氢燃料电池技术满足产业化需求，能源革命开启

目前的燃料电池从寿命、性能、资源和成本等方面已经达到产业化条件，满足下游交通和备电等领域应用:(1)燃料电池车辆寿命和运营里程达到 传统汽柴油车水准，在英国和美国均有燃料电池公交车(FCEB)运营寿命 超过2.9 万小时，无需大修或更换燃料电池组;(2)低温启动温度可以达到-30°C;(3)铂金催化剂用量较小，未来不会引起铂金资源短缺，目前国 际先进催化剂耗铂水平可达到0.125g/kW，未来单车铂金用量可以低于5g，与传统柴油车尾气催化剂铂用量相当，并且催化剂在往低铂和无铂方向发展;(4)成本快速下降，日韩燃料电池汽车预计2025 年能达到传统内燃机车成本水平;(5)氢耗与油耗成本持平，并且随着规模扩大，氢气成本存在较大下行空间。

氢燃料电池具有零排放、零污染的特性，被认为是未来清洁环保的理想技术，是终极新能源动力解决方案。燃料电池本质上是发电机，下游应用场景广泛，可以应用于交通领域和发电领域等。我们认为燃料电池发展将掀起一轮能源革命，氢将取代一部分石油，成为能源体系中的重要一环，未来氢燃料电池市场规模可达万亿级别。

从能量转换效率的角度来看，天然气重整制氢的方法能量转换效率最高，而乙醇裂解和电解水制氢的方法次之。各种制氢方式的能量转换效率比较如下:

化工原料制氢:甲醇制氢技术应用于众多特定场所，但成本较高

甲醇裂解制氢:由于甲醇具有易于运输、易于获得等特点，甲醇制氢技术备受关注，并应用于众多特定的场所。利用甲醇制氢有3种途径:甲醇裂解、甲醇-蒸汽重整和甲醇部分氧化。在这三种方法中，甲醇裂解由于应用范围更广和原料单一的特点具有更强的竞争力。

甲醇制氢与大规模的天然气、重油转化制氢或者水煤气制氢相比，投资省，能耗低;与水电解制氢相比，单位氢气成本低。

化石燃料制氢工艺一般需要在800°C以上的高温下进行。所以转化炉等设备需要特殊材质。同时需要综合考虑能量平衡和利用，不适合小规模制氢。而甲醇转化制氢反应温度低(260~280°C)，工艺条件缓和，燃料消耗低。与同等规模的化石燃料制氢装置相比，甲醇-蒸汽转化制氢的能耗是前者的50%。

水电解制氢的成本一般在3~5 元/m3，而一套规模为1000m3/h 的甲醇-蒸汽制氢转化装置的氢气成本一般不高于2 元/m3。

液氨制氢方法由英国化学家亚瑟汀斯利在1894 年提出，主要原理是利用液氨和钠单质反应生成氨基化钠，然后氨基化钠将分解成为氮气、氢气以及钠单质。液氨是世界上产量最大的无机化合物之一，通常与丙烷一样被加压储存在液氨罐之内(300psi，约20千帕)，液氮虽然可获得性高，但是液氨制氢需要依赖于钌作为催化剂 ，而钌是一种稀有金属，且在该过程中，分离氢气需要极高的温度。

2015 年，英国科学家提出液氨制氢的新方法，将分离氢气的温度降低到了400°C的温度。一个典型的汽车电池都可以提供足够的能量来加热一个小型(1.5 立方英寸)钠/氨反应器到达该温度。其设备的输出不能满足一个大型商业设施所需的氢气，但可以扩大到满足一辆氢能燃料电池汽车所需的氢气。

目前丰田、本田和现代所使用的氢气，绝大多数都来自天然气重整制氢，但天然气重整制氢对环境的影响较大，因此如果上述液氨制氢的方法能够推行,可以降低制氢过程对环境的影响。此外，该制氢方式的另一个优势是其使用的罐体与现有的其他气体储存罐类似，这也将降低氢能基础设施建设的成本。

成本方面，液氨制氢目前的成本约为2~2.5 元/Nm3，仍比电解水制氢的成本低，如未来有进一步的技术突破，液氨制氢的技术可以拓展到直接用于车载供氢。

氢气储运:气氢拖车满足现阶段要求，液化氢技术是发展方向

运氢的方式主要分为:气氢拖车运输(tube trailer)、气氢管道运输(pipeline)和液氢罐车运输(liquid truck)。氢能供应链中运氢环节定 义为包括集中制氢厂的运输准备环节(氢气压缩/液化、存储及加注) 和车辆/管道运输过程所涉及所有设备。

从现阶段加氢站对运输距离(<500km,200km 为宜)和运输规模(10t/d) 的需求来看，氢气最佳的运输方式仍是气氢拖车，其成本可以达到2.02 元/kg，而在同等条件下的液氢运输成本可以达到12.25 元/kg。未来在液化氢技术达到标准且氢气需求量规模上升(100t/d )的情况下，将考虑采用液氢运输的方式运送氢气。

气氢拖车运输适合小规模、短距离运输情景;气氢管道运输适合大规模、短距离运输情景;液氢罐车运输适合长距离运输。

运输规模和运输距离是对氢气运输影响最大的两个因素，对三种氢气运输方式的成本变化造成不同的影响。根据不同氢气运输方式的变化规律，在运输规模和运输距离确定的情况下，可以选出成本最低的运氢方式。

主要的三种氢气运输方式(气氢拖车、管道输氢和液氢罐车运输)的成本组成可以划分为:设备投资(存储、压缩、液化和加注设备)、电力成本、管道投资成本、运输车辆投资成本(包括 车载储氢容器)、车辆燃料成本、人力成本和其他运行维护费用。通过研究我们可以得出结论:

1)对于气氢拖车运输方式，主要受距离因素影响，规模对运氢成本影响比例较小;

2)对于管道输氢方式，管道投资成本在运氢成本中占最大比例，适用于运氢规模大，距离近的情况;

3)对于液氢罐车运输方式，非常适用于大规模氢气长距离运输，运氢成本与运输规模成负相关，规模越大运氢成本越低，与运输距离成正相关，距离越远运氢成本越加上升，但上升幅度远小于气氢拖车。

文来源：氢标科技

图片来源：找项目网