在當下致力于追求可持續發展的時期，氫氣以其清潔、高效的特性，作為一種能源載體，正逐步被人們所關注。
主要原因是它在能源轉型和碳減排方面具有巨大的潛力：
氫氣在燃燒或使用過程中只會生成水，不會產生二氧化碳。相比化石燃料，這是一個巨大的環境優勢，特別是考慮到全球變暖和空氣污染問題。
氫氣的能量密度很高，單位質量能量是汽油的三倍。因此，氫氣可以用作高效燃料，尤其適合航運、航空等需要高能量密度的應用場景。
氫氣可以通過電解水生成，尤其是結合太陽能、風能等可再生能源。這使氫氣成為一種重要的儲能介質，幫助平衡能源供應與需求，特別是在可再生能源發電波動性大的情況下。
氫氣不僅可以用作燃料，還在工業、化工、冶金等領域有廣泛用途，如鋼鐵脫碳、氨氣生產等。氫能的推廣能夠顯著減少這些傳統行業的碳足跡。
各國政府逐漸認識到氫氣在未來能源系統中的潛力，紛紛出臺政策支持氫能的發展，比如補貼、技術研發和基礎設施建設。再加上投資機構和企業的加速投入，氫能市場規模不斷擴大。
工藝：主要通過天然氣蒸汽甲烷重整（SMR）或煤炭氣化制得。SMR是最常用的工藝，通過天然氣與水蒸氣反應生成氫氣。
成本：約為8-16元/千克。成本較低，因為化石燃料原料較為便宜，且技術成熟。
碳排放：此過程排放大量二氧化碳，是氫氣生產中碳足跡最高的一種。
工藝：同樣依賴化石燃料（如天然氣），但在灰氫的基礎上增加碳捕集、利用與封存（CCUS）工藝，以減少碳排放。
成本：約為16-24元/千克。增加的CCUS技術使生產成本略高于灰氫，但仍低于綠氫。
碳排放：顯著低于灰氫，由于CCUS的應用，碳排放可減少到原來的30%-50%。
工藝：通過電解水制氫，以可再生能源（如太陽能、風能）為電力來源。常見工藝為質子交換膜（PEM）電解槽和堿性電解槽。
成本：約為24-45元/千克，取決于可再生能源成本、電解效率和設備投資。由于電力是主要成本因素，若電力成本下降或可再生能源普及，綠氫成本也會下降。
碳排放：幾乎為零，生產過程沒有直接二氧化碳排放，是最清潔的氫氣形式。
綠氫是最清潔的氫氣來源，但其發展面臨諸多挑戰，同時也有多種應對措施和發展方向：
挑戰：綠氫生產主要依賴電解水工藝，而電解所需的電力成本是生產成本中的最大部分。目前，可再生能源雖然成本在下降，但與化石燃料相比仍有差距，這導致綠氫成本居高不下，通常比灰氫和藍氫高出數倍。
規模化發展：隨著綠氫生產規模的增加，電解槽設備的制造成本和運營成本有望下降，從而實現規模經濟。
電解技術改進：開發更高效的電解水技術，如固態氧化物電解（SOE）和改進的質子交換膜（PEM）技術，以提高制氫效率并降低成本。
降低可再生電力成本：通過增加太陽能、風能等可再生能源的裝機容量，推進綠電儲能和配電技術，以降低綠電價格。
挑戰：綠氫依賴于可再生能源，而風能、太陽能發電易受氣候條件影響，造成供電不穩定，影響電解水制氫的持續性和效率。
儲能系統開發：利用電池或其他儲能系統來平衡發電波動，使電解水過程得以穩定運行。
靈活負荷管理：結合需求側響應技術，調整綠氫生產設備的運行時段，以適應可再生能源發電的波動性。
混合能源供電：將綠氫生產與核電等穩定電力來源結合，或通過多種可再生能源組合，減少單一能源波動的影響。
挑戰：綠氫產業需要從生產、儲存、運輸到分配的全套基礎設施支持。目前氫氣管道、儲罐等設施缺乏，且大規模儲氫和長距離運輸成本較高。
集中式與分布式發展結合：在有豐富可再生能源的區域集中生產綠氫，或在用氫需求高的區域分布式生產氫氣，以減少運輸成本。
儲氫技術創新：開發更高效的儲氫方式，如液態有機氫載體（LOHC）、氨儲氫、固態儲氫等，提升氫氣儲存和運輸的安全性及經濟性。
加速基礎設施投資：通過政策激勵和政府支持，吸引公共和私人資本投入氫能基礎設施建設，構建完善的氫能供應鏈。
挑戰：氫氣的生產、運輸和應用尚缺乏統一的國際標準和政策支持，不利于氫能市場化發展和跨國合作，尤其是對綠氫的認證及激勵機制不足。
政策激勵：鼓勵政府制定碳稅、碳補貼、可再生能源補貼等政策，推動企業投資綠氫生產。
標準化建設：與國際氫能組織合作，推動氫能標準化，明確綠氫的生產和認證標準，為氫能貿易創造條件。
國際合作：加強國際間的氫能政策協調，特別是綠氫的跨國供應鏈和市場協同，形成全球氫能網絡。
大型電解設施：建設大規模電解水制氫設施，通過規模經濟降低生產成本。這包括建設數百兆瓦至吉瓦級的電解槽系統，以降低每千克氫氣的生產成本。
電解效率提升：提高電解槽的效率，通過先進催化劑、材料改進和優化工藝流程降低電解電耗，減少能源成本。
綠電供應成本下降：隨著可再生能源技術的成熟與普及，光伏、風電的發電成本持續下降，這將為綠氫生產提供低成本的電力來源，進一步降低綠氫成本。
本地化生產與消費：在可再生能源豐富或氫氣需求高的區域（如沿海地區、工業園區等）建立氫能樞紐，減少運輸需求，實現氫氣的本地生產和使用。
跨國氫氣運輸與貿易：打造區域性氫能樞紐，并建立跨國氫氣供應鏈，將綠氫從資源豐富的地區（如中東、澳大利亞）輸送到需求較大的市場（如歐洲、日本），推動綠氫的國際貿易。
構建氫能生態系統：結合生產、儲存、運輸、分配等環節，形成綠色氫能生態圈，以便推動不同領域對綠氫的應用。
高效儲運技術：開發并推廣液態氫、氨、液態有機氫載體（LOHC）等先進儲運技術，以便大規模、長距離運輸，降低運輸成本。
高壓氫儲存和管道運輸：升級儲氫罐、輸氫管道等設施，提高儲運系統的效率和安全性，支持跨國長途輸送，并解決現有基礎設施不足的問題。
工業脫碳：推進綠氫在鋼鐵、化工、水泥等高耗能、高排放行業的應用，替代傳統的化石燃料，幫助這些行業實現脫碳。
交通運輸：在重型卡車、長途客運、船舶和航空領域推廣燃料電池技術，開發綠氫作為高效的交通燃料。特別是在電池無法高效應用的領域，綠氫具有較高優勢。
電力儲能與電網穩定：在風能、太陽能發電充足但需求不足時，通過電解水制氫儲能，將綠氫作為一種長周期、季節性儲能方式，幫助電網平衡波動的可再生能源供電。
政府支持和激勵：出臺稅收減免、補貼、碳信用交易等政策激勵，加速綠氫技術的市場推廣。通過碳稅、綠色認證、綠氫采購激勵等政策，降低綠氫使用的門檻。
碳中和目標驅動：隨著各國逐漸明確碳中和目標，推動氫能成為長期清潔能源方案之一。碳排放量減少、碳價格上升將逐步增加對綠氫的需求。
國際標準化和合作：制定綠氫的國際標準，統一制氫認證和綠色標簽，并推動國際合作和知識共享，促進氫能技術和應用的全球協調發展。
電解槽技術進步：大力投資質子交換膜（PEM）、堿性電解槽、固態氧化物電解槽（SOEC）等先進技術，推動其效率提升和成本降低，以適應不同的綠氫應用需求。
催化劑與材料創新：開發高效、低成本的催化劑，減少電解槽使用貴金屬（如鉑、銥）的依賴，提高電解效率。
智能管理與數字化：通過大數據、物聯網和人工智能優化綠氫生產和管理，使綠氫生產與可再生電力供給更加高效地結合，降低生產的能源消耗。
未來，隨著技術的不斷發展，制氫技術將朝著更加綠色、高效、低成本的方向發展。總之，制氫技術作為清潔能源領域的重要組成部分，具有巨大的發展潛力。讓我們共同期待制氫技術的不斷創興和進步，為實現可持續發展的未來貢獻力量。
撰稿：天際氫能電解槽設計工程師?鄔偉
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原文始發于微信公眾號（Hydrizon 天際氫能）：氫·科普 | 探索制氫之路：開啟清潔能源新時代
