1.2　全球氫能源發展現狀

20世紀90年代以來，氫能源作為一種高效、清潔、可持續發展的“無碳”能源已得到世界各國的普遍關注，世界主要發達國家和國際組織都對氫能源賦予極大的重視，紛紛投入巨資進行氫能相關技術的研發。美國、日本、歐盟等更是致力于控制21世紀“氫經濟”（Hydrogen Economics）發展的制高點。“氫經濟”已經成為21世紀新的競爭領域。

早在1970年，美國通用汽車公司的技術研究中心就提出了“氫經濟”的概念。1976年美國斯坦福研究院就開展了氫經濟的可行性研究。2006年11月13日國際氫能界的主要科學家聯名向八國集團領導人（加拿大總理斯蒂芬·哈珀、法國總統雅克·希拉克、德國總理默克爾、意大利總理羅馬諾·普羅迪、日本首相安倍晉三、俄羅斯總統弗拉基米爾·普京、英國首相托尼·布萊爾和美國總統喬治·布什）以及聯合國相關部門負責人提交了有關氫能的《百年備忘錄》。在備忘錄中，科學家們指出：“21世紀初葉人類正面臨的兩大危機：一是人為因素導致的氣候變化是真實存在的，至21世紀末，氣溫的升高將會呈現一個相當大的幅度，并將會給人類、動物、植物以及人類文化遺產帶來災難性的后果。二是傳統化石能源或核能源燃料被少數幾個國家寡頭壟斷的情況正不斷加劇，這不利于大多數國家利用能源。解決上述問題的方案不少，但是氫能為最優方案，它將為人類提供足夠的清潔能源。”

2010年5月在德國埃森召開的“第18屆世界氫能大會”，各主要國家均有代表出席，并介紹自己國家的氫能進展，充分展示了各國正在加快氫能源市場化步伐。世界氫能大會是由國際氫能學會創辦的氫能國際會議，每兩年舉辦一次。會議內容側重于氫能科學。國際氫能學會是全球氫能領域最高級別的非盈利性學術組織，1974年在美國成立，其會員遍布全球。國際氫能學會同時還創辦了世界氫能技術大會，每兩年舉辦一次。會議內容側重于氫能應用技術。目前已舉辦5屆。2013年的第5屆世界氫能技術大會是在我國上海舉辦的。

1.2.1　美國

美國高度重視氫能源的開發和利用，致力于推動氫經濟的發展。美國從國家可持續發展和安全戰略的高度，制定了長期的氫能源發展戰略。美國的氫能發展路線圖（圖1-4）從時間上分為4個階段：①技術、政策和市場開發階段；②向市場過渡階段；③市場和基礎設施擴張階段；④走進氫經濟時代。從2000年至2040年，每10年實現一個階段。美國目前每年生產5.4×10⁷m³氫氣。擁有氫氣管道1900英里（1mi=1.61km）。現有230多輛氫燃料電池轎車，130多輛氫燃料電池公共汽車，大約200座加氫站。

美國氫能源發展大事記：

◎美國對氫能源的關注要追溯到1973年的石油能源危機時期。在1973年石油危機時期，美國成立了國際氫能源組織，并且在邁阿密召開了第一次國際會議。

◎20世紀80年代，美國對于氫能源項目的研究投資急劇減少，直到90年代人們日漸關注全球氣候改變及對石油進口的依賴才重新啟用此項投資。

◎2001年11月，美國召開了國家氫能發展展望研討會，勾畫了氫經濟藍圖：“在未來的氫經濟中，美國將擁有安全、清潔以及繁榮的氫能產業；美國消費者將像現在獲取汽油、天然氣或電力那樣方便地獲取氫能；氫能的制備將是潔凈的，沒有溫室氣體排放；氫能將以安全的方式輸送；美國的商業和消費者將氫作為能源的選擇之一；美國的氫能產業將提供全球領先的設備、產品和服務。”

◎2002年，美國能源部建立了氫、燃料電池和基礎設施技術規劃辦公室，提出了《向氫經濟過渡的2030年遠景展望報告》，制訂了美國未來氫經濟發展的宏偉藍圖，同年11月，出臺了《國家氫能發展路線圖報告》。

◎2003年1月28日，美國總統布什宣布啟動總額超過20億美元氫燃料研究計劃。該項目提出了氫能工業化生產技術，氫能存儲技術，氫能應用、開發技術等重點開發項目，以促進氫燃料電池汽車技術和氫基礎設施技術在2015年實現商業化應用，為發展“氫經濟”提供技術支撐。

◎2003年11月20日，由美國、澳大利亞、巴西、加拿大、中國、意大利、英國、冰島、挪威、德國、法國、俄羅斯、日本、韓國、印度、歐盟委員會參加的《氫經濟國際伙伴計劃》在華盛頓宣告成立，這標志著國際社會在發展氫經濟上已初步達成共識，也為美國發展氫經濟提供了國際合作的基礎。至此，美國發展氫經濟的準備工作可以說已初步完成。

◎2004年2月，美國能源部公布了《氫能技術研究、開發與示范行動計劃》。該計劃具體地闡述了發展氫經濟的步驟和向氫經濟過渡的時間表，該計劃的出臺是美國推動氫經濟發展的又一重大舉措，標志著美國發展氫經濟已從政策評估、制定階段進入到了系統化實施階段。

◎2004年5月，美國建立了第一座氫氣站，加利福尼亞州的一個固定制氫發電裝置“家庭能量站第三代”開始試用。這個裝置用天然氣制造氫氣維持燃料電池。第三代比第二代的重量輕了30%，發電量卻提高了25%，同時氫氣的制造和儲存能力提高了50%。

◎2005年7月，世界上第一批生產氫能燃料電池汽車的公司之一戴姆勒-克萊斯勒公司研制的“第五代新電池車”成功橫跨美國，刷新了燃料電池車在公路上行駛的紀錄，該車以氫氣為動力，全程行駛距離5245km，最高時速145km。

1.2.2　日本

如果不是那場海嘯引發的核泄漏，日本可能不會放棄純電動車的計劃。日本關閉全部核電站讓所有車企意識到原本利用夜間剩余電力充電的夢想無法實現了。面對日益高漲的石化燃料價格以及日本國內越來越大的能源漏洞，日本開始尋找真正的可替代能源。氫在燃燒時不會產生二氧化碳，被視為環保能源之一。在氫和氧經化學反應發電的燃料電池領域，日本擁有數項全球第一的專利，因此政府在能源基本計劃中倡導推進氫的運用。

在國際上，日本在努力發展氫經濟方面是最具影響力的國家之一，不僅表現在研發上，而且體現在產品計劃上。以下幾個方面的因素決定了日本的先導地位：日本政府承諾簽署到2010年減少6%溫室氣體的目標草案；日本本國運輸行業對石油進口的極大依賴性；日本需要維護本國高新技術形象和經濟兩方面超級強國的地位。

日本從1993年開始發展了一個WE-NET項目。這個項目是關于諸多可更新能源的世界性發展網絡介紹、傳輸和利用。這一項目是在2002年完成的，它是由新能源工業技術發展組織經營的一個廣泛的政府性工業學術企業，主要任務是關于氫能源研究方面的計劃及策略貫徹。第一階段的WE-NET項目從1993～1998年，主要集中研究不同氫技術的可行性分析，以及適用于日本的氫能源作業計劃。第二階段從1999～2002年，主要是對選定方案的介紹、驗證及測試，同時發展更進一步的研究和計劃。以上兩個階段的研發預算為2百億日元，近2億美元。接下來的研究項目是稱為氫能源安全利用方面的基礎技術研發，預計將持續到2020年，主要方向是氫能源基礎建設在日本的逐步普及和滲透。雖然WE-NET項目預計日本的氫能源從可持續能源中的量產可以達到每年210m³，但是到2030年可持續氫能的消耗僅占氫能源的15%，2030年日本總體的氫能消耗預計為9.6m³/年，這僅是總能源消耗的4%。

為解決石油依賴問題，日本通過政府主導和立法先行等方式積極推動氫能源產業發展。政府對新能源產業發展的重視通過立法的形式來體現，扶持政策也給相關研發機構和生產企業豐厚的補貼。2015年氫能源相關項目的預算將從2014年的165億日元倍增至401億日元。日本東京市政府官員說，2020年東京奧運會運動員村將使用氫能作為主要能源，推廣氫能汽車以及氫能發電，奧運會結束后，奧運村將變身清潔無污染的“氫鎮”。東京市政府打算建立多座氫站并鋪設管道，把氫氣輸送至奧運村住宿區、餐飲區和運動設施區。這些建筑設施內設有“燃料艙”，氫氣與氧氣在其中混合，可以發電并產生熱水。接送運動員的大客車同樣使用氫燃料，在特殊的氫站加載燃料。

氫燃料電池汽車將是日本新能源汽車的最終目的。相比純電動車，燃料電池車在續航和加氣時間上都有著較大的優勢。本田推出的新款氫燃料電池汽車性能卓越，燃料電池最大功率在100kW以上，功率密度達到3kW/L以上，單次加氫只需3分鐘，且續航里程可達到700km，能夠完美地滿足人們日常出行的需要，售價723.6萬日元，政府補貼202萬日元。

日本同時正在積極推進加氫站網絡建設，目標在2年內完成100座加氫站的建設。加氫站主要分布在關西地區、九州北部、中京地區和首都地區，并通過高速公路將這四大核心區域連接起來，打造氫能源利用的先行標桿。單個加氫站的建設費用約為4億～5億日元，根據政策，政府可補貼建設費用的一半。

日本經濟產業省下屬獨立行政法人——新能源與產業技術綜合開發機構（NEDO）匯總了首份《氫能源白皮書》，將氫能發電列為第三大支柱產業。白皮書預測隨著家用燃料電池與燃料電池車的普及與用途擴大，到2030年將形成一個1萬億日元（約合人民幣600億元）的國內市場，到2050年市場規模將擴大至8萬億日元。白皮書稱“將推動氫成為電源構成的一部分”，這或將刺激產、官、學三界加大行動力度。白皮書強調，為強化能源安全保障、環保措施和產業競爭力，氫是極為重要的技術領域，是僅次于家用燃料電池和燃料電池車的第三大核心。關于家用燃料電池，白皮書指出目前包括安裝費在內的投資約為150萬日元，僅為剛上市時的一半左右，但全面普及還需進一步壓低成本。

日本政府2014年6月公布了關于氫能與燃料電池發展的路線圖，其通向“氫社會”的三個階段分別是：第一階段為當前到2025年左右，主要是促進燃料電池的廣泛應用，包括家用燃料電池和燃料電池汽車等，預期到2025年左右燃料電池汽車的價格與混合動力汽車持平；第二階段為2025到2040年左右，主要是促進燃料電池發電廠和建立起基于海外能源供應的氫供應鏈；第三階段為2040年之后，建立起無CO₂排放的氫供應鏈。目前，日本經濟、貿易與產業部（METI）正在組織對這一路線圖進行細化的升級版，預計明年會公布新的路線圖。日本政府計劃2016年投入氫能與燃料電池的財政預算達到601億日元，比2015年的430多億又大幅增加。預算分配如下：補貼ENE-FARM家用燃料電池系統170億日元，補貼燃料電池汽車150億日元，補貼加氫站62億日元，燃料電池及加氫站的研發預算88.5億日元，全球氫供應鏈示范項目33.5億日元，氫的制取儲運研發及構建氫能網絡投入97億日元。

示范與應用方面，截至2015年10月，日本國內安裝的固定式燃料電池應用已達14.1萬套，目標是2020年達到140萬套，2030年達到530萬套。在燃料電池交通應用方面，2015年10月，豐田宣布其Mirai燃料電池汽車預期全球銷售量將在2020年達到3萬輛；本田也于2015年10月宣布計劃于2016年3月上市銷售燃料電池汽車，定價766萬日元。另外，截至2015年10月，日本在用商業化加氫站有31座，預算經費已落實的計劃建設加氫站有81座。

未來海外供給將成為日本氫氣的重要來源，氫氣的遠洋運輸仍待解決。未來隨著燃料電池車的普及和氫電站的需求的擴大，日本國內制取的氫氣或將不能滿足需要，這時從海外進口未被利用的氫氣就成了另一個很重要的方法。所涉及的最重要的問題就是氫氣的遠洋運輸，液化氫氣運輸船和有機液態儲氫材料或是比較好的選擇。

1.2.3　歐盟

歐盟25國在2003年促成了“歐洲研究區（Euro-pean Research Area，ERA）”項目，該項目包括了“歐洲氫能和燃料電池技術平臺（EHFCP）”。該平臺的目的在于向歐盟委員會推薦燃料電池和氫能技術發展的一些關鍵性領域，從而能夠在“第7框架計劃［7th Framework Programme（FP），2007-2012］中重點攻關”。在ERA之前，歐洲制定了一個10年的研發戰略——“至2005年歐洲的研發與示范戰略”，其中明確地提出了2005年歐盟燃料電池研發所要達到的目標，其核心是降低燃料電池的成本，在1998年歐盟對這個計劃進行了修正，使目標更具有彈性。此戰略規劃中，2010年前的階段目標是研制以天然氣為原料的用于發電的初級燃料電池產品。戰略制定專家組認為到2020年成員國當中會有5%的新型汽車和2%的船舶使用氫能產品，到2030～2040年市場占有額會不斷提高，并預計在2020～2050年間可再生能源和先進的核能會成為主要的氫能源。盡管在天然氣技術發展道路上會有一些危險性，但歐洲委員會預言即使在遙遠的未來，來源于碳隔離化石燃料的氫能產品與可再生能源及核能一起都將仍然扮演重要的角色。

圖1-5給出歐洲從2000年基于化石燃料的經濟過渡到2050年氫經濟的分階段發展編年史。左上方為H₂生產和分配。由2000年通過重整天然氣和電解制H₂；到2010年建立注H₂站群體、通過公路運輸和在當地加油站制H₂（重整和電解）；在2020年前后過渡到通過當地H₂分布柵網中具有C的多價螯合物化石燃料群體制H₂，以及建立當地H₂分布柵互聯網，簡化包括從生物體汽化在內的可再生能源生產H₂；2030年廣泛擴展H₂管線構架；2040年通過可再生能源、具有多價螯合物化石燃料和核能增加脫碳的H₂生產；2050年從可再生能源直接生產H₂，H₂群體的去炭化。圖1-5右下方為燃料電池FC和H₂系統發展和配置。2000年用于壁龕的固定式低溫燃料電池系統商業化；隨后發展固定式低溫燃料電池系統（PEM）（<300kW）和發展固定式高溫燃料電池系統（MCFC/SOFC）（<500kW），以及發展H₂ICE，并演示燃料電池公共汽車；2010年系列生產用于飛機（直接制H₂和重整）和其他運輸（船只）的第一代H₂機組（第一代儲氫）；2020年發展低價格高溫燃料電池系統；FC在微型器件中應用；FC車輛用于載人汽車；常壓和混合的SOFC系統商用（<10MW）；2030年選擇優質H₂燃料電池于FC車輛，并在第二代FC機載存儲（長程）分布式能源上有重大突破；2040年燃料電池在運輸、分布式能源獲得和微型器件應用中成為主要技術；2050年H₂在航空中應用。未來集成能量系統（IES）前景，復合了民用分散加熱的大小燃料電池和燃料電池廠，利用天然氣制氫并送至燃料電池廠發電，再與太陽能、風能等可再生能源發的電聯網，構成未來集成的能量系統。本地的氫網絡也能用于燃料電池車輛、艦艇供氫。

1.2.4　德國

德國政府主要通過國家氫能與燃料電池創新計劃（NIP）來支持氫能與燃料電池。目前，德國政府相關部門正在討論將NIP計劃延續第二期至2028年，NIP二期的重點將包括研發和市場啟動兩個方面。德國聯邦交通與數字基礎設施部（BMVI）已確定在2018年前用于氫能與燃料電池的預算投入至少1.61億歐元。在產業發展方面，德國繼續推進H₂ Mobility計劃，并且由發起該計劃倡議的6家公司合資成立了一家名為H₂ Mobility的公司，來進一步推進加氫站建設的計劃，從圖1-6中H₂ Mobility計劃圖上看到，至2023年在德國境內建成400座加氫站。它將分布在德國整個高速公路的網絡中，至少每隔90km有一個加氫站；從人口密度來看，至少在每個大都市區內有10個加氫站。

德國的其他項目也正推動著氫技術的發展。例如漢堡市正在嘗試使用燃料電池的公共汽車，其中一條線路得到國家氫氣和燃料電池技術項目以及電動汽車區域項目的支持。在巴登-符騰堡州的太陽能和氫氣研究所（ZSW）和在德累斯頓的弗勞恩研究所（IFAM），只是在德國眾多研究機構中的兩個，正在從事氫氣作為燃料的研究工作。

1.2.5　北歐

北歐五國成立了“北歐能源研究組織”，專門負責包括氫能和燃料電池從生產到應用的能源計劃。從2003年到2006年，北歐能源研究組織計劃每年投入約1400萬歐元，開展能源研發和商業化活動，其中在氫能和燃料電池研發上每年投入350萬歐元，占25%。該組織與行業中私營企業聯合的研發項目，采取成本共享方法，企業投入很大。所以氫能和燃料電池研發的總預算每年達到1600萬～1800萬歐元。資助的主要計劃和關鍵領域集中在：氫能生產，包括生物制氫、電解制氫和天然氣制氫；氫儲存，主要是合金儲氫；燃料電池網絡，加強北歐五國應用燃料電池技術的研發。北歐地區的冰島和挪威是兩個最為關注氫能經濟發展的國家。

（1）冰島

冰島曾于1999年2月公開發表一項引起世人關注的國家目標：至2030年冰島要將其經濟過渡到氫能經濟。冰島在氫能技術推廣上花了很大力氣，試圖發展氫能使用的領先地位，發展成為世界上第一個氫經濟國家。憑借其獨到的儲氫研究經驗和技術，再加上地域優勢和資源優勢，冰島政府的政策是增加使環境和諧的可再生能源。而優先發展氫能是這個長期能源政策的組成部分。冰島氫能政策的一個重要方面，是提出冰島作為國際氫能研究與測試平臺。冰島大學對利用可再生資源生產合成燃料，主要是氫能開展了研究，從而打下了能源領域的國際合作基礎。以此基礎，冰島政府關于氫能政策的一個主要目標是建立合適的國際氫能研究與測試平臺，公共管理部門和私營行業企業合作，提供未來發展的特別框架。工業商業部（Ministry of Industry and Commerce）會同其他部門和利益相關者主要負責推廣和實施能源政策和氫能政策。國家能源署（National Energy Authority）是一個管理和法規機構，主管開發和利用地熱和水力能源，也評估氫能在國家能源生產中的潛在能力。冰島的氫燃料都是通過電解水的方法獲得。冰島72%的電力供應來源于地熱和水力發電。由于有龐大的可利用的清潔能源供應，冰島可以直接用全國電網進行電解水生產氫燃料。由于低廉的2分錢/千瓦·時的電力價格，冰島每年可生產出2000t電解氫。這個得天獨厚的條件是其他任何國家無法比擬的。此外，冰島還成立了由汽車制造商和電力公司組成的新能源聯盟，他們計劃在冰島國內建立完全使用氫燃料的系統，并能出口氫燃料。

（2）丹麥

氫能在丹麥有中心地位，因為世界上三分之一的氫能生產是用了丹麥Haldor Topsoe公司開發的技術。丹麥科學技術創新部（Ministry of Science，Technology and Innovation）和丹麥能源署（Danish Energy Authority）負責氫能和燃料電池研發計劃，負責制訂氫能戰略，這一戰略包括在2005年3月出臺的政府能源行動計劃中。丹麥能源署負責資助和管理大多數能源領域的研究活動和計劃，每年投入500萬歐元，資助研究燃料電池和氫能。丹麥全國每年用在研發燃料電池技術上投入2000萬歐元。丹麥已經制定了具體的開發燃料電池技術的戰略和路線圖。2004年制訂了氫能戰略。

（3）挪威

挪威有充足的天然氣資源，因而對二氧化碳捕捉和封存的天然氣制氫有很高的優先研發地位。挪威有廣闊的地域，適合二氧化碳收集。挪威的Hydro公司是世界上最領先的電解槽制造商之一，積累了很多年電解技術經驗和知識。挪威政府成立了氫能委員會（The Norwegian Hydrogen Commission），委員會代表不同行業、研發機構、政府部門和非政府組織，把開發氫作為能源載體的國家目標，約定政府參與框架的條件，提出國家氫能計劃并組織實施，提供應盡責任和必要的資助。

目前挪威有具體氫能計劃，挪威研究理事會（The Research Council of Norway）負責未來清潔能源計劃（RENERGI Programme）。RENERGI計劃期限為2004～2013年。焦點放在能源生產和運輸、固定和移動能源使用上。這個計劃每年資助2000萬歐元。氫能資助占13%，2004年研究理事會資助的氫能和燃料電池研發項目經費為400萬歐元，其中氫能和電廠相關的二氧化碳捕捉和封存項目150萬歐元，氫氣生產項目100萬歐元，儲氫項目70萬歐元，氫系統分析項目60萬歐元，燃料電池項目20萬歐元。2004年，啟動了UTSIRA示范項目，得到了石油能源部下屬企業ENOVA公司的部分資助和Hydro公司資助。UTSIRA示范是一個風能-氫能項目，提供部分居民通過風能得到氫能。

2004年11月，挪威氫委員會提出，挪威有大量天然氣資源，天然氣制氫收集二氧化碳與天然氣發電收集二氧化碳一樣重要。氫能是未來可持續能源系統的重要部分。氫能委員會提出了4個目標：①挪威天然氣制氫環境友好，與石油或柴油比較價格具有競爭優勢，二氧化碳也好處理。②發展前期氫能用戶，主要發展交通領域氫能車輛和車隊。③儲氫技術領先。④發展氫能技術工業，包括成立制氫和用氫的組件和下游系統的供應商；發展基于電解技術加氫站的供應商；成為使用燃料電池車隊的領先國家。

2005年，挪威石油和能源部和交通運輸部共同制定了國家氫戰略，如圖1-7所示。

2009年，挪威建成580km氫高速公路，途經7個主要城市，氫能汽車可以隨時在沿途加氫站補充燃料。該項目是政府頒布實施的一項國家級項目，由政府、企業與科研院所聯合實施，總造價約4億美元。

1.2.6　中國

中國人口總數居世界第一，目前有13億，其中城市居民占47%。自1993年以來中國成為原油凈進口國，2009年之后成為世界第二大的原油進口國。中國電力有80%來自煤，19%來自水力發電，這種結構使中國自2007年以來成為世界CO₂排放第一大國。而且其他制造和家庭領域也有不少的碳排放量。中國的汽車制造量自2008年位居世界第一，達1800萬輛。中國因環境污染，每年要損失300億～1000億元人民幣，占到國民生產總值的3%～7%，與年增長率相近。若加上大量使用化石燃料產生的溫室氣體排放對氣候的影響和洪澇災害損失，則將大大超過此數。中國能源短缺，電力供應緊張、環境污染嚴重，已經影響到國民經濟的快速發展。將發展氫能盡早列入國家的重大發展項目之列，統一規劃發展氫能系統技術的開發項目。

中國對氫能的研究與發展可以追溯到20世紀60年代初，中國科學家為發展本國的航天事業，對作為火箭燃料的液氫的生產、H₂/O₂燃料電池的研制與開發進行了大量而有效的工作。將氫作為能源載體和新的能源系統進行開發，則是從20世紀70年代開始的。2003年，中國科學技術部代表中國政府在華盛頓與美、日、俄等14個國家以及歐盟代表共同簽署了《氫能經濟國際合作伙伴計劃》，中國作為起始成員國之一，在氫能經濟研究開發、相關領域的國際合作以及各種示范及對公眾宣傳方面做了大量的工作。中國的氫能開發技術已逐步跨入世界先進行列。在我國《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》和《國家“十一五”科學技術發展規劃》中都列入了氫能開發的相關內容。最近國務院辦公廳印發的《能源發展戰略行動計劃（2014—2020年）》中，氫能與燃料電池已被明確列入能源科技20個重點創新方向之一。

中國在國家科技部和各部委基金項目的支持下，已初步形成了一支由高等院校、中科院、企業等為主的從事氫能與燃料電池研究、開發和利用的專業隊伍，研發領域涉及氫經濟相關技術的基礎研究、技術開發和示范試驗等方面。如2000年科技部資助的國家“973”項目“氫能規模制備、儲運及相關燃料電池的基礎研究”。2006年國家863計劃先進能源技術領域“氫能與燃料電池技術”專題等。參與單位眾多，影響較大。