一、“氢能计划”使命及目标

　　DOE“氢能计划”使命为：研究、开发和验证氢能转化相关技术（包括燃料电池和燃气轮机），并解决机构和市场壁垒，最终实现跨应用领域的广泛部署。该计划将利用多样化的国内资源开发氢能，以确保丰富、可靠且可负担的清洁能源供应。

　　“氢能计划”设定了到2030年氢能发展的技术和经济指标，主要包括：①电解槽成本降至300美元/千瓦，运行寿命达到8万小时，系统转换效率达到65%，工业和电力部门用氢价格降至1美元/千克，交通部门用氢价格降至2美元/千克；②早期市场中交通部门氢气输配成本降至5美元/千克，最终扩大的高价值产品市场中氢气输配成本降至2美元/千克；③车载储氢系统成本在能量密度2.2千瓦时/千克、1.7千瓦时/升下达到8美元/千瓦时，便携式燃料电池电源系统储氢成本在能量密度1千瓦时/千克、1.3千瓦时/升下达到0.5美元/千瓦时，储氢罐用高强度碳纤维成本达到13美元/千克；④用于长途重型卡车的质子交换膜燃料电池系统成本降至80美元/千瓦，运行寿命达到2.5万小时，用于固定式发电的固体氧化物燃料电池系统成本降至900美元/千瓦，运行寿命达到4万小时。

　　二、氢能系统的技术需求及挑战

　　1、制氢。该领域的技术需求和挑战为：开发成本更低、效率更高、更耐用的电解槽；重整、气化和热解制氢技术的先进设计；开发利用可再生能源、化石能源和核能的创新制氢技术，包括混合制氢系统以及原料灵活的方法；开发从水、化石燃料、生物质和废弃物中生产氢气的高效低成本技术；开发低成本和环境友好的碳捕集、利用和封存（CCUS）技术。

　　2、输运氢。该领域的技术需求和挑战为：开发成本更低、更可靠的氢气分配和输送系统；开发氢气分配的先进技术和概念，包括液化和化学氢载体；氢气输运的通行权和许可，以及降低部署输运氢基础设施的投资风险。

　　3、储氢。该领域的技术需求和挑战为：开发低成本储氢系统；开发更高储氢容量、重量和体积更小的储氢介质；开发大规模储氢设施，包括现场大量应急供应和地质储氢；优化储氢策略，将氢气存储设施布置于最终用途附近，以满足吞吐量和动态响应要求，并降低投资成本。

　　4、氢转化。该领域的技术开发需求和挑战为：开发可大规模生产的低成本、更耐用、更可靠的燃料电池；开发以高浓度氢气或纯氢为燃料的涡轮机；开发和示范大规模混合系统。

　　5、终端应用和综合能源系统。该领域的技术需求和挑战为：系统集成、测试和验证，以识别和解决各应用的特有挑战；终端应用的示范，包括钢铁制造、氨生产以及利用氢气和二氧化碳生产合成燃料的技术；示范电网集成以验证氢用于储能和电网服务。

　　6、制造和供应链。该领域的技术需求和挑战为：标准化制造流程、质量控制和优化制造设计；增材制造和自动化制造工艺；可回收和减少废物的设计。

　　7、安全、规范和标准。该领域的技术需求和挑战为：适用、统一的规范和标准，用于所有终端应用，包括燃烧（如涡轮机）以及燃料电池（如卡车、船舶和铁路等需大规模加注氢气的重型应用）；改进安全信息、分享最佳做法和经验教训。

　　8、教育和专业人员。该领域的技术需求和挑战为：针对不同利益相关方的教育资源和培训计划，包括应急响应人员、标准规范人员和技术人员，如氢及相关技术的操作、维护和处理；获得关于氢能相关技术的准确、客观信息。

　　三、近、中、长期技术开发选项

　　DOE基于近年来氢能关键技术的成熟度和预期需求，提出了近、中、长期的技术开发选项。

　　1、近期技术开发选项。①制氢：配备CCUS的煤炭、生物质和废弃物气化制氢技术；先进的化石燃料和生物质重整/转化技术；电解制氢技术（低温、高温）。②输运氢：现场制氢配送；气氢长管拖车；液氢槽车。③储氢：高压气态储氢；低温液态储氢。④氢转化：燃气轮机；燃料电池。⑤氢应用：氢制燃料；航空；便携式电源。

　　2、中期技术开发选项。①输运氢：化学氢载体。②储氢：地质储氢（如洞穴、枯竭油气藏）。③氢转化：先进燃烧；下一代燃料电池。④氢应用：注入天然气管道；分布式固定电源；交通运输；分布式燃料电池热电联产；工业和化学过程；国防、安全和后勤应用。

　　3、长期技术开发选项。①制氢：先进生物/微生物制氢；先进热/光电化学水解制氢。②输运氢：大规模管道运输和配送。③储氢：基于材料的储氢技术。④氢转化：燃料电池与燃烧混合系统；可逆燃料电池。⑤氢应用：公用事业系统；综合能源系统。

　　四、关键技术领域研发及示范重点

　　1、制氢。该领域的研发和示范重点事项包括：开发减少铂系金属含量的新型催化剂和电催化剂；开发分布式和大容量电力系统的模块式气化和电解系统；开发低成本、耐用的膜和分离材料；开发新型、耐用、低成本的热化学和光电化学材料；加速应力试验并探索退化机制以提高耐久性；降低自热重整等重整技术的资金成本；改进辅助系统（BOP）组件和子系统，如电力电子、净化和热气体净化；通过组件设计和材料集成实现大规模生产和制造；包括电力和氢的多联产可逆燃料电池系统；系统设计、混合和优化，包括过程强化。

　　2、输运氢。该领域的研发和示范重点事项包括：材料在高压或低温下与氢的相容性；氢液化的创新技术；用于氢气储存、运输和释放的载体材料和催化剂；用于氢气低成本分配的创新组件，如压缩机、储氢罐、加氢机、喷嘴等。

　　3、储氢。该领域的研发和示范重点事项包括：降低材料、组件和系统成本；开发用于高压罐的低成本高强度碳纤维；开发与氢气相容的耐久、安全性好的材料；低温液态储氢和冷/低温压缩储氢的研究、开发和示范；发现和优化储氢材料，以满足重量、体积、动力学和其他性能要求；利用化学氢载体优化储氢效率；以化学载体形式储氢用于氢燃气轮机；地质储氢的识别、评估和论证；氢和氢载体出口的系统分析；研究可广泛部署的储氢技术和终端用途的优化目标；研发用于安全、高效和稳定储氢的传感器和其他技术。

　　4、氢转化。①氢燃烧方面重点关注：在简单循环和组合循环中实现燃料中更高的氢浓度（最高达100%）；研究燃烧行为并优化低NOx燃烧的组件设计；应用和开发先进计算流体动力学；开发先进的燃烧室制造技术；开发新材料、涂层和冷却方案；优化转换效率；提高耐用性和寿命，降低成本，包括运维成本；开发系统优化和控制方案；评估和缓解水分对传热和陶瓷退化的影响；开发和测试氢燃烧改装组件；实现碳中性燃料（氨气、乙醇蒸汽）的燃烧。②质子交换膜燃料电池方面重点关注：通过材料研发，降低铂族金属催化剂的负载量；开发耐高温、低成本、耐用膜材料；改进组件设计和材料集成，以优化可制造和可扩展的膜电极组件的电极结构；开发自供燃料的燃料电池所用碳中性燃料的内部重整技术；加速压力测试，探索老化机理以及缓解方法；改进BOP组件，包括压缩机和电力电子设备；开发适用于多种重型车辆的标准化、模块化堆栈和系统；改进混合和优化系统的设计。③固体氧化物燃料电池方面重点关注：研发材料以降低成本并解决高温运行相关问题；管理燃料电池电堆中的热量和气体流量；解决堆栈和BOP系统的集成、控制和优化，以实现负荷跟踪和模块化应用；改进BOP组件，包括压缩机和电力电子设备；开发标准化、模块化堆栈；进一步研究杂质对材料和性能的影响；系统设计、混合和优化，包括可逆燃料电池。

　　5、终端应用。该领域的研发和示范重点事项包括：为氢能的特定用途制定严格的目标；解决各终端应用中的材料兼容性问题；降低成本，提高工业规模电解槽、燃料电池系统、燃气轮机和发动机以及混合动力系统的耐用性和效率；组件和系统级的集成和优化，包括BOP系统和组件；集成系统的优化控制，包括网络安全；制造和规模扩大，包括过程强化；协调规范和标准，包括氢气加注协议；开发新的氢能应用的容量扩展模型，以确定其经济性。                       （岳芳 王立伟）