综述：氢能经济：可持续能源未来的路径、生产方法及应用

这篇综述系统评估了氢能生产技术（包括灰氢、蓝氢、绿氢及生物质制氢等），创新性提出" sectoral mapping framework"（部门映射框架），将电解水（PEC）、微生物电解（MEC）、等离子辅助重整（PAR）等技术与交通、发电、化工、航天等应用场景精准匹配，为碳中和目标下氢能经济的多领域部署提供战略蓝图。

　　

氢能生产技术全景图

全球每年氢能需求超过9500万吨，主要来自化石燃料制氢（灰氢）和碳捕获封存型制氢（蓝氢）。传统蒸汽甲烷重整（SMR）效率可达74-85%，但每生产1kg氢气排放9-12kg CO₂。新兴的阴离子交换膜电解槽（AEMEL）将电解效率提升至75%，而等离子体辅助甲烷裂解技术通过非热平衡反应将能耗降低30%。

颠覆性技术突破

海水电解采用镍铁层状双氢氧化物（NiFe-LDH）阳极，抗氯腐蚀性能较传统IrO₂提升5倍；微生物电解细胞（MEC）利用地杆菌（Geobacter）生物膜，在废水处理同时实现4.3m³ H₂/m³·d的产率。光热化学循环（PTC）采用CeO₂/TiO₂核壳结构，将太阳能转化效率提高到12.7%。

跨领域应用矩阵

在钢铁行业，氢直接还原铁（H-DRI）工艺可减少89%碳排放；航空领域液氢燃料能量密度达120MJ/kg，是航空煤油的2.8倍。住宅场景中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）热电联供系统综合效率达95%，但催化剂铂载量需从0.3mg/cm²降至0.1mg/cm²才能具经济性。

成本效益攻坚战

当前绿氢平准化成本（LCOH）为3-6美元/kg，需降至2美元/kg才能与灰氢竞争。固体氧化物电解槽（SOEC）在800℃下工作可降低电耗至39kWh/kg，但钇稳定氧化锆（YSZ）电解质的热循环稳定性仍是瓶颈。AI辅助的催化剂筛选已加速发现Fe-N-C等非贵金属催化剂，将PEMFC成本降低40%。

未来技术路线图

第三代光伏-电解集成系统采用钙钛矿/硅叠层电池（效率31%），配合阴离子交换膜（AEM）可实现12美元/m²的极板成本。国际能源署（IEA）预测到2050年氢能将满足全球18%终端能源需求，但需建立200万吨/年的CCS基础设施支撑蓝氢过渡期发展。