综述：迈向可持续能源：氢能生产、储存与利用的综合评述

（编辑推荐）本综述系统阐述了氢能作为清洁能源载体的全产业链技术路径，重点分析了电解水制氢（PEMEC）、蒸汽甲烷重整（SMR）、碳捕集封存（CCS）等关键技术，揭示了氢能在燃料电池汽车（FCEV）和化工领域的应用潜力，同时指出储运成本高、基础设施不足等制约因素，为碳中和目标下的氢能战略提供决策参考。

　　

定义氢能

作为宇宙中最丰富的元素，氢（H₂）以其1.008原子质量单位的极简结构和零碳排放特性，成为能源转型的核心载体。其高能量密度（达汽油的3倍）与快速扩散特性，既赋予其储能优势，又降低安全风险。

制氢技术全景

当前制氢技术呈现多元化发展：

1. 1.

   灰氢：依赖天然气蒸汽重整（SMR），占全球产量76%，但每千克H₂伴随9-12kg CO₂排放；

2. 2.

   蓝氢：通过碳捕集封存（CCS）将SMR碳排放降低90%，成为过渡方案；

3. 3.

   绿氢：利用可再生能源电解水（PEMEC/AEC），实现全生命周期零碳，但成本高达4-6美元/kg，是灰氢的2-3倍；

4. 4.

   新兴路径：光催化分解水（能量转换效率<10%）和生物制氢（产率<3 mol H₂/mol葡萄糖）仍处实验室阶段。

储运技术博弈

高压气态储氢（70MPa）虽成熟但体积能量密度仅40g/L；液态储氢（-253℃）密度达70g/L，但蒸发损失达0.3-3%/天；金属氢化物（如LaNi₅H₆）和MOF材料展现潜力，但重量储氢率普遍<2.5wt%。输氢管网建设成本高达200万美元/公里，制约大规模应用。

多场景应用图谱

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  交通领域：燃料电池车（FCEV）续航突破650公里，但储氢罐成本占整车40%；

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  工业脱碳：绿氢替代焦炭炼钢可减排CO₂ 1.6吨/吨钢；

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  电力调峰：氢燃气轮机效率达60%，但动态响应速度较锂电池慢3个数量级。

发展瓶颈与突破

技术层面：质子交换膜（PEM）电解槽铂载量需从2mg/cm²降至0.1mg/cm²；经济层面：绿氢成本需<2美元/kg才能与化石能源竞争；政策层面：欧盟氢能战略计划2030年前建成40GW电解槽产能。

未来展望

随着可再生能源电价降至0.02美元/kWh，绿氢经济性拐点预计在2035年前到来。液态有机氢载体（LOHC）和氨氢融合技术可能重塑储运格局，而人工智能辅助催化剂设计正将电解效率推向82%的理论极限。