隨著全球對清潔能源的需求日益增長，氫能源作為一種清潔、高效的能源載體，在全球能源轉型中扮演重要角色，其製造成本及市場價格是決定自身商業化過程的關鍵因素。本文旨在探討製氫成本以及氫儲存問題，並提出可以降低成本的合理建議。
(1)中國發展現況
主要依賴化石燃料重整和水解氫氣技術，其中煤製氫和天然氣重整製氫佔據主導地位。
- 電解水製氫價格在30元/公斤～40元/公斤。效率只有50%~70%，技術水準較低，成本較高
- 長三角氫價格為69元/公斤，長三角「清潔氫」價格為34.13元/公斤。
- 副產焦爐氣製氫價格一般不高於12元/公斤
- 燒鹼副產物製氫等價格一般不高於18元/公斤
- 煤製氫價格約為10元/公斤～15元/公斤
- 天然氣製氫的價格約為15元/公斤～20元/公斤
(2)全球發展現況
重視再生能源製氫，如利用太陽能、風能等進行電解水製氫，在生物質製氫、核能製氫等領域也有所突破。
- 日本在氫能利用和專利擁有數方面領先全球，這主要得益於日本政府長期以來對氫能源的大力支持和投入，已經在燃料電池車和家用熱電聯供系統等領域實現了商業化應用。
- 美國則透過發布國家戰略和提供巨額資金來加速氫能產業的發展，美國氫能專利數排名第二，集中在加州示範應用。
- 韓國已掌握一流技術，目前正在推進關鍵零件100%國產化。
- 歐盟氫能產業基礎最好，擁有世界級的氫氣和燃料電池價值鏈參與者，以及強大的氫研究機構和完善的計劃，特別是德國的優勢最為明顯。
- 天然氣製製氫：大約在1美元/公斤~2美元/公斤。
- 電解水製氫：根據國際能源總署（IEA）公佈，2020年綠氫的平均成本在3美元/公斤~6美元/公斤。然而，隨著再生能源發電成本的下降和電解技術的進步，彭博新能源財經預測到2030年綠氫成本可望下降到4美元/公斤~2.3美元/公斤。
(3)降低中國製氫成本的建議
- 風能和太陽能發電與電解水製氫結合，降低氫氣成本。
- 改變電極材料：使用高效的催化劑，如鉑、鈀、鎳基合金等，降低電解過程中的過電位，提高反應速率
- 改變電極結構：採用多孔、奈米結構或複合材料的電極，增加電極的表面積，提高電化學反應的效率
- 改進電解質離子傳導性：使用液態電解質、固態電解質、凝膠電解質，提升安全性與效率。
- 改善電解槽設計：使用鹼性陰離子交換膜電解技術，以降低成本並提高電流密度。
- 改善操作條件，精確控制電解槽的工作電壓，提高單位面積的產氫速率。
- 推動鹼性水電解（ALK）或質子交換膜電解（PEM）水製氫技術，滿足大規模的製需求。
(4)氫儲存問題
氫的儲存是一個重要的技術挑戰，因為氫氣的體積能量密度較低，儲存效率低於傳統化石燃料。換句話說，要儲存相同能量的氫氣，需要比其他燃料更大的空間。中國目前儲氫技術集中在金屬氫化物與奈米碳管等方向，未來高壓氣態儲氫和液態儲氫仍是主要儲氫方式，也是未來的研究方向，以下介紹三種主要儲存方式之優缺點。
- 壓縮氣氫儲存（CGH2）：技術成熟、能耗低、成本低。但需要高壓儲氣罐，氫氣具有易燃易爆的特性，安全性是一個重要的考量因素。
- 液態氫儲存（LH2）：體積能量密度高，但需要將氫氣冷卻至極低的溫度，需要能耗及設備需求較高，且存在揮發及洩漏爆炸等問題。
- 固態儲存：利用金屬氫化物、化學氫化物、奈米材料等固態材料吸收氫氣，儲存運輸方便，安全性較高，可循環使用，但材料成本較高，且操作條件嚴苛。規模化生產技術不成熟，且儲氫容量和釋氫速率仍有待提高。
（摘自：中國冶金報 2024-11-08）
