面向能源转型的化石能源与可再生能源制氢技术进展

氢能是来源丰富、绿色低碳和应用广泛的二次能源,正逐步成为未来能源绿色转型发展的重要载体之一,是现有能源形式的有益补充,也是未来能源体系的重要组成部分。该文介绍了清华大学能源与动力工程系在制氢领域取得的基础研究和应用开发的系列成果。在碳氢燃料重整领域,合成了烧绿石负载型重整通用催化剂,开发了全系列重整制氢样机;在中温氢气净化领域,提出了中温净化新途径并合成了覆盖全温区的氮基活性炭疏水吸附剂及水滑石基吸附剂,完成了中温变压吸附H₂/CO₂分离技术示范;在可再生能源电解领域,依托固体氧化物电解池实现了二氧化碳与水共电解制取燃料、升高反应温度以降低水理论分解电压,从而缩减了碱水电解能耗。发展制氢技术是氢能燃料电池产业的首要技术环节,有助于推进未来能源利用方式变革,是构建低碳、安全和高效现代能源体系的重要举措。     

基于全生命周期评价的燃料电池汽车氢能路径分析

在调研分析国内外氢能基础设施的基础上,设计了4条适合我国近期发展燃料电池汽车加氢网络的氢能路径,使用全生命周期评价方法,核算了燃料电池汽车在这4条氢能路径下的能耗和污染物排放.计算结果表明:工厂焦炉煤气制氢在4条制氢路径中的能效最高,能耗和温室气体排放最低.氢气运输距离对能耗与排放有较大影响.通过对比分析,建议我国近期应优先采用工厂焦炉煤气制氢;在远离炼焦工业但天然气资源相对丰富的地区,应采用工厂天然气蒸汽重整制氢;当氢气运输距离过长时,可采用现场天然气蒸汽重整制氢;在可再生能源资源丰富地区,应优先使用可再生能源发电进行工厂电解水制氢.     

基于知识图谱的全球氢能技术研究现状分析

[目的/意义]俄乌冲突加快全球能源调整步伐,发展氢能成为各国的共识,我国也通过出台《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》等多项氢能顶层规划文件,积极探索氢能前沿技术路线,持续推进碳达峰碳中和发展战略。[方法/过程]通过对Web of Science核心合集数据库中氢能领域科技文献的统计,借助Cite Space、VOSviewer等多种文献计量工具,对2020至2022年全球氢能领域研究文献的总体发文态势、研究主体分布、基金资助情况、研究热点与研究主题进行可视化分析。[结果/结论]近三年全球氢能研究热度处于不断上升阶段;各国或地区权威机构均对氢能研发十分重视;研究热点主要集中在制氢、储氢、燃料电池、析氢反应和光催化作用等方向;中国的基础研究力量位于全球第一梯队,国际合作论文数量和高被引论文数量均远超其他国家。     

计算机控制太阳能光伏水制氢及储能发电系统的研究

虽然太阳能、氢能利用技术有很多优势,但太阳能资源间歇性不稳定所带来的可靠性低的缺陷却影响着负载的连续使用。太阳能光伏水制氢及储能发电系统能通过计算机控制提供稳定可靠的电能,具有很高的推广应用价值。从太阳能光伏水制氢发电系统、计算机控制电解水制氢系统、储氢技术、氢能利用技术等方面,详细介绍了计算机控制太阳能光伏水制氢及储能发电系统的功能。     

佛山、云浮两市联手打造氢能产业重器 ——走访佛山(云浮)产业转移工业园

年中,本刊记者走访了佛山(云浮)产业转移工业园,拜访了园区管委会党政办常务副主任田继贤、佛山(云浮)氢能产业与新材料发展研究院执行院长刘志祥、广东国鸿氢能科技有限公司常务副总经理张哲军,并从他们言谈中"认识"了素未谋面的佛山市副市长、时任佛山对口帮扶云浮指挥部总指挥许国。在短短五年间,正是有这样一群佛山、云浮两市派住园区的帮扶干部的远见卓识,以及他们对发展氢能产业梦想的坚持并坚定地践行,佛山(云浮)产业转移工业园氢能基地建设取得了重要的阶段性成效——整合构筑了领先全国的氢能产业体系和产业集群;初步构建起了"研发—原材料—制氢—储氢—加氢—应用—服务配套"的氢能全产业链条,打造了氢能汽车示范运营平台,制氢、储氢、运氢、加氢平台,氢能标准产品检验检测与认证综合服务平台以及多层次氢能产业金融支持平台。     

天然气制氢的园区综合能源系统氢储能优化配置

在中国致力于实现碳达峰、碳中和的要求下,氢能因具有零碳排高热值的特点,氢能产业发展成为中国未来发展的重要目标。针对电解水制氢储能的工业园区综合能源系统能量转换效率不高、制氢量少、经济效益低的特点以及国家对氢能发展大规模低成本制氢的需要,提出了一种以天然气制氢模式代替电解槽制氢的氢储能园区综合能源系统架构。在分析天然气水蒸气重整制氢单元的能耗与能量回收利用以及氢储能单元电、热、气多种能量特性的基础上,建立了天然气制氢储能的氢储能模型;进一步考虑设备投资成本、运行成本、碳排放价格以及制氢效益,以年化投资成本最小与年运行收益最大为目标建立目标函数,利用快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解,提出了以天然气制氢储能的园区综合能源系统氢储能优化配置模型。最后以新疆某园区为实际算例分析了园区配置氢储能后电源、电负荷、热负荷特性,运行经济效益以及天然气价格与碳排放价格对配置的影响,验证了通过配置天然气制氢的氢储能提升园区综合能源系统制氢量与运行收益的可行性,并指出了适用场景。     

可再生能源制氢申报减排项目可行性分析研究

氢能是最清洁的二次能源且来源广泛,分析氢能项目减排机理、国际国内氢气方法学申请情况,结合国际国内减排项目方法学特点和要求,梳理氢气利用模式、制氢方式、成本及用户等环节的特点,以全国碳排放权交易市场为契机分析开发成为减排项目的可行性,提出氢能减排项目开发方向和项目要求,对于未来氢能项目开发减排项目提供建议。     

电解海水阴极析氢非贵金属电催化剂研究进展

氢能具有高能量密度、绿色可持续的优点,是人类社会的理想能源。电解海水制氢是未来氢能产业的战略方向,其中阴极析氢催化剂的活性和稳定性对电解海水制氢的发展至关重要。贵金属铂虽具备优异的析氢催化性能,但价格昂贵、资源有限,限制了其大规模应用。因此,对非贵金属催化剂的研究备受关注。从析氢反应原理入手,介绍了过电位、塔菲尔斜率、法拉第效率、比活性和质量活性等评价催化性能的几个重要参数,综述分析了多种非贵金属催化剂作为电解海水制氢阴极催化剂的研究现状,指出了目前电解海水制氢面临的问题,认为未来非贵金属催化剂规模化电解海水阴极析氢研究应从以下几方面开展：1）设计高活性和稳定性的非贵金属催化剂;2）优化非贵金属催化剂的制备工艺;3）利用先进测试表征手段辅助构建反应模型;4）深化理论计算机理方面的研究。     

氢能与燃料电池关键科学技术:挑战与前景

氢能是可持续的二次清洁能源, 产业链主要包括氢气的制取、储存、运输和应用等环节. 燃料电池是氢能利用的主要方式, 处于产业链的核心地位. 以氢能产业链为主线, 围绕氢能燃料电池产业化进展, 对制氢、储氢、加氢站、氢能燃料电池电堆及关键材料, 以及车用燃料电池系统关键部件的技术特征、产业化进展、发展现状及存在的挑战进行了概述, 尤其对中国燃料电池产业链的发展现状进行了重点介绍. 为了加速氢能与燃料电池真正意义上的产业化, 还提出了几点需要克服挑战的研发方向.     

核能制氢的效率分析

氢气的高效、清洁、大规模制备方法是发展氢能经济的基础,现有制氢技术难以满足这些需要。核能制氢作为一种有前景的大规模制氢方法,受到广泛研究。利用核能作为一次能源,对利用高温电解和碘硫循环两种工艺进行大规模制氢的热氢转换效率进行了估算及总结,并与目前工业应用的甲烷重整制氢与水电解制氢方法的效率进行了比较。研究结果表明,碘硫循环和高温电解的预期效率均可达到50%以上,显著高于从热到电再到氢的转换效率。     

MXenes电催化析氢的研究进展

面向“碳达峰”“碳中和”国家重大战略,氢能作为一种能量密度高、无污染的绿色能源,将成为我国乃至世界未来能源战略领域发展的重中之重.电解水制氢由于其制备方法简单、制氢纯度高、制备过程无污染等优势而备受关注,但是该方法存在一个严重的缺陷,就是缺乏低成本、高效率析氢反应(HER)催化剂.MXenes是一种新兴的二维(2D)过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物,由于其具有极好的导电性、良好的亲水性、极大的比表面积、可调节的分子结构及多样的化学组成等优势,在析氢催化剂领域存在着潜在的巨大应用.该文总结了 MXenes制备、MXenes基电催化析氢性能调控策略及利用机器学习设计MXenes基析氢电催化剂面临的挑战和新的机遇.该文为今后开发新型高效的MXenes基析氢电催化剂,推动氢能的绿色制备提供了参考.     

利用太阳能规模制氢

建立可持续发展的能源系统是当今人类社会必须解决的最为关键的问题之一。新的能源系统需要有一种可持续发展的能源载体来替代目前使用的燃料,氢正是这样一种理想的二次能源载体。利用太阳能规模制氢具有可持续发展的特点,对缓解能源紧缺、减少环境污染具有重大意义,是能源科技领域国际竞争的焦点之一,已被国际上许多大型氢能研究计划列为重要研究方向。国家科技部于2003年度正式批准“973计划”中立项进行利用太阳能规模制氢的基础研究。在阐述利用太阳能规模制氢国内外研究现状的基础上,重点介绍了西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室近年来在该领域的理论和实验研究工作中所取得的一系列最新进展。     

氢能产业标准化体系：中外比较及启示

 “碳达峰、碳中和”目标下，标准规范、有序发展的氢能产业是中国新时代、新阶段能源结构的重要组成部分，如何构建保障中国氢能产业高质量发展的标准体系是一项值得深入思考的课题。首先论述了氢能标准化指导产业发展、减少贸易壁垒、增强产业竞争力等意义，梳理了国外氢能产业标准化现状，国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC是氢能最主要的国际标准化组织，欧盟正在全力打造氢能区域标准体系，美国氢能的产业标准体系目前最完善，日本关于氢能安全标准体系的建设值得中国借鉴；接着论述中国构建氢能产业标准化体系的政策、市场、技术、社会环境等多重优势，但同时也存在市场前瞻性与可行性不足、细分领域标准缺失、标准化团体协调机制不完善、参与制定国际标准有限等问题；最后提出推动建设中国氢能多级复合标准体系、完善氢能安全等细分领域标准、积极参与制定氢能国际标准以及合理布局氢能检验检测和认证机构等建议。研究通过对中外氢能产业的标准化体系比较，为制定中国氢能产业标准化提供启示和参考。     

21世纪的制氢技术

世界能耗的急剧上迫迫使人类努力开发化石燃料以外的新能源，其中氢能被认为是２１世纪最有发展前途的二次能源。本文介绍了近年来各国科学家正在研究的新的制氢技术，这些新方法将构成２１世纪制氢技术的主体。     

汽车燃料的生命周期评价模型

以国际标准化组织的生命周期评价标准为依据 ,确定了汽车燃料生命周期清单分析参数和评价边界 ,提出了燃料上游阶段清单的计算逻辑 ,给出了模型的主要计算公式 .对氢燃料生命周期和汽油燃料生命周期进行了清单计算和结果比较 ,发现制氢方案是影响燃料电池车的燃料生命周期环境性能的关键 ,天然气制氢和石脑油制氢的氢能供应方案能使燃料电池车的燃料生命周期环境排放比汽油车低     

氢能：新型的含能体能源

随着制氢技术的发展和化石能源的缺少，氢能利用迟早将进入家庭，首先是发达的大城市，它可以像输送城市煤气一样，通过氢气管道送往千家万户。     

大型水电企业电解水制氢经济可行性分析

氢能是公认的清洁能源,其具有来源广泛、利用途径多、储运方便、高能量、零碳排放等优点,为解决能源危机、全球变暖和环境污染等问题提供了可能的途径。电解水技术作为一种成熟、高效的制氢手段,未实现大规模应用的主要原因在于高能耗和高成本问题。该文以我国水电大省四川省为例,探讨了大型水电企业开展电解水制氢的经济可行性,同时指出现行条件下,决定电解水制氢项目经济性的关键因素在于消纳。     

微通道重整技术在氢能领域的应用

众所周知,氢在石油化学工业中有着广泛的用途,氢作为化工原料对发展石油化学工业及农业均有着重要作用。然而,氢对于人类还有着更为重要的作用,这就是作为能源使用。氢能的开发利用首先必须解决氢源问题,大量廉价氢的生产是实现氢能利用的根本。氢是一种高密度能源,一般说来,生产氢要消耗大量的能量。因此,寻找一种低能耗、高效率制氢方法,是将氢能利用推向实用化、规模化的关键。     

太阳能转化为氢能之探讨

介绍了新能源、太阳能、氢能,以及太阳能光热利用的低温、中温、高温利用.简述了几种常用的太阳能制氢工艺技术.详细阐述了Zn/ZnO氧化还原反应的太阳能光热化学循环制氢原理和两步法循环制氢的工艺流程.该技术为低成本高效率利用太阳能制氢的新途径,可供业内参考.     

中国氢能产业高质量发展前景

 中国氢能产业在新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情的影响下遇到了暂时困难,但随着疫情防控形势的好转而迎来新的发展机遇。通过回顾2020年中国各地出台的氢能发展政策,分析得出：政策重点主要集中于交通领域,包括氢燃料电池车技术研发、关键设备制造和加氢站建设等,而轨道交通则是未来氢燃料电池技术的发展重点之一;氢能冶金属于新的氢能产业应用领域,许多冶金企业与氢冶金先进国家进行了示范项目合作,这些示范项目的快速推进将有助于实现中国钢铁行业革命性的绿色化转型;绿氢煤化工、绿氢贸易、民用液氢等也将是氢能产业未来发展的重要方向。建议中国明确国家发展战略、积极拓展氢能技术创新领域,以打造高质量氢能产业为抓手,助推中国能源革命和产业转型升级,并在氢能全球化过程中发挥引领作用。