作者簡介：鄒才能，中國科學院院士，正高級工程師，李四光地質科學獎獲得者；現任中國石油天然氣集團有限公司新能源首席專家、中國石油深圳新能源研究院院長；主要從事常規、非常規油氣地質學理論與實踐以及能源發展戰略方面的研究工作。

0　引言

近年來，全球各地極端天氣頻發，為了實現到21世紀末控制全球升溫在2 ℃以內的目標，世界各國正全方位努力推動能源體系向化石能源低碳化、無碳化發展。尤其是在當前全球地緣政治復雜和局部地區爆發沖突的背景下，將重塑全球傳統化石能源與新能源的生產與消費版圖，傳統煤炭與油氣能源消費占比可能有所回升，新能源時代將提速加快到來。各國將重新認識能源安全的極端重要性，能源生產與消費的被重視程度將提升到前所未有的高度并重新布局，新能源技術革命與產業化將備受重視并進一步提速發展。

氫氣能源（以下簡稱氫能）作為一種可再生的、清潔高效的二次能源，具有資源豐富、來源廣泛、燃燒熱值高、清潔無污染、利用形式多樣、可作為儲能介質及安全性好等諸多優點，是實現能源轉型與碳中和的重要能源。氫能技術不斷成熟，逐漸走向產業化，同時伴隨著世界面對氣候變化和自然災害加劇的壓力持續增大，氫能得到了世界各國的重點關注，已成為許多國家能源轉型的戰略選擇。

據國際能源署（IEA）《Global Hydrogen Review 2021》報告和中國《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035 年）》的數據，全球年產氫氣9 000×104t左右，其中我國氫氣的年產量為3 300×104t（達到工業氫氣質量標準的約1 200×104t）。據H2Stations對全球加氫站的統計報告，2021年全球新增加氫站142座，累計達到685座，其中亞洲保有量居第一，共有363座且集中在中日韓三國；歐洲共有228座且集中在德國、法國、英國、瑞士和荷蘭。全球已經有超過20個國家或聯盟發布或制定了《國家氫能戰略》，美國很早就看好氫能在未來能源系統中所具有的得天獨厚的地位和優勢，積極搶占氫能產業鏈的市場空間和各技術環節的制高點。歐盟早期通過清潔能源立法，支持氫能發展與燃料電池。日本政府早在2017年就提出了“要領先全球，實現氫能社會”的戰略，并出臺了《氫能源基本戰略》。中國在2020年將氫能納入“十四五”規劃及2035愿景，助力我國“碳達峰、碳中和”戰略目標（以下簡稱“雙碳”目標）的實現。尤其是，我國幅員遼闊，具有豐富的太陽能、風能、潮汐能等可再生能源資源，已建成的可再生能源裝機容量位居全球第一，在清潔低碳的氫能供給上具有很大的潛力。在今年北京成功舉辦的第24屆冬季奧林匹克運動會（以下簡稱北京冬奧會）上，我國秉承綠色辦奧理念，將綠色氫氣作為火炬燃料，讓世界看到了中國兌現減排承諾的誠意與努力[1]。當前，我國已開啟氫能產業頂層設計，地方政府與企業積極參與氫能布局，氫能技術鏈逐步齊全完善，氫能產業鏈也正在逐漸形成，“氫能中國”戰略已悄然浮現。

為了給氫能相關產業加快發展和能源公司加速轉型提供理論支持，并為構建“氫能中國”提供依據和參考，闡述了氫產業鏈中制備、儲運、應用等重點環節主要關鍵技術進展，分析了氫能工業化現狀與發展趨勢，探討了氫工業發展所面臨的挑戰，展望了氫能產業的發展與未來，以期加速未來全球碳中和目標的實現。

1　氫能制備

氫能產業鏈分為制氫、儲氫、運氫、加氫、用氫等環節。其中，制氫技術包括化石能源制氫、電解水制氫、工業副產氫和可再生能源制氫，以下分述之。

1.1　化石能源制氫

化石能源制氫是指利用煤炭、石油和天然氣等化石燃料，通過化學熱解或者氣化生成氫氣。化石能源制氫技術路線成熟，成本相對低廉，是目前氫氣最主要的來源方式，但在氫氣生產過程中也會產生并排放大量的二氧化碳。因此所制得的氫氣產品被稱為“灰氫”。借助于碳捕集與封存技術（CCS），可以有效降低該制氫方式的碳排放量，將“灰氫”轉變為“藍氫”，以實現未來能源的可持續發展。預計在未來相當長一段時間內，化石能源制氫仍然將是氫氣的最主要來源方式。

1.1.1　甲烷制氫

甲烷（CH4）作為天然氣的主要成分，在所有碳氫化合物中具有最高的氫元素占比。因此以天然氣為原料的甲烷制氫方法具有高制氫效率、最低的碳排放量、適用于大規模工業產氫等優點。甲烷制氫技術主要包括蒸汽重整法（SRM）、部分氧化法（POM）、自熱重整法（MATR）、催化裂解法（MCD）。

目前主要的甲烷制氫技術路線及其優缺點對比如表1所示。從表1可以看出：①SRM是在750～920 ℃高溫和3.5 MPa高壓條件下，使用Ni/Al2O3催化劑，將甲烷和蒸汽催化轉化為氫氣和碳氧化物[2]，該工藝主要包括重整氣或合成氣的生成，水煤氣變換(WGS)和氣體凈化等主要步驟，技術成熟；②POM是將蒸汽、氧氣和甲烷轉化為氫氣和碳氧化物，根據與氧氣或蒸汽的反應分為催化與非催化重整，在催化過程中，熱量由受控燃燒提供，甲烷的熱效率通常介于60%～75%[3]；③MATR是將放熱的POM 反應與吸熱的SRM反應聯用，通過反應體系自供熱來增加氫氣產量，降低成本[4]；④在MCD反應中，氫氣的唯一來源便是甲烷本身，無需另外引入蒸汽和氧氣，不會產生碳排放量且能耗更低[5]。綜上可知，以SRM為基礎，協同發展POM、MATR和MCD，借助于高活性催化劑研發、反應裝置改進等方面的技術突破，體現效率與經濟性的綜合優勢，是甲烷制氫技術發展的趨勢。