氫燃料電池技術滿足產業化需求，能源革命開啟

目前的燃料電池從壽命、性能、資源和成本等方面已經達到產業化條件，滿足下游交通和備電等領域應用:(1)燃料電池車輛壽命和運營里程達到 傳統汽柴油車水準，在英國和美國均有燃料電池公交車(FCEB)運營壽命 超過2.9 萬小時，無需大修或更換燃料電池組;(2)低溫啟動溫度可以達到-30°C;(3)鉑金催化劑用量較小，未來不會引起鉑金資源短缺，目前國 際先進催化劑耗鉑水平可達到0.125g/kW，未來單車鉑金用量可以低于5g，與傳統柴油車尾氣催化劑鉑用量相當，并且催化劑在往低鉑和無鉑方向發展;(4)成本快速下降，日韓燃料電池汽車預計2025 年能達到傳統內燃機車成本水平;(5)氫耗與油耗成本持平，并且隨著規模擴大，氫氣成本存在較大下行空間。

氫燃料電池具有零排放、零污染的特性，被認為是未來清潔環保的理想技術，是終極新能源動力解決方案。燃料電池本質上是發電機，下游應用場景廣泛，可以應用于交通領域和發電領域等。我們認為燃料電池發展將掀起一輪能源革命，氫將取代一部分石油，成為能源體系中的重要一環，未來氫燃料電池市場規模可達萬億級別。

從能量轉換效率的角度來看，天然氣重整制氫的方法能量轉換效率最高，而乙醇裂解和電解水制氫的方法次之。各種制氫方式的能量轉換效率比較如下:

化工原料制氫:甲醇制氫技術應用于眾多特定場所，但成本較高

甲醇裂解制氫:由于甲醇具有易于運輸、易于獲得等特點，甲醇制氫技術備受關注，并應用于眾多特定的場所。利用甲醇制氫有3種途徑:甲醇裂解、甲醇-蒸汽重整和甲醇部分氧化。在這三種方法中，甲醇裂解由于應用范圍更廣和原料單一的特點具有更強的競爭力。

甲醇制氫與大規模的天然氣、重油轉化制氫或者水煤氣制氫相比，投資省，能耗低;與水電解制氫相比，單位氫氣成本低。

化石燃料制氫工藝一般需要在800°C以上的高溫下進行。所以轉化爐等設備需要特殊材質。同時需要綜合考慮能量平衡和利用，不適合小規模制氫。而甲醇轉化制氫反應溫度低(260~280°C)，工藝條件緩和，燃料消耗低。與同等規模的化石燃料制氫裝置相比，甲醇-蒸汽轉化制氫的能耗是前者的50%。

水電解制氫的成本一般在3~5 元/m3，而一套規模為1000m3/h 的甲醇-蒸汽制氫轉化裝置的氫氣成本一般不高于2 元/m3。

液氨制氫方法由英國化學家亞瑟汀斯利在1894 年提出，主要原理是利用液氨和鈉單質反應生成氨基化鈉，然后氨基化鈉將分解成為氮氣、氫氣以及鈉單質。液氨是世界上產量最大的無機化合物之一，通常與丙烷一樣被加壓儲存在液氨罐之內(300psi，約20千帕)，液氮雖然可獲得性高，但是液氨制氫需要依賴于釕作為催化劑 ，而釕是一種稀有金屬，且在該過程中，分離氫氣需要極高的溫度。

2015 年，英國科學家提出液氨制氫的新方法，將分離氫氣的溫度降低到了400°C的溫度。一個典型的汽車電池都可以提供足夠的能量來加熱一個小型(1.5 立方英寸)鈉/氨反應器到達該溫度。其設備的輸出不能滿足一個大型商業設施所需的氫氣，但可以擴大到滿足一輛氫能燃料電池汽車所需的氫氣。

目前豐田、本田和現代所使用的氫氣，絕大多數都來自天然氣重整制氫，但天然氣重整制氫對環境的影響較大，因此如果上述液氨制氫的方法能夠推行,可以降低制氫過程對環境的影響。此外，該制氫方式的另一個優勢是其使用的罐體與現有的其他氣體儲存罐類似，這也將降低氫能基礎設施建設的成本。

成本方面，液氨制氫目前的成本約為2~2.5 元/Nm3，仍比電解水制氫的成本低，如未來有進一步的技術突破，液氨制氫的技術可以拓展到直接用于車載供氫。

氫氣儲運:氣氫拖車滿足現階段要求，液化氫技術是發展方向

運氫的方式主要分為:氣氫拖車運輸(tube trailer)、氣氫管道運輸(pipeline)和液氫罐車運輸(liquid truck)。氫能供應鏈中運氫環節定 義為包括集中制氫廠的運輸準備環節(氫氣壓縮/液化、存儲及加注) 和車輛/管道運輸過程所涉及所有設備。

從現階段加氫站對運輸距離(<500km,200km 為宜)和運輸規模(10t/d) 的需求來看，氫氣最佳的運輸方式仍是氣氫拖車，其成本可以達到2.02 元/kg，而在同等條件下的液氫運輸成本可以達到12.25 元/kg。未來在液化氫技術達到標準且氫氣需求量規模上升(100t/d )的情況下，將考慮采用液氫運輸的方式運送氫氣。

氣氫拖車運輸適合小規模、短距離運輸情景;氣氫管道運輸適合大規模、短距離運輸情景;液氫罐車運輸適合長距離運輸。

運輸規模和運輸距離是對氫氣運輸影響最大的兩個因素，對三種氫氣運輸方式的成本變化造成不同的影響。根據不同氫氣運輸方式的變化規律，在運輸規模和運輸距離確定的情況下，可以選出成本最低的運氫方式。

主要的三種氫氣運輸方式(氣氫拖車、管道輸氫和液氫罐車運輸)的成本組成可以劃分為:設備投資(存儲、壓縮、液化和加注設備)、電力成本、管道投資成本、運輸車輛投資成本(包括 車載儲氫容器)、車輛燃料成本、人力成本和其他運行維護費用。通過研究我們可以得出結論:

1)對于氣氫拖車運輸方式，主要受距離因素影響，規模對運氫成本影響比例較小;

2)對于管道輸氫方式，管道投資成本在運氫成本中占最大比例，適用于運氫規模大，距離近的情況;

3)對于液氫罐車運輸方式，非常適用于大規模氫氣長距離運輸，運氫成本與運輸規模成負相關，規模越大運氫成本越低，與運輸距離成正相關，距離越遠運氫成本越加上升，但上升幅度遠小于氣氫拖車。

文來源：氫標科技

圖片來源：找項目網