编者按：随着全球对清洁能源的追求和对气候变化的关注日益升温，氢能作为一种无污染、高效、可再生的能源形式，其具有的商业价值着实可观，尤其是在推动各国能源结构转型升级以及实现全球“碳中和”目标进程中，氢能更可发挥十分重要的作用，由此驱动各主要经济体围绕着氢能开发与利用的脚步不断提速。
中国作为全球最大的能源消费国之一，也在积极推动氢能产业的发展。目前，我国的氢能产业链已趋于完善，已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用。
然而，要实现氢能的广泛应用，我们必须首先理解和掌握其产业链的各个环节。南山所产业研究中心通过对氢能产业链的全面分析，从上游制氢、中游储运、下游应用三个产业环节进行梳理，探讨氢能产业的发展趋势和挑战，希望为未来的可持续发展提供有价值的参考。
上游制氢：可再生能源制氢前景广阔
目前根据制取方式和碳排放量的不同将氢能按颜色主要分为灰氢、蓝氢和绿氢三种 。国内现阶段氢气主要由化石能源制氢或副产氢获得，所获得的氢气多为灰氢和蓝氢，仍存在一定程度的碳排放和环境污染。
——灰氢是通过化石燃料（天然气、煤等）转化反应制取氢气的方式。由于生产成本低、技术成熟，也是目前最常见的制氢方式。由于会在制氢过程中释放一定二氧化碳，不能完全实现无碳绿色生产，故而被称为灰氢。
——蓝氢是在灰氢的基础上应用碳捕捉、碳封存等技术将碳保留下来，而非排入大气的方式。蓝氢作为过渡性技术手段，可以加快氢能行业的发展。
——绿氢则是通过光电、风电等可再生能源电解水制氢手段，在制氢过程中将基本不会产生温室气体，因此被称为“零碳氢气”。绿氢是氢能利用最理想的形态，但目前受制于技术门槛和较高的成本，实现大规模应用还有待时日。
由于目前在氢储运技术方面的瓶颈，越来越多的项目将绿氢进一步转化为氨、甲醇、甲烷、合成气等易储运和应用广泛的原料和能源介质。随着“绿氢 +”模式的推广，从制氢的源头开始，在运输、应用环节将会呈现“多点开花”的局面，从而加速氢能全产业链的完善和成熟。
南山所认为，就应用前景而言，可再生能源制氢未来将是提高可再生能源应用比例、构建清洁低碳、安全高效能源体系的最有效途径之一，有望成为最主要的制氢方式，市场前景广阔。
中游储运：气液固各有侧重场景
氢的高密度储运是氢能发展的重要环节，也是氢能发展的瓶颈之一。根据氢的状态不同，可以分为高压气态储氢、液态储氢、固态储氢等形式，各个方式特点不同，应用场景也各有侧重：
——高压气态储运技术相对成熟，在成本方面具备优势，是中国市场中短期内储氢的主流方案，技术较为简单成熟、充放氢速度快、压缩过程能耗较低的储氢方式，未来将长期发挥“最后一公里”的短途作用。但经过压缩后的氢气密度较低，而且安全性能较差，成为其最大局限。
——液态储氢是指将氢能从气态转化为液态再进行储存运输的方法。按照技术原理的不同，可分为物理方式和化学方式两种：
物理方式是将氢冷却到液化临界温度以下而形成液氢，储存于低温绝热液氢罐进行储运，即低温液化氢。在液态温度下，氢的密度和储存运输效率极大提高，对于大规模、远距离的氢能储运有较大优势。液氢最早用于航天领域，此外还可应用在高端制造、冶金、电子等产业领域。但是由于低温环境对液氢储存容器的隔温绝热性要求很高，而且国产液氢总产能较低，导致液氢成本仍然较高。
化学方式是指氢通过化学反应，生成含氢的液态化合物，作为氢的储运载体，主要包括液氨储氢、甲醇储氢、有机液体储氢三种。以有机液体储氢为例，LOHC(Liquid Organic Hydrogen carriers)储氢方法是诸多储氢方式中稳定性最高、日常维护量最小、长周期储存成本最低的一种方式，也能够实现可再生能源、电网、大型发电和分布式发电、氢气加注市场等不同领域的交互应用，更适合大规模、长时间的储存，有望成为氢储运环节取得大规模应用的技术之一。但是，此方式下的氢气纯度不高，反应温度较高、脱氢效率较低、催化剂易被中间产物毒化，液氢储存压缩能耗过大等问题还有待解决。
——固态储氢主要包括物理吸附和化学反应吸收两种主要形式。前者主要优势为材料本身密度低，在特定条件下对氢气具有良好的、可逆的热力学吸附、脱附能力，低温下储氢性能好。后者的储氢体积密度(体积储氢率) 高，可逆循环性好，能效高、成本低。但是目前固态储氢技术还不成熟，充放氢效率低。目前欧美在固态储氢应用和新型储氢材料的研发上取得一定进展，固态储氢材料已经在热电联供、储能、车载燃料电池氢源系统等多个领域得到了应用。
南山所认为，高密度、轻量化、低成本、多元化的氢储运体系逐步建立。目前，高压气态储氢已得到广泛应用，低温液态储氢在航天等领域得到应用，有机液态储氢和固态储氢尚处于示范阶段。
下游应用：已渗透至生活生产多方面
氢能用途广泛，可以在多场景中代替能源和原料进行使用，主要应用场景包括工业、交通、电力行业等。
在工业领域，氢能化是电气化的最佳替代方案。氢能不仅是化工工业的重要原料，氢气的应用范围更为广阔。氢气在钢铁工业中可用于减少冶炼过程中的碳排放，在电子工业中可用于生产半导体器件和集成电路等，还可作为能源储存介质，通过储存和运输实现可再生能源的有效利用。又因其具有高能量密度和环保的优点，还可作为航空航天领域的推进剂和燃料电池汽车的动力源。
在电力及储能领域，天然气掺混氢气发电在环保效益、调峰调频、维护电网安全运行、缓解天然气供应压力等方面优势凸显，在发电领域氢能可用于替代天然气作为补偿电源。
在交通领域，氢燃料电池车能量密度高，加注燃料便捷、续航里程较高，未来市场前景广阔，有望与纯电动汽车形成互补并存的格局。此外，加氢站是氢能源下游应用发展的重要基础设施，也是氢能产业建设布局的重点。
南山所认为，氢能产业链的发展是全球性趋势。中国是全球最大的氢气生产和消费国，但同时必须看到，中国氢能产业尚处示范应用和商业模式探索阶段。而深圳作为中国的高科技重镇，应发挥强大创新推动力和产业实力。深圳的科研机构和企业应从氢能上中下游各产业环节寻找可能的突破点，同时加强氢能的应用领域探索和创新。未来，随着政策支持的加强和市场需求的扩大，相信深圳将在氢能产业链的发展中发挥更加重要的作用。
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