Z博士財經談2019-03-04 11:30:03氫能成為人類終極能源的理想選擇
氫能燃料電池的利用，幾乎可以從任何含氫的來源中提取氫，包括傳統（化石燃料）和可再生資源（沼氣、生物量、太陽能和風能）。考慮到這些不同的氫源，燃料電池與可再生和化石燃料工業之間存在協同作用。隨著燃料電池和氫氣行業的持續增長，這些行業的市場擴張機會也將擴大。
但氫能的普及還存在很多限制
1、加氫站的建設成為制約
首先，到目前為止，阻礙氫動力汽車發展的最大障礙是幾乎完全沒有全球基礎設施來供應燃料，以提供燃料電池汽車行駛所需的動力。
在日本，一個名為Iwatani的能源集團正開始建立加廣泛的氫站網路，但這一過程既耗時又昂貴。同時，日本法規將氫氣歸類為工業氣體，因此加氫站的分佈與建設必須，遵守嚴格的安全法規。
根據相關報道，Iwatani集團，目前建設一個加氫站需要花費約5億日元（約450萬美元）的代價，這個成本幾乎是美國建設同樣加氫站的兩倍，同時還有更多涉及氫燃料生產、儲存與運輸相關的成本沒有被充分考慮進去。
日本政府顯然，已經意識到各類問題，導致燃料站的建設成本代價高昂，並正在採取措施在2025年之前降低燃料站的價格。安倍晉三首相承諾，日本政府將建立一個從生產到運輸和消費的國際氫供應鏈。
這項新技術的產業化程序中，與政府幹預是分不開的，因為目前很少有私營公司願意冒險獨立投資一個氫燃料補給站網路，除非等到這項技術變得更加廣泛，成本能夠大幅下降。
然而，最為關鍵的是，當加氫站基礎設施配套設施齊全之前，很少有駕車者願意每天駕駛氫動力汽車作為交通工具，因此燃料電池電動汽車不會像混合動力汽車那樣，雖然後者相對高的燃油效率，但在其他方面如燃料供給和行駛效率上，幾乎與傳統的汽油車接近，不會對司機的行為產生任何約束。
2、制氫成本高昂
燃料電池普及的另一個主要障礙是氫的來源。純氫在地球上不是天然存在的，它的製造既昂貴又高耗能，日本Iwatani集團是透過燃燒天然氣來生產純氫，而澳大利亞政府正試圖透過燃燒褐煤來生產大量的天然氣。如果該專案成功，澳大利亞希望將其氫氣出口到日本等國。
因為沒有足夠的資料支撐，目前尚不清楚，即使是能夠在全國加氫站網路上大量交付氫燃料，在每英里行駛的基礎上是否會與汽油車具有價格競爭力，還需要進一步考量與嘗試。
3、氫動力系統與電池成本高
最後，氫動力系統的開發和建造成本仍然很高，豐田Mirai的儲氫罐是由碳纖維製成的，車載發電燃料電池使用鉑，綜合成本仍然很高，儘管據美國能源部門預測未來幾年成本會顯著下降，但短期內也是關鍵制約因素。
高昂的成本只能透過轉嫁消費者的方式來解決，因此燃料電池電動汽車的推廣，必須與政府激勵政策相配套，就像混合電動汽車與純電動汽車，補貼帶動技術進步與消費者增長，而後再逐步取消各項補貼政策，因此在氫氣進入主流之前，成本需要大幅下降。
我國氫能產業機會再哪裡？
氫能產業巨大，投資機會也很多，尤其氫的生產、運輸和儲存的產業鏈條環節都在具有很好的投資機會，在全球看，這些環節都處於區域性應用階段，主要是成本限制，因此投入可研力量，攻克技術難關，降低應用成本，未來前景可觀。
中研網2019-10-15 16:25:45中國氫能源開發利用分析
一、中國氫氣產量分析
2009年，中國氫氣產量超過千萬噸，成為全球氫氣產量第一的國家。2014年中國氫氣產量約為1892萬噸，2016年底達到2188萬噸，預計2017年產量為2353萬噸。
圖表：2014-2017年中國氫氣產量統計
資料來源：中研普華
二、中國開發氫能源的必要性分析
當今世界開發新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然氣、煤，均屬不可再生資源，地球上存量有限，而人類生存又時刻離不開能源，所以必須尋找新的能源。
氫能是一種二次能源，它是透過一定的方法利用其它能源製取的，而不像煤、石油和天然氣等可以直接從地下開採、幾乎完全依靠化石燃料。隨著石化燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的儲量豐富的新的含能體能源。氫正是這樣一種在常規能源危機的出現和開發新的二次能源的同時，人們期待的新的二次能源。氫位於元素週期表之首，原子序數為1，常溫常壓下為氣態，超低溫高壓下為液態。作為一種理想的新的合能體能源，它具有以下特點：
l、重量最輕的元素。標準狀態下，密度為0。8999g/l，-252。7℃時，可成為液體，若將壓力增大到數百個大氣壓，液氫可變為金屬氫。
2、導熱性最好的氣體，比大多數氣體的導熱係數高出10倍。
3、自然界存在最普遍的元素。據估計它構成了宇宙質量的75%，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態貯存於水中，而水是地球上最廣泛的物質。據推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。
4、除核燃料外氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142，351kJ/kg，是汽油發熱值的3倍。
5、燃燒效能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃範圍，而且燃點高，燃燒速度快。
6、無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔滁生成水和少量氮化氫外不會產生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的汙染物質，少量的氮化氫經過適當處理也不會汙染環境，且燃燒生成的水還可繼續制氫，反覆迴圈使用。產物水無腐蝕性，對裝置無損。
7、利用形式多。既可以透過燃燒產生熱能，在熱力發動機中產生機械功，又可以作為能源材料用於燃料電池，或轉換成固態氫用作結構材料。
8、可以以氣態、液態或固態的金屬氫化物出現，能適應貯運及各種應用環境的不同要求。
9、可以取消遠距離高壓輸電，代以遠近距離管道輸氫，安全性相對提高，能源無效損耗減小。
10、氫取消了內燃機噪聲源和能源汙染隱患，利用率高。
11、氫可以減輕燃料自重，可以增加運載工具有效載荷，這樣可以降低運輸成本從全程效益考慮社會總效益優於其他能源。
時至今日，氫能的利用已有長足進步。自從1965年美國開始研製液氫發動機以來，相繼研製成功了各種型別的噴氣式和火箭式發動機。美國的太空梭已成功使用液氫做燃料。我國長征2號、3號也使用液氫做燃料。利用液氫代替柴油，用於鐵路機車或一般汽車的研製也十分活躍。氫汽車靠氫燃料、氫燃料電池執行也是溝通電力系統和氫能體系的重要手段。
目前，世界各國正在研究如何能大量而廉價的生產氫。利用太陽能來分解水是一個主要研究方向，在光的作用下將水分解成氫氣和氧氣，關鍵在於找到一種合適的催化劑。如今世界上有50多個實驗室在進行研究，至今尚未有重大突破，但它蘊育著廣闊的前景。
發展氫能源，將為建立一個美好、無汙染的新世界邁出重要一步。
在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀最理想的能源。這是因為，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產生的能量最多，而且它燃燒的產物是水，沒有灰渣和廢氣，不會汙染環境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產生溫室效應和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存於水中，燃燒後唯一的產物也是水，可源源不斷地產生氫氣，永遠不會用完。
氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦爾的熱量，是汽油發熱量的3倍。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運送方便，是航天、航空等高速飛行交通工具最
合適的燃料。氫在氧氣裡能夠燃燒，氫氣火焰的溫度可高達2500℃，因而人們常用氫氣切割或者焊接鋼鐵材料。
在大自然中，氫的分佈很廣泛。水就是氫的大“倉庫”，其中含有11%的氫。泥土裡約有1。5%的氫；石油、煤炭、天然氣、動植物體內等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70%為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從水中製取氫，那麼氫也將是一種價格相當便宜的能源。
氫的用途很廣，適用性強。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學能、熱能和機械能相互轉換的功能。例如，儲氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領，可將熱量儲存起來，作為房間內取暖和空調使用。
氫作為氣體燃料，首先被應用在汽車上。1976年5月，美國研製出一種以氫作燃料的汽車；後來，日本也研製成功一種以液態氫為燃料的汽車；70年代末期，前聯邦德國的賓士汽車公司已對氫氣進行了試驗，他們僅用了五千克氫，就使汽車行駛了110公里。
用氫作為汽車燃料，不僅乾淨，在低溫下容易發動，而且對發動機的腐蝕作用小，可延長髮動機的使用壽命。由於氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡化現有汽車的構造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4%的氫氣。用它作為汽車發動機燃料，就可節油40%，而且無需對汽油發動機作多大的改進。
氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運輸都很方便。液態的氫既可用作汽車、飛機的燃料，也可用作火箭、導彈的燃料。美國飛往月球的“阿波羅”號宇宙飛船和我國發射人造衛星的長征運載火箭，都是用液態氫作燃料的。
另外，使用氫—氫燃料電池還可以把氫能直接轉化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在宇宙飛船和潛水艇上得到使用，效果不錯。當然，由於成本較高，一時還難以普遍使用。現在世界上氫的年產量約為3600萬噸，其中絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中製取的，這就得消耗本來就很緊缺的礦物燃料；另有4%的氫是用電解水的方法制取的，但消耗的電能太多，很不划算，因此，人們正在積極探索研究制氫新方法。
隨著太陽能研究和利用的發展，人們已開始利用陽光分解水來製取氫氣。在水中放入催化劑，在陽光照射下，催化劑便能激發光化學反應，把水分解成氫和氧。例如，二氧化鈦和某些含釕的化合物，就是較適用的光水解催化劑。人們預計，一旦當更有效的催化劑問世時，水中取“火”——制氫就成為可能，到那時，人們只要在汽車、飛機等油箱中裝滿水，再加入光水解催化劑，那麼，在陽光照射下，水便能不斷地分解出氫，成為發動機的能源。
本世紀70年代，人們用半導體材料鈦酸鍶作光電極，金屬鉑作暗電極，將它們連在一起，然後放入水裡，透過陽光的照射，就在鉑電極上釋放出氫氣，而在鈦酸鍶電極上釋放出氧氣，這就是我們通常所說的光電解水製取氫氣法。
科學家們還發現，一些微生物也能在陽光作用下製取氫。人們利用在光合作用下可以釋放氫的微生物，透過氫化酶誘發電子，把水裡的氫離子結合起來，生成氫氣。前蘇聯的科學家們已在湖沼裡發現了這樣的微生物，他們把這種微生物放在適合它生存的特殊器皿裡，然後將微生物產生出來的氫氣收集在氫氣瓶裡。這種微生物含有大量的蛋白質，除了能放出氫氣外，還可以用於製藥和生產維生素，以及用它作牧畜和家禽的飼料。現在，人們正在設法培養能高效產氫的這類微生物，以適應開發利用新能源的需要。引人注意的是，許多原始的低等生物在新陳代謝的過程中也可放出氫氣。例如，許多細菌可在一定條件下放出氫。日本已找到一種叫做“紅鞭毛桿菌”的細菌，就是個制氫的能手。在玻璃器皿內，以澱粉作原料，摻入一些其他營養素製成的培養液就可培養出這種細菌，這時，在玻璃器皿內便會產生出氫氣。這種細菌制氫的效能頗高，每消耗五毫升的澱粉營養液，就可產生出25毫升的氫氣。
美國宇航部門準備把一種光合細菌——紅螺菌帶到太空中去，用它放出的氫氣作為能源供航天器使用。這種細菌的生長與繁殖很快，而且培養方法簡單易行，既可在農副產品廢水廢渣中培養，也可以在乳製品加工廠的垃圾中培育。
對於製取氫氣，有人提出了一個大膽的設想：將來建造一些為電解水製取氫氣的專用核電站。譬如，建造一些人工海島，把核電站建在這些海島上，電解用水和冷卻用水均取自海水。由於海島遠離居民區，所以既安全，又經濟。製取的氫和氧，用鋪設在水下的通氣管道輸入陸地，以便供人們隨時使用。
三、中國氫能源開發利用現狀分析
在氫成為一個重要的燃料能源的同時，需求量也不斷增加，世界各國正在研究如何能大量而廉價地生產氫。氫氣作為新興的清潔能源載體，在現代社會中的應用愈加廣泛。
隨著太陽能研究和利用的發展，人們已開始利用陽光分解水來製取氫氣。在水中放入催化劑，在陽光照射下，催化劑便能激發光化學反應，把水分解成氫和氧。一旦有更有效的催化劑問世，水中取“火”——制氫就將成為可能。
20世紀70年代，人們用半導體材料鈦酸鍶作為光電極，金屬鉑作為暗電極，將它們連在一起，然後放入水裡，透過陽光的照射，在鉑電極上釋放出氫氣，在鈦酸鍶電極上釋放出氧氣，這就是通常所說的光電解水製取氫氣法。
科學家們還發現，一些微生物也能在陽光作用下製取氫。人們利用在光合作用下可以釋放氫的微生物，透過氫化酶誘發電子，把水裡的氫離子結合起來，生成氫氣。前蘇聯的科學家們已在湖沼裡發現了這樣的微生物，他們把這種微生物放在適合它生存的特殊器皿裡，然後將微生物產生出來的氫氣收集在氫氣瓶裡。這種微生物含有大量的蛋白質，除了能釋放出氫氣外，還可以用於製藥和生產維生素，以及用它作為牧畜和家禽的飼料。人們正在設法培養能高效產氫的這類微生物，以滿足開發利用新能源的需要。
引人注意的是，許多原始的低等生物在新陳代謝的過程中也可釋放出氫氣來。例如，日本已找到一種叫做“紅鞭毛桿菌”的細菌，就是個制氫的能手。在玻璃器皿內，以澱粉作為原料，摻入一些其他營養素製成的培養液就可以培養出這種細菌，這時，在玻璃器皿內便會產生出氫氣來。這種細菌制氫的效能頗高，每消耗5毫升的澱粉營養液，就可產生出25毫升的氫氣。
美國宇航部門準備把一種光合細菌——紅螺菌帶到太空中去，用它釋放出的氫氣作為能源供航天器使用。這種細菌的生長與繁殖很快，而且培養方法簡單易行，既可在農副產品廢水廢渣中培養，也可以在乳製品加工廠的垃圾中培育。
世界各國都為發展氫能源制定了規劃。美國已將氫能源和燃料電池確定為維繫經濟繁榮和國家安全的技術之一，各級政府均提供大量資金資助科研機構進行氫能源的研發。德國國家全資公司NOW公司全權負責該國的氫能源燃料電池示範研究。德國國家創新計劃從2007年至2016年集中精力於氫和燃料電池市場，聚焦示範與開發相結合專案。日本採取了全額投入經費的辦法，委託日本產業省的全資公司VEDO公司負責管理日本氫能源和燃料電池示範專案。該專案的目標之一，是到2025年，在日本建立1000座加氫站。2002年10月，歐盟成立了“氫燃料和燃料電池技術”高階研究小組。
氫燃料技術，一直被認為是利用氫能源，解決未來人類能源危機的重要途徑之一。隨著中國經濟的快速發展，汽車工業已經成為中國的支柱產業之一。中國已成為世界第三大汽車生產國和第二大汽車市場，汽車燃油消耗約佔中國石油總需求量的1/4。在能源供應日益緊張的今日，發展新能源汽車已迫在眉睫。用氫能源作為汽車的燃料無疑是最佳的選擇。目前，發達國家的燃料電池汽車技術日趨完善，已解決了安全問題，3至5分鐘可加滿氫氣，一次加氫可行駛400至600千米，低溫能順利啟動。目前，各大汽車公司正在進行降低成本的努力，以便讓普通駕車族能用得起，這個目標隨著產量的提高也將實現。
想要了解更多關於氫能源行業專業分析請關注中研普華研究報告《2017-2022年中國氫能源行業全景調研與發展戰略研究諮詢報告》
