放热的3倍。 3使用效率高。采用催化燃烧氢气燃烧产热，比常规化石燃料的热效率高10－15；用于内燃 机产生动力，比汽油效率高15－25%。 4来源丰富。占地球表面71的水中含有大量的氢，资源非常丰富。 5便于运输。输氢成本最低，损失最少。一条直径0.91米的输氢管道，用于950－1600公里输 氢，其所输送能站相当于50万伏高压输电线路所输能量的10倍以上。而建设这样的输送管道 所需费用，仅为建设高压输电线路的1/2－1/4。 6.用途广泛。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装 即可使用。还可用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。 因此，随着“氢经济”时代的到来，人类社会亟待寻求经济有效的，可以实现工业化生产的制氢技术。 21传统制氢技术 传统的电解水制氢技术电耗过高，一般约为45kw/m3H2，成本过高不利于氢气使用技术的普及。而用火力发电的方法同样造成亏染。 此外，采用化石燃料裂解方法制氢，在产生氢气同时还有大量的CO2生成，同时化石燃料本身是不可再的。与当今世界共识的可续发展背道而驰。 22太阳能--氢能转换 太阳能是地球上能量的最终来源，既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。地球上卜海水资源十分丰富，通过太阳能把海水中的氢释放出来，经利用后又生成水，不对环境造成任何影响，不失为一条环保可持续的方法。 常规的太阳能--氢能转化通常有三种方法： （1）太阳能电解水制氢。其能量的利用得不偿失（如21一节所述）。 （2）太阳能热分解水制。生达到3000K以上的高温水的氢氧才能分解，这需要大量高倍聚光器意味着大面积土地和空间被占用，同时也是对景观的一种污染。 （3）太阳能热化学循环制氢。在较低温度（900－1200K）就能进行，但大量中间物的使用影响着氢气的价格并造成环境污染，这不是我们提们的入法。 水中氢和氧结合非常牢固。要释放出氢需要很高的能量，同时考虑对环境的作用寻找合适的太阳光分解水催化剂，通过光合作用或模拟光合作用制氢是可行之道。 222太阳光络合催化分解水制氢 科学家发现一（联吡啶钉络合物的激发态具有电子转移能力。日本产业技术综合研究所的中国籍科学家研制出一种新型的光催化剂，它由钢钽氧化物组成，表面有一层镍氧化物。这种催化剂在可见光波段起作用。 利用催化剂的化学活性，在太阳光的照射下吸收光能，产生电荷的分离、转移和集结，与水的电离反应状联，把集结的电荷转移给H+从而释放出氢气。因此，应选择易发生电荷分离的、多电子的。具有电行集结和转移能力的物质作为该过程的催化剂。锰、铬、镍、姻、担的双核或多核三联吡啶钉络合物作光解水制氢的催化剂。 采用曲率适当的透明球形密封反应器可以最大量地吸收太阳光和收集氢气，反应器内壁附着一层出纳米技术处理其表面结构制成某三联吡啶钉络合物催化剂。为了提高反应器的效率，在反应器内适当增加吸光板，以增加吸光面积和反应接触面，吸光板下部装上清扫刷，通过固定转轴与反应器底部相连。反应原料（水）在压力作用下从反应器表面和吸光板上进人反应器，以利于生成的气体及时释放出去，同时可把由于水量减少，饱和沉淀出的溶质洗到反应器底部，以防止气泡和溶质隔离水和催化剂，减小反应效率。吸光板在进水作用下以适当的速度旋转，使气体尽快逸出。在此动力作用下，清扫刷不停清扫底部淤积的溶质于反应器带的容器中，溶质可定期从容器中取出。反应器可安装在低于海平面处，利用水压自然驱动。不用额外提供动力维持反应器运行。 223利用光合作用制氢 植物在光合作用过程中，可利用太阳光将水分解为活泼的氢和氧，再利用活泼氢同二氧化碳作用合成有机物。爱默生（EmersonR）发现光合作用是两个系统的协同作用，即光系统 Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ(PSⅡ)。美国田纳西大学环境生物技术研究中心和橡树岭国家实验所的研究人员已成功将光合系统Ⅰ与光合系统Ⅱ分离开来，即去掉光合系统Ⅱ和连接结构，并在光合系统Ⅰ的一侧涂上一层铂原子，在加人电子给予体后成功地制造出氢气。 我们可以这样设想：利用光合作用的两个系统从水中释放出活泼氢和高能电子，同时阻断活泼氢同二氧化碳生成有机物的过程，并把高能电子导出给活泼氢使之还原为氢气。要使这一设想称为现实，有两个技术关键需要解决：一是怎样使反应既产生活泼氢和高能电子，又不会消耗活泼氢生成碳水化合物。爱默生提出光合作用的两个系统各自吸收不同波长的光，进行不同的特征反应。PSI的反应是长波光反应，其主要特征是NADPH的还原：PSⅡ的反应是短波光反应，主要特征是水的光解和放氧。可见活泼氢的产生和还原在不同的系统中进行，因此，分离两个系统让它们单独作用是可行之的。实际上美国研究员已完成这步的工作，并证明是可行的。 另一个技术关键问题是如何导出高能电子并传递给活泼氢，即怎样把分离的两个系统“从头到脚”重新连接起来，从而使光合系统Ⅰ可以直接利用光合系统Ⅱ分解水分子过程中产生的电子。我们知道光合作用产生的高能电子要经过复杂的电子连传递才能被利用，而从电子的产生到被利用是在 10－15－10－12秒内完成的。如此短的时间想要直接导出电子显然不可能。不过，我们可以设想利用磁场作用来解决这一问题。首先，需要提供一个强度足够大的勾强磁场并保证磁场的边界性，以保证电子有确定的偏转角；其次，得为电子提供一条合适的通道。光合系统Ⅰ和光合系统Ⅱ都是极其微小的，要建造这样小的匀强磁场同时保证其边界性还要提供一条足够小的电子通道，其技术难度相当高。电子的运动方向的不确定性，决定最终的前进方向的不确定性，这将影响电子导出效率。那么导出电子有效可行的方法在哪呢？除草剂的原理让我们看到了希望。除草剂能够与电子传递链中某些物质相结合，从而阻断电子传递，阻断光反应，阻断了光合作用，导致植物死亡。我们可以设想，同样可以利用某种物质（可能具有除草剂类似的结构）同电子传递链上的某种物质结合以阻止其电子传递，同时用电子受体代替这种物质导出电子并传递给活泼氢。理想的电子受体是既能够吸附活泼氢有能传递电子，使活泼氢在它表面接受电子还原成氢气。因此，该课题的研究可以从吸氢材料和及其电子传递机理人手，适宜的吸氢材料可能是含有某种活泼金属(如Ti、Fe、Mg等）和非金属（如P）的合金。 3小结 氢气将取代化石燃料成为人类未来主要能源之一。太阳能一氢能转化和生物制氢是氢气工业化生产技术发展的方向。在已有研究成果的基础上，通过分析光合作用过程，大胆提出“氢经济”下的太阳能一氢能转化方法，提出了太阳能络合催化水制氢的反应装置。生物制氢的原料可以是工业和生活有机废水，通过发酵细菌可以获得氢气，同时净化水质。既能处理有机废水，又保护环境，获得清洁的氢能源，是一条可持续发展的路子。 仍然有很多实际的问题，比如光催化剂的催化原理，怎样生产具有催化活性的反应器及吸光板，如何使电子受体接受电子等还都有待于深人研究。但“氢经济”即将成为必然，而清洁高效的氢气生产技术的工业化必将在远的将来成为现实。有理由相信，人类社会告别化石燃料时代的时间不会太远，基于可再生清洁能源生产和使用技术之上的可持续发展之路，将是一条光明大道。

希望我的回答能带给你帮助，给个好评吧亲，谢谢！

来源:经济日报

7月29日，由中国电力企业联合会指导、协鑫（集团）控股有限公司（下称协鑫集团）主办的氢能产业发展论坛暨协鑫氢能战略发布会在京举行。中国能源研究会副理事长吴吟表示，能源行业排放占到全球温室气体排放总量的2/3，实现双碳目标的关键在能源。能源低碳发展有两大路径：化石能源低碳利用和大力发展可再生能源。当前，G20集团中已经有9个国家和地区发布了氢能发展战略，还有7个国家和地区正在开展前期研究。氢能产业呈现出良好发展态势， 科技 进步日新月异、应用场景层出不穷，未来氢能将在钢铁、能源、交通和建筑等领域广泛应用。

根据中国氢能联盟预测，到2030年，我国氢气的年需求量将达到3715万吨左右，在终端能源消费中占比约5%；到2060年，我国氢气的年需求将增至1.3亿吨左右，在终端能源消费中占比约20%。

中国电力企业联合会专职副理事长安洪光表示，通过新能源与氢能的耦合，可助力高比例清洁能源电力系统的稳定运行，解决长时间清洁能源处理和负荷需求的平衡问题，帮助难以减排领域深度脱碳。在他看来，“十四五”时期，将是我国碳达峰“窗口期”、氢能产业发展的发力期，也是氢能市场的培育期和氢能技术的追赶期。

随着减碳行动的开展和各项政策的加持，氢能发展势不可挡。据不完全统计，迄今已有河南、山西、湖北、安徽等超过30个省市对氢能产业发展作出了明确部署，有的还制定了详细的时间表、路线图和任务书。可再生能源制氢、燃料电池 汽车 示范城市群、加氢站建设等项目成行业投资热点。

氢从何处来？在碳达峰、碳中和目标下，回答好这一问题尤为重要。

根据不同的制取方式和碳排放量，氢能被分为灰氢、蓝氢和绿氢。2020年我国氢气来源中，62%为煤制氢，19%天然气制氢，仅有1%的可再生能源制氢，氢来源亟待“绿化”。中国工程院原副院长杜祥琬强调，氢能产业要实现高质量、可持续发展，其核心准则是从源头做到可持续，将波动性、间歇性的风能、太阳能转换为氢能，有利于储能和传输，具有零排放、零污染和可持续优势。

高成本是当前可再生能源制氢大规模推广的主要难题。“降低氢能使用成本是产业发展的关键所在。”在中国石油和化学工业规划院新能源发展研究中心主任刘思明看来，我国氢能产业急需模式创新，依托海外优质天然气资源，转化为氢气具有成本竞争力，国内京津冀、长三角、珠三角氢能产业率先发展，用氢也应避免长距离陆运。他认为，未来国内氢能市场将以“工业副产氢+短距离运输”模式为主，海外将以“优质资源转化蓝氢+长距离化学品载体运输”模式为主。

会议现场，协鑫集团旗下协鑫新能源正式对外发布公司氢能战略。根据规划，协鑫新能源氢能战略由蓝氢和绿氢两部分构成。具体而言，蓝氢目标――首期建成年产230万吨合成氨，逐步扩能至每年400万吨生产规模，可供应国内70万吨蓝氢；绿氢目标――计划到2025年建设100座综合能源站，达到40万吨年产能。

协鑫集团董事长朱共山表示，从空间结构上讲，在东部、南部等负荷中心发展蓝氢，在中西部地区等新能源大基地发展绿氢，一蓝一绿，协同发展。“协鑫新能源将打造不依赖补贴，完全市场化的零碳 科技 先锋企业，做全球综合实力领先的绿氢与蓝氢综合运营服务商。”

蒋再正

前言 : 德国在国家氢气战略中，将大量赌注押在了对使用可再生能源生产的氢上。该战略巩固了德国成为全球技术领导者的雄心壮志，其明确将重心放在"绿色"品种上，而牺牲了使用有争议的碳捕捉和储存（CCS）技术。虽然环保人士大多欢迎这种做法，却遭到了工业界的反对。但仍有许多专家认为，这一战略开启了德国能源转型的新篇章。

德国政府已经同意一项国家氢气战略，其重点是利用可再生能源制造的氢气，以推动具有里程碑意义的能源转型，并占有未来的工业市场。这项战略于6月10日被批准，内容主要是：" 只有基于可再生能源（'绿色'氢）生产的氢气才能长期使用 。 在德国备受争议的使用碳捕获和储存（CCS）的 天燃气 制氢只能以"过渡的方式"使用 。在应对气候变化的斗争中，用可再生电力制造的氢气越来越被视为重工业和航空等排放顽固行业的灵丹妙药。德国为自己设定了到本世纪中叶实现气候中立的目标，其致力于成为相关氢气技术的全球领导者——不仅要启动其具有里程碑意义的能源转型的下一阶段，而且要为其国际知名工业确保一个充满希望的增长市场。

德国经济和能源部长彼得•奥尔特迈尔（Peter Altmaier）表示，这一战略是一个"量子飞跃"，将能源转型和气候保护提升至"新的质量水平"。在宣布这一战略的新闻发布会上，他称该倡议是"自决定推出支持可再生能源以来最重要的创新"。研究部长安贾·卡利切克（Anja Karliczek）说，全世界都意识到绿色氢气技术带来的机遇，建立全球氢气经济为德国工厂制造商提供了巨大的潜力。其将作为未来能源给气候和就业提供"双重提升"。

氢能用途

新篇章

《德国国家氢能战略》中提出从以下几个方面实现氢能产业的发展：

· 提升氢能作为替代能源的经济性竞争力

· 开拓使用德国本土氢能技术的国内市场

· 建立完善氢能供应网络

· 助力氢燃料成为替代能源整体

· 加强氢能相关技术培育

· 加强氢能相关市场国际合作

· 完善氢能储运安全规范建设

"国家氢气战略开启了气候保护的新篇章，"德国能源机构（dena）负责人安德烈亚斯·库尔曼（Andreas Kuhlmann）表示。" 国家氢气战略是能源转型持续成功以及气候目标长期可实现性期待已久的基础 。其为能源转型创造了先决条件，这种过渡更密切地将工业和气候政策相互交错。化学工业协会VCI也称该战略是"能源转型成功的决定性一步"，但敦促政府考虑所有现有的低排放氢气形式，包括那些使用天然气和CCS的氢气。

新的生产方法

越来越多的国家努力追求气候中和，大量押注于用可再生电力制氢，以减少顽固的工业排放。但是，生产极其富能源的天然气需要大量的电力，使得它比传统燃料更昂贵。这就是为什么需要采取果断的政府行动来解决日益被称为国际"氢经济"的问题。

通过提高效率和直接用清洁电力取代化石燃料，例如使用电动 汽车 而不是内燃机模型，可以避免目前大部分的温室气体排放量。但是在很多情况，这种方法行不通。例如由于重量原因，没有技术能够使大型飞机和船舶使用电池。这种战略在许多工业部门也举步维艰，例如，化学品或炼钢，因为当前工艺不可避免地产生二氧化碳排放。因此需要全新的生产方法， 用电解槽制造的绿色氢气已成为实现碳中和所需的深度减排的主要候选者 。

与该战略相吻合的是，德国钢铁制造商蒂森克虏伯（Thessenkrupp）表示，已扩大水电解产能，将绿色氢气生产扩大到千兆瓦级。目前，世界上许多国家正计划进入氢气经济。水电解正日益成为建设可持续、灵活的能源系统和无碳工业的关键技术。这将会开辟新的市场。

电解槽容量增加200倍

该战略表示，德国的目标是到2030年建立容量为5吉瓦（GW）的工业制氢设施，包括必要的陆上和海上可再生能源供应，大致相当于五个核电站或大型燃煤电厂。最迟到2035年或2040年将再增加5GW。除了现有的支持计划外，德国还将提供70亿欧元用于氢技术的发展。此外，还将投资20亿欧元在合作伙伴国家建立大型的"德国制造"制氢厂。德国将在未来进口大量绿色氢，因为该国根本没有足够的空间来安装制造它所需的大量可再生能源。

联邦政府在提出《德国氢能战略》时，正在为私人投资氢发电、运输和使用奠定基础，这些投资在经济上是可行的和可持续的，这也可以在减轻COVID-19危机的影响和恢复德国和欧洲经济方面发挥作用。在2023年之前为第一个加速阶段，为建立一个运作良好的国内市场打下基础。与此同时，研究和发展以及国际方面等基本问题也需要解决。下一阶段将于2024年开始，稳定新兴的国内市场的同时，塑造欧洲和国际的氢能市场。

在该战略的介绍中，政府网络宣布与Marocco建立联盟，参与非洲第一个工业规模可再生氢项目的建设，该项目每年将节省100,000吨的二氧化碳排放量。库尔曼说，该战略"是世界上首个 远远超出氢的最终用途的战略 之一，并涵盖了全部动力燃料，这种方法考虑了合成甲烷，煤油，甲醇和氨提供的机会。因此《德国氢能战略》也可以看作是对发展欧洲动力燃料市场的明确承诺。"

有风险的赌注？

目前的清洁氢气的成本仍然很高，无法被广泛使用，其价格可能直到2030年才能充分下降。而其中氢的来源也很重要。目前它主要由天然气工业生产，伴随着大量的碳排放，该类型被称为 灰色氢 。其价格主要受天然气价格影响且相对便宜，但它的二氧化碳排放成本较高。 蓝色氢 的价格也主要受到天然气价格的影响。但其第二重要的驱动因素是捕获，再利用或存储碳排放的成本。碳捕获和储存（CCS）成本的降低将会使蓝色氢的价格更接近于灰色氢。 绿色氢 的价格会受到电解的成本与电解过程中使用绿色电力的价格影响。在过去的十年中，太阳能和风能的发电成本已显着下降，这也是德国将战略目标放在绿色氢上的一个因素。

克劳斯·斯特拉特曼（Klaus Stratmann）在《商业日报》 Handelsblatt的评论中写道，该战略的信号效应对经济和整个欧洲都具有重要意义，但他警告称，该战略能否在未来几十年和几十年内实施尚不确定。斯特拉特曼写道："因为德国政府完全致力于一种变种，即绿色氢，给自己施加了沉重负担。" 他认为，要实现这一目标将需要大量的可再生能源，而且不清楚德国是否能够进口必要的数量。斯特拉特曼说，蓝色氢可能会为越来越多地用于绿色氢的氢基础设施铺平道路。

参考文献：

German hydrogen strategy aims for global leadership in energy transition……Journalism for energy transitiion

The clean hydrogen future has already begun …… IEA

The National Hydrogen Strategy…… Nationale Wasserstoffstrategie

这个有点难回答啊

首先能源的获得过程可分为，一次，二次，最终和使用能源。一次能源就是直接从自然界中能获得，并使用的，如原油，天然气，而现在用的氢气绝大部分是工厂制备的，因此不能说是一次能源，而我们普通人使用的能源都叫使用能源，要对一次能源进行加工和运输。

能源可分为可再生和不可再生的能源，制氢的方法有两类，

1.利用不可再生资源制氢和利用可再生资源制氢。前者是利用石油、天然气、煤炭等资源的方法，由此生产出的氢气约占目前世界氢气生产总量的96%。这种氢气就是不可再生的。

2.剩余4%的氢气生产量，则基本由电解水来完成，而水是一种可再生资源。这种氢是可再生的。