1.2　全球氢能源发展现状

20世纪90年代以来，氢能源作为一种高效、清洁、可持续发展的“无碳”能源已得到世界各国的普遍关注，世界主要发达国家和国际组织都对氢能源赋予极大的重视，纷纷投入巨资进行氢能相关技术的研发。美国、日本、欧盟等更是致力于控制21世纪“氢经济”（Hydrogen Economics）发展的制高点。“氢经济”已经成为21世纪新的竞争领域。

早在1970年，美国通用汽车公司的技术研究中心就提出了“氢经济”的概念。1976年美国斯坦福研究院就开展了氢经济的可行性研究。2006年11月13日国际氢能界的主要科学家联名向八国集团领导人（加拿大总理斯蒂芬·哈珀、法国总统雅克·希拉克、德国总理默克尔、意大利总理罗马诺·普罗迪、日本首相安倍晋三、俄罗斯总统弗拉基米尔·普京、英国首相托尼·布莱尔和美国总统乔治·布什）以及联合国相关部门负责人提交了有关氢能的《百年备忘录》。在备忘录中，科学家们指出：“21世纪初叶人类正面临的两大危机：一是人为因素导致的气候变化是真实存在的，至21世纪末，气温的升高将会呈现一个相当大的幅度，并将会给人类、动物、植物以及人类文化遗产带来灾难性的后果。二是传统化石能源或核能源燃料被少数几个国家寡头垄断的情况正不断加剧，这不利于大多数国家利用能源。解决上述问题的方案不少，但是氢能为最优方案，它将为人类提供足够的清洁能源。”

2010年5月在德国埃森召开的“第18届世界氢能大会”，各主要国家均有代表出席，并介绍自己国家的氢能进展，充分展示了各国正在加快氢能源市场化步伐。世界氢能大会是由国际氢能学会创办的氢能国际会议，每两年举办一次。会议内容侧重于氢能科学。国际氢能学会是全球氢能领域最高级别的非盈利性学术组织，1974年在美国成立，其会员遍布全球。国际氢能学会同时还创办了世界氢能技术大会，每两年举办一次。会议内容侧重于氢能应用技术。目前已举办5届。2013年的第5届世界氢能技术大会是在我国上海举办的。

1.2.1　美国

美国高度重视氢能源的开发和利用，致力于推动氢经济的发展。美国从国家可持续发展和安全战略的高度，制定了长期的氢能源发展战略。美国的氢能发展路线图（图1-4）从时间上分为4个阶段：①技术、政策和市场开发阶段；②向市场过渡阶段；③市场和基础设施扩张阶段；④走进氢经济时代。从2000年至2040年，每10年实现一个阶段。美国目前每年生产5.4×10⁷m³氢气。拥有氢气管道1900英里（1mi=1.61km）。现有230多辆氢燃料电池轿车，130多辆氢燃料电池公共汽车，大约200座加氢站。

美国氢能源发展大事记：

◎美国对氢能源的关注要追溯到1973年的石油能源危机时期。在1973年石油危机时期，美国成立了国际氢能源组织，并且在迈阿密召开了第一次国际会议。

◎20世纪80年代，美国对于氢能源项目的研究投资急剧减少，直到90年代人们日渐关注全球气候改变及对石油进口的依赖才重新启用此项投资。

◎2001年11月，美国召开了国家氢能发展展望研讨会，勾画了氢经济蓝图：“在未来的氢经济中，美国将拥有安全、清洁以及繁荣的氢能产业；美国消费者将像现在获取汽油、天然气或电力那样方便地获取氢能；氢能的制备将是洁净的，没有温室气体排放；氢能将以安全的方式输送；美国的商业和消费者将氢作为能源的选择之一；美国的氢能产业将提供全球领先的设备、产品和服务。”

◎2002年，美国能源部建立了氢、燃料电池和基础设施技术规划办公室，提出了《向氢经济过渡的2030年远景展望报告》，制订了美国未来氢经济发展的宏伟蓝图，同年11月，出台了《国家氢能发展路线图报告》。

◎2003年1月28日，美国总统布什宣布启动总额超过20亿美元氢燃料研究计划。该项目提出了氢能工业化生产技术，氢能存储技术，氢能应用、开发技术等重点开发项目，以促进氢燃料电池汽车技术和氢基础设施技术在2015年实现商业化应用，为发展“氢经济”提供技术支撑。

◎2003年11月20日，由美国、澳大利亚、巴西、加拿大、中国、意大利、英国、冰岛、挪威、德国、法国、俄罗斯、日本、韩国、印度、欧盟委员会参加的《氢经济国际伙伴计划》在华盛顿宣告成立，这标志着国际社会在发展氢经济上已初步达成共识，也为美国发展氢经济提供了国际合作的基础。至此，美国发展氢经济的准备工作可以说已初步完成。

◎2004年2月，美国能源部公布了《氢能技术研究、开发与示范行动计划》。该计划具体地阐述了发展氢经济的步骤和向氢经济过渡的时间表，该计划的出台是美国推动氢经济发展的又一重大举措，标志着美国发展氢经济已从政策评估、制定阶段进入到了系统化实施阶段。

◎2004年5月，美国建立了第一座氢气站，加利福尼亚州的一个固定制氢发电装置“家庭能量站第三代”开始试用。这个装置用天然气制造氢气维持燃料电池。第三代比第二代的重量轻了30%，发电量却提高了25%，同时氢气的制造和储存能力提高了50%。

◎2005年7月，世界上第一批生产氢能燃料电池汽车的公司之一戴姆勒-克莱斯勒公司研制的“第五代新电池车”成功横跨美国，刷新了燃料电池车在公路上行驶的纪录，该车以氢气为动力，全程行驶距离5245km，最高时速145km。

1.2.2　日本

如果不是那场海啸引发的核泄漏，日本可能不会放弃纯电动车的计划。日本关闭全部核电站让所有车企意识到原本利用夜间剩余电力充电的梦想无法实现了。面对日益高涨的石化燃料价格以及日本国内越来越大的能源漏洞，日本开始寻找真正的可替代能源。氢在燃烧时不会产生二氧化碳，被视为环保能源之一。在氢和氧经化学反应发电的燃料电池领域，日本拥有数项全球第一的专利，因此政府在能源基本计划中倡导推进氢的运用。

在国际上，日本在努力发展氢经济方面是最具影响力的国家之一，不仅表现在研发上，而且体现在产品计划上。以下几个方面的因素决定了日本的先导地位：日本政府承诺签署到2010年减少6%温室气体的目标草案；日本本国运输行业对石油进口的极大依赖性；日本需要维护本国高新技术形象和经济两方面超级强国的地位。

日本从1993年开始发展了一个WE-NET项目。这个项目是关于诸多可更新能源的世界性发展网络介绍、传输和利用。这一项目是在2002年完成的，它是由新能源工业技术发展组织经营的一个广泛的政府性工业学术企业，主要任务是关于氢能源研究方面的计划及策略贯彻。第一阶段的WE-NET项目从1993～1998年，主要集中研究不同氢技术的可行性分析，以及适用于日本的氢能源作业计划。第二阶段从1999～2002年，主要是对选定方案的介绍、验证及测试，同时发展更进一步的研究和计划。以上两个阶段的研发预算为2百亿日元，近2亿美元。接下来的研究项目是称为氢能源安全利用方面的基础技术研发，预计将持续到2020年，主要方向是氢能源基础建设在日本的逐步普及和渗透。虽然WE-NET项目预计日本的氢能源从可持续能源中的量产可以达到每年210m³，但是到2030年可持续氢能的消耗仅占氢能源的15%，2030年日本总体的氢能消耗预计为9.6m³/年，这仅是总能源消耗的4%。

为解决石油依赖问题，日本通过政府主导和立法先行等方式积极推动氢能源产业发展。政府对新能源产业发展的重视通过立法的形式来体现，扶持政策也给相关研发机构和生产企业丰厚的补贴。2015年氢能源相关项目的预算将从2014年的165亿日元倍增至401亿日元。日本东京市政府官员说，2020年东京奥运会运动员村将使用氢能作为主要能源，推广氢能汽车以及氢能发电，奥运会结束后，奥运村将变身清洁无污染的“氢镇”。东京市政府打算建立多座氢站并铺设管道，把氢气输送至奥运村住宿区、餐饮区和运动设施区。这些建筑设施内设有“燃料舱”，氢气与氧气在其中混合，可以发电并产生热水。接送运动员的大客车同样使用氢燃料，在特殊的氢站加载燃料。

氢燃料电池汽车将是日本新能源汽车的最终目的。相比纯电动车，燃料电池车在续航和加气时间上都有着较大的优势。本田推出的新款氢燃料电池汽车性能卓越，燃料电池最大功率在100kW以上，功率密度达到3kW/L以上，单次加氢只需3分钟，且续航里程可达到700km，能够完美地满足人们日常出行的需要，售价723.6万日元，政府补贴202万日元。

日本同时正在积极推进加氢站网络建设，目标在2年内完成100座加氢站的建设。加氢站主要分布在关西地区、九州北部、中京地区和首都地区，并通过高速公路将这四大核心区域连接起来，打造氢能源利用的先行标杆。单个加氢站的建设费用约为4亿～5亿日元，根据政策，政府可补贴建设费用的一半。

日本经济产业省下属独立行政法人——新能源与产业技术综合开发机构（NEDO）汇总了首份《氢能源白皮书》，将氢能发电列为第三大支柱产业。白皮书预测随着家用燃料电池与燃料电池车的普及与用途扩大，到2030年将形成一个1万亿日元（约合人民币600亿元）的国内市场，到2050年市场规模将扩大至8万亿日元。白皮书称“将推动氢成为电源构成的一部分”，这或将刺激产、官、学三界加大行动力度。白皮书强调，为强化能源安全保障、环保措施和产业竞争力，氢是极为重要的技术领域，是仅次于家用燃料电池和燃料电池车的第三大核心。关于家用燃料电池，白皮书指出目前包括安装费在内的投资约为150万日元，仅为刚上市时的一半左右，但全面普及还需进一步压低成本。

日本政府2014年6月公布了关于氢能与燃料电池发展的路线图，其通向“氢社会”的三个阶段分别是：第一阶段为当前到2025年左右，主要是促进燃料电池的广泛应用，包括家用燃料电池和燃料电池汽车等，预期到2025年左右燃料电池汽车的价格与混合动力汽车持平；第二阶段为2025到2040年左右，主要是促进燃料电池发电厂和建立起基于海外能源供应的氢供应链；第三阶段为2040年之后，建立起无CO₂排放的氢供应链。目前，日本经济、贸易与产业部（METI）正在组织对这一路线图进行细化的升级版，预计明年会公布新的路线图。日本政府计划2016年投入氢能与燃料电池的财政预算达到601亿日元，比2015年的430多亿又大幅增加。预算分配如下：补贴ENE-FARM家用燃料电池系统170亿日元，补贴燃料电池汽车150亿日元，补贴加氢站62亿日元，燃料电池及加氢站的研发预算88.5亿日元，全球氢供应链示范项目33.5亿日元，氢的制取储运研发及构建氢能网络投入97亿日元。

示范与应用方面，截至2015年10月，日本国内安装的固定式燃料电池应用已达14.1万套，目标是2020年达到140万套，2030年达到530万套。在燃料电池交通应用方面，2015年10月，丰田宣布其Mirai燃料电池汽车预期全球销售量将在2020年达到3万辆；本田也于2015年10月宣布计划于2016年3月上市销售燃料电池汽车，定价766万日元。另外，截至2015年10月，日本在用商业化加氢站有31座，预算经费已落实的计划建设加氢站有81座。

未来海外供给将成为日本氢气的重要来源，氢气的远洋运输仍待解决。未来随着燃料电池车的普及和氢电站的需求的扩大，日本国内制取的氢气或将不能满足需要，这时从海外进口未被利用的氢气就成了另一个很重要的方法。所涉及的最重要的问题就是氢气的远洋运输，液化氢气运输船和有机液态储氢材料或是比较好的选择。

1.2.3　欧盟

欧盟25国在2003年促成了“欧洲研究区（Euro-pean Research Area，ERA）”项目，该项目包括了“欧洲氢能和燃料电池技术平台（EHFCP）”。该平台的目的在于向欧盟委员会推荐燃料电池和氢能技术发展的一些关键性领域，从而能够在“第7框架计划［7th Framework Programme（FP），2007-2012］中重点攻关”。在ERA之前，欧洲制定了一个10年的研发战略——“至2005年欧洲的研发与示范战略”，其中明确地提出了2005年欧盟燃料电池研发所要达到的目标，其核心是降低燃料电池的成本，在1998年欧盟对这个计划进行了修正，使目标更具有弹性。此战略规划中，2010年前的阶段目标是研制以天然气为原料的用于发电的初级燃料电池产品。战略制定专家组认为到2020年成员国当中会有5%的新型汽车和2%的船舶使用氢能产品，到2030～2040年市场占有额会不断提高，并预计在2020～2050年间可再生能源和先进的核能会成为主要的氢能源。尽管在天然气技术发展道路上会有一些危险性，但欧洲委员会预言即使在遥远的未来，来源于碳隔离化石燃料的氢能产品与可再生能源及核能一起都将仍然扮演重要的角色。

图1-5给出欧洲从2000年基于化石燃料的经济过渡到2050年氢经济的分阶段发展编年史。左上方为H₂生产和分配。由2000年通过重整天然气和电解制H₂；到2010年建立注H₂站群体、通过公路运输和在当地加油站制H₂（重整和电解）；在2020年前后过渡到通过当地H₂分布栅网中具有C的多价螯合物化石燃料群体制H₂，以及建立当地H₂分布栅互联网，简化包括从生物体汽化在内的可再生能源生产H₂；2030年广泛扩展H₂管线构架；2040年通过可再生能源、具有多价螯合物化石燃料和核能增加脱碳的H₂生产；2050年从可再生能源直接生产H₂，H₂群体的去炭化。图1-5右下方为燃料电池FC和H₂系统发展和配置。2000年用于壁龛的固定式低温燃料电池系统商业化；随后发展固定式低温燃料电池系统（PEM）（<300kW）和发展固定式高温燃料电池系统（MCFC/SOFC）（<500kW），以及发展H₂ICE，并演示燃料电池公共汽车；2010年系列生产用于飞机（直接制H₂和重整）和其他运输（船只）的第一代H₂机组（第一代储氢）；2020年发展低价格高温燃料电池系统；FC在微型器件中应用；FC车辆用于载人汽车；常压和混合的SOFC系统商用（<10MW）；2030年选择优质H₂燃料电池于FC车辆，并在第二代FC机载存储（长程）分布式能源上有重大突破；2040年燃料电池在运输、分布式能源获得和微型器件应用中成为主要技术；2050年H₂在航空中应用。未来集成能量系统（IES）前景，复合了民用分散加热的大小燃料电池和燃料电池厂，利用天然气制氢并送至燃料电池厂发电，再与太阳能、风能等可再生能源发的电联网，构成未来集成的能量系统。本地的氢网络也能用于燃料电池车辆、舰艇供氢。

1.2.4　德国

德国政府主要通过国家氢能与燃料电池创新计划（NIP）来支持氢能与燃料电池。目前，德国政府相关部门正在讨论将NIP计划延续第二期至2028年，NIP二期的重点将包括研发和市场启动两个方面。德国联邦交通与数字基础设施部（BMVI）已确定在2018年前用于氢能与燃料电池的预算投入至少1.61亿欧元。在产业发展方面，德国继续推进H₂ Mobility计划，并且由发起该计划倡议的6家公司合资成立了一家名为H₂ Mobility的公司，来进一步推进加氢站建设的计划，从图1-6中H₂ Mobility计划图上看到，至2023年在德国境内建成400座加氢站。它将分布在德国整个高速公路的网络中，至少每隔90km有一个加氢站；从人口密度来看，至少在每个大都市区内有10个加氢站。

德国的其他项目也正推动着氢技术的发展。例如汉堡市正在尝试使用燃料电池的公共汽车，其中一条线路得到国家氢气和燃料电池技术项目以及电动汽车区域项目的支持。在巴登-符腾堡州的太阳能和氢气研究所（ZSW）和在德累斯顿的弗劳恩研究所（IFAM），只是在德国众多研究机构中的两个，正在从事氢气作为燃料的研究工作。

1.2.5　北欧

北欧五国成立了“北欧能源研究组织”，专门负责包括氢能和燃料电池从生产到应用的能源计划。从2003年到2006年，北欧能源研究组织计划每年投入约1400万欧元，开展能源研发和商业化活动，其中在氢能和燃料电池研发上每年投入350万欧元，占25%。该组织与行业中私营企业联合的研发项目，采取成本共享方法，企业投入很大。所以氢能和燃料电池研发的总预算每年达到1600万～1800万欧元。资助的主要计划和关键领域集中在：氢能生产，包括生物制氢、电解制氢和天然气制氢；氢储存，主要是合金储氢；燃料电池网络，加强北欧五国应用燃料电池技术的研发。北欧地区的冰岛和挪威是两个最为关注氢能经济发展的国家。

（1）冰岛

冰岛曾于1999年2月公开发表一项引起世人关注的国家目标：至2030年冰岛要将其经济过渡到氢能经济。冰岛在氢能技术推广上花了很大力气，试图发展氢能使用的领先地位，发展成为世界上第一个氢经济国家。凭借其独到的储氢研究经验和技术，再加上地域优势和资源优势，冰岛政府的政策是增加使环境和谐的可再生能源。而优先发展氢能是这个长期能源政策的组成部分。冰岛氢能政策的一个重要方面，是提出冰岛作为国际氢能研究与测试平台。冰岛大学对利用可再生资源生产合成燃料，主要是氢能开展了研究，从而打下了能源领域的国际合作基础。以此基础，冰岛政府关于氢能政策的一个主要目标是建立合适的国际氢能研究与测试平台，公共管理部门和私营行业企业合作，提供未来发展的特别框架。工业商业部（Ministry of Industry and Commerce）会同其他部门和利益相关者主要负责推广和实施能源政策和氢能政策。国家能源署（National Energy Authority）是一个管理和法规机构，主管开发和利用地热和水力能源，也评估氢能在国家能源生产中的潜在能力。冰岛的氢燃料都是通过电解水的方法获得。冰岛72%的电力供应来源于地热和水力发电。由于有庞大的可利用的清洁能源供应，冰岛可以直接用全国电网进行电解水生产氢燃料。由于低廉的2分钱/千瓦·时的电力价格，冰岛每年可生产出2000t电解氢。这个得天独厚的条件是其他任何国家无法比拟的。此外，冰岛还成立了由汽车制造商和电力公司组成的新能源联盟，他们计划在冰岛国内建立完全使用氢燃料的系统，并能出口氢燃料。

（2）丹麦

氢能在丹麦有中心地位，因为世界上三分之一的氢能生产是用了丹麦Haldor Topsoe公司开发的技术。丹麦科学技术创新部（Ministry of Science，Technology and Innovation）和丹麦能源署（Danish Energy Authority）负责氢能和燃料电池研发计划，负责制订氢能战略，这一战略包括在2005年3月出台的政府能源行动计划中。丹麦能源署负责资助和管理大多数能源领域的研究活动和计划，每年投入500万欧元，资助研究燃料电池和氢能。丹麦全国每年用在研发燃料电池技术上投入2000万欧元。丹麦已经制定了具体的开发燃料电池技术的战略和路线图。2004年制订了氢能战略。

（3）挪威

挪威有充足的天然气资源，因而对二氧化碳捕捉和封存的天然气制氢有很高的优先研发地位。挪威有广阔的地域，适合二氧化碳收集。挪威的Hydro公司是世界上最领先的电解槽制造商之一，积累了很多年电解技术经验和知识。挪威政府成立了氢能委员会（The Norwegian Hydrogen Commission），委员会代表不同行业、研发机构、政府部门和非政府组织，把开发氢作为能源载体的国家目标，约定政府参与框架的条件，提出国家氢能计划并组织实施，提供应尽责任和必要的资助。

目前挪威有具体氢能计划，挪威研究理事会（The Research Council of Norway）负责未来清洁能源计划（RENERGI Programme）。RENERGI计划期限为2004～2013年。焦点放在能源生产和运输、固定和移动能源使用上。这个计划每年资助2000万欧元。氢能资助占13%，2004年研究理事会资助的氢能和燃料电池研发项目经费为400万欧元，其中氢能和电厂相关的二氧化碳捕捉和封存项目150万欧元，氢气生产项目100万欧元，储氢项目70万欧元，氢系统分析项目60万欧元，燃料电池项目20万欧元。2004年，启动了UTSIRA示范项目，得到了石油能源部下属企业ENOVA公司的部分资助和Hydro公司资助。UTSIRA示范是一个风能-氢能项目，提供部分居民通过风能得到氢能。

2004年11月，挪威氢委员会提出，挪威有大量天然气资源，天然气制氢收集二氧化碳与天然气发电收集二氧化碳一样重要。氢能是未来可持续能源系统的重要部分。氢能委员会提出了4个目标：①挪威天然气制氢环境友好，与石油或柴油比较价格具有竞争优势，二氧化碳也好处理。②发展前期氢能用户，主要发展交通领域氢能车辆和车队。③储氢技术领先。④发展氢能技术工业，包括成立制氢和用氢的组件和下游系统的供应商；发展基于电解技术加氢站的供应商；成为使用燃料电池车队的领先国家。

2005年，挪威石油和能源部和交通运输部共同制定了国家氢战略，如图1-7所示。

2009年，挪威建成580km氢高速公路，途经7个主要城市，氢能汽车可以随时在沿途加氢站补充燃料。该项目是政府颁布实施的一项国家级项目，由政府、企业与科研院所联合实施，总造价约4亿美元。

1.2.6　中国

中国人口总数居世界第一，目前有13亿，其中城市居民占47%。自1993年以来中国成为原油净进口国，2009年之后成为世界第二大的原油进口国。中国电力有80%来自煤，19%来自水力发电，这种结构使中国自2007年以来成为世界CO₂排放第一大国。而且其他制造和家庭领域也有不少的碳排放量。中国的汽车制造量自2008年位居世界第一，达1800万辆。中国因环境污染，每年要损失300亿～1000亿元人民币，占到国民生产总值的3%～7%，与年增长率相近。若加上大量使用化石燃料产生的温室气体排放对气候的影响和洪涝灾害损失，则将大大超过此数。中国能源短缺，电力供应紧张、环境污染严重，已经影响到国民经济的快速发展。将发展氢能尽早列入国家的重大发展项目之列，统一规划发展氢能系统技术的开发项目。

中国对氢能的研究与发展可以追溯到20世纪60年代初，中国科学家为发展本国的航天事业，对作为火箭燃料的液氢的生产、H₂/O₂燃料电池的研制与开发进行了大量而有效的工作。将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发，则是从20世纪70年代开始的。2003年，中国科学技术部代表中国政府在华盛顿与美、日、俄等14个国家以及欧盟代表共同签署了《氢能经济国际合作伙伴计划》，中国作为起始成员国之一，在氢能经济研究开发、相关领域的国际合作以及各种示范及对公众宣传方面做了大量的工作。中国的氢能开发技术已逐步跨入世界先进行列。在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》和《国家“十一五”科学技术发展规划》中都列入了氢能开发的相关内容。最近国务院办公厅印发的《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》中，氢能与燃料电池已被明确列入能源科技20个重点创新方向之一。

中国在国家科技部和各部委基金项目的支持下，已初步形成了一支由高等院校、中科院、企业等为主的从事氢能与燃料电池研究、开发和利用的专业队伍，研发领域涉及氢经济相关技术的基础研究、技术开发和示范试验等方面。如2000年科技部资助的国家“973”项目“氢能规模制备、储运及相关燃料电池的基础研究”。2006年国家863计划先进能源技术领域“氢能与燃料电池技术”专题等。参与单位众多，影响较大。