10月4日，国际能源署（IEA）发布《全球氢能评估报告2021》^[1]指出，氢能将在全球能源转型中发挥关键作用。报告强调，氢能尤其在化工、钢铁、长途卡车运输、海运和航运等难减排行业具有重要应用潜力。报告评估了在制氢领域具有潜在应用前景的4项技术，以及氢能技术链各项技术的成熟度。

一、具有潜在应用前景的新兴制氢技术现状

1、固体氧化物电解槽（SOEC）制氢技术。SOEC采用陶瓷作为电解质，因此材料成本较低。在高温环境下，其工作效率高达79%~84%，核能、太阳能热、地热以及工业余热都可作为SOEC的热源。目前，SOEC仍处于大规模应用示范阶段，技术成熟度（TRL）为6~7级，通常应用于合成碳氢燃料。荷兰正在开发2.6兆瓦的SOEC制氢系统，丹麦计划在2023年前启动500兆瓦的SOEC制氢工厂。

2、甲烷热解制氢技术。甲烷热解（也称为甲烷裂解）制氢技术是将甲烷转化为气态氢和固态碳（如炭黑、石墨）的过程，此过程不会直接排放二氧化碳。甲烷热解每单位氢气耗电量比电解制氢减少3~5倍，但该方法与甲烷蒸汽重整制氢技术相比，需要消耗更多的天然气。甲烷热解制氢的转换效率为40%~45%，但其副产物炭黑可用于制造橡胶、轮胎、打印油墨和塑料制品。目前，正在开发的甲烷热解制氢技术TRL为3~6级。2020年，美国Monolith材料公司启动了利用等离子体高温加热甲烷热解制氢工厂，并计划建立一个商业化规模的氨生产工厂；澳大利亚Hazer集团正在建造催化辅助流化床反应器示范工厂，用于将沼气转化为氢气和石墨；俄罗斯天然气公司正开发一种基于等离子体的甲烷热解制氢工艺；美国C-Zero公司正开发一种用于甲烷热解的电加热金属熔融反应器。

3、阴离子交换膜电解制氢技术。阴离子交换膜电解槽结合了碱性水电解和质子交换膜电解槽的优点，仅使用过渡金属催化剂（CeO₂-La₂O），并不需要铂金属。阴离子交换膜电解槽一个关键的优点是阴离子交换膜为固态电解质，避免了在碱性水电解中使用的腐蚀性电解质。目前，阴离子交换膜技术仍处于早期研发阶段，TRL为4~5级，德国Enapter公司正在开发千瓦级AEM电解槽系统。

4、电气化甲烷蒸汽重整（ESMR）制氢技术。ESMR制氢是一种利用电加热反应器代替燃气蒸汽重整反应器的工艺。目前，ESMR技术仅在实验室规模进行了测试，TRL为4级，一个正在部署的示范项目计划将沼气作为ESMR原料生产氢气和一氧化碳，然后转化为甲醇用于工业生产。

二、制氢、储氢、运氢过程技术成熟度情况

1、低碳制氢过程。电解制氢：阴离子交换膜技术，TRL为4级；固体氧化物电解槽技术，TRL为7级；聚合物电解质膜技术，TRL为9级；碱性电解水制氢技术，TRL为9级。结合碳捕集、利用与封存（CCUS）的制氢技术：热解催化分解技术，TRL为3级；地下热化学循环分解水制氢技术，TRL为3级；吸附增强式水蒸气重整制氢技术，TRL为3级；煤气化制氢技术，TRL为5级；等离子体热解制氢技术，TRL为6级；自热转化-天然气热重整技术，TRL为7级；部分氧化法制氢技术，TRL为7级；自热转化制氢技术，TRL为8级。其他方式制氢：热化学循环分解水制氢技术，TRL为3级；光催化水分解制氢技术，TRL为3级；天然产氢技术，TRL为3级；生物质气化制氢技术，TRL为5级。

2、合成碳氢化合物过程。合成液态碳氢化合物技术，TRL为5级；合成甲烷技术，TRL为6级。

3、储氢和运氢过程。储氢过程：地下枯竭油气田和含水层储氢技术，TRL为2级；金属氢化物储氢技术，TRL为4级；盐穴储氢技术，TRL为9级；储罐装置，TRL为11级，技术已成熟。运氢过程：液态有机氢载体运输技术，TRL为5级；天然气网络掺氢运输技术，TRL为6级；液氢船舶运输技术，TRL为7级；卡车储罐运输，TRL为11级，技术已成熟；管道运输，TRL为11级，技术已成熟；氢液化运输，TRL为11级，技术已成熟；氨船舶运输技术，TRL为11级，技术已成熟。

三、用氢领域技术成熟度情况

1、工业部门。钢铁制造领域：氢气等离子体还原技术，TRL为4级；基于纯氢的直接还原炼铁技术，TRL为5级；高炉富氢冶炼+CCUS技术，TRL为5级；高炉混氢冶炼技术，TRL为7级；基于混氢的直接还原炼铁技术，TRL为7级。化工领域：波动性可再生能源电力制甲醇，TRL为7级；电力转化为甲醇然后制烯烃，TRL为7级；波动性可再生能源电力制氨，TRL为8级；电制氨，TRL为9级。其他领域：水泥窑混氢技术，TRL为4级；利用氢能进行高温加热技术，TRL为7级。

2、交通运输部门。轻型汽车领域：氢内燃机汽车，TRL为6级；氢燃料电池汽车，TRL为9级；加氢站，TRL为9级。重型汽车领域：70兆帕高通量加氢站，TRL为3级；氢内燃机汽车，TRL为6级；氢燃料电池汽车，TRL为8级；35兆帕加氢站，TRL为9级。航运领域：氢内燃机船舶/氨内燃机船舶，TRL为5级；氨燃料电池船舶，TRL为6级；氢燃料电池船舶，TRL为7级。其他领域：中型飞机，TRL为3级；小型飞机，TRL为6级；铁路运输，TRL为8级。

3、建筑部门。金属氢化物热泵技术，TRL为7级；合成甲烷热泵技术，TRL为9级；天然气掺氢热泵技术，TRL为9级；燃氢锅炉，TRL为9级；质子交换膜燃料电池热电联产技术，TRL为9级；固体氧化物燃料电池热电联产技术，TRL为9级。

4、发电部门。氨燃料燃气轮机技术，TRL为4级；燃煤电厂混氨燃烧技术，TRL为5级；燃料电池-燃气轮机复合发电技术，TRL为6级；纯氢燃料燃气轮机技术，TRL为7级；高温燃料电池技术，TRL为8级；混氢燃料燃气轮机技术，TRL为9级。              （汤匀）