2024年12月21日，美国能源部（DOE）发布新版《氢能计划发展规划》[1]，确定了氢能计划的战略性高影响力重点领域，旨在统筹协调全部门行动以加速氢能技术研发、示范和部署。研发重点如下：

一、制氢。DOE正探索多种制氢技术，包括化石燃料结合碳捕集、利用与封存（CCUS）制氢、生物质和废物流制氢、水分解制氢、地质氢等。包括10个研发重点：低铂族金属含量的新型催化剂；模块化气化制氢及电解系统；低成本且耐用的膜和分离材料；新型、耐用且低成本的热化学和光电化学材料；加速应力测试和理解退化机制以提高耐久性；开发自热重整等重整制氢技术以降低资本成本；改进辅助系统（BOP）组件和子系统，如电力电子、气体净化系统等；改进组件设计和材料集成，以实现大规模生产和可制造性；开发电氢多联产等可逆燃料电池系统；系统设计、集成及优化，包括过程强化。

二、输氢。DOE致力于发展多种输氢技术，包括高压长管拖车及管道等气氢运输、液氢运输以及化学氢载体运输。在分配与加注环节，还需进行加压、冷却或净化处理，并进行现场存储。包括4个研发重点：材料在高压或低温下与氢气的相容性研究；氢液化技术创新；氢气存储、运输和释放的载体材料及催化剂；用于氢气低成本分配的创新组件，如压缩机、低温泵、储氢、分配器、喷嘴等。

三、储氢。DOE主要发展物理和材料两类储氢方式，前者包括高压气态、低压液态及地质储氢，后者主要基于金属氢化物、吸附材料以及化学氢载体。包括11个研发重点：在材料、组件和系统层面降低成本；开发用于高压气瓶的低成本、高强度碳纤维；开发与氢相容的材料，以确保耐用性和安全性；研发低温储氢技术，用于液氢以及冷/低温压缩储氢；发现并优化储氢材料，以满足重量、体积、动力学及其他性能要求；优化化学氢载体储氢效率；开发可用于燃气轮机的化学氢载体；识别、评估及示范地质储氢；针对氢及其载体的出口进行系统分析；分析细化多种储氢解决方案及终端应用目标；开发安全高效的传感器及其他氢安全技术。

四、氢能转化

1、燃料电池

（1）质子交换膜燃料电池。包括8个研发重点：减少催化剂铂族金属载量，提高催化剂活性和耐久性；开发耐高温、低成本且耐用的膜和离子聚合物；改进组件设计和材料集成，优化可制造和可扩展的膜电极组件结构；开发先进双极板、涂层和气体扩散层；加速应力测试，深化对退化机理的理解并开发缓解方法；改进BOP组件，包括压缩机和电力电子设备；开发标准化、模块化电堆和系统，适用于多种燃料电池重型车辆；改进混合系统，优化系统设计。

（2）固体氧化物燃料电池。包括8个研发重点：通过材料研发降低成本并解决高温运行问题；电堆热管理及气流管理；改进电堆和BOP的集成和控制，优化负荷跟随和模块化应用；集成内部重整，为燃料电池直接供应燃料；改进BOP组件，包括压缩机和电力电子设备；开发标准化、模块化电堆和系统；进一步探明杂质对材料和性能的影响；系统设计、混合和优化，包括可逆燃料电池系统。

2、氢燃烧。氢燃烧技术包括11个研发重点：提升简单和联合循环中燃料的氢气含量（最高达100%）；增强对氢燃烧行为的理解，优化低氮氧化物（NOx）燃烧器设计；应用并开发具有反应流的先进计算流体动力学；开发燃烧器先进制造技术；开发新材料、涂层和冷却方案；优化转换效率；提高耐用性和使用寿命，降低成本，包括运营和维护成本；开发系统级优化和控制方案；评估并减轻水分含量对热传递和陶瓷退化的影响；开发和测试燃氢改造解决方案；燃烧碳中性燃料，如氨燃料、乙醇燃料等。

3、氢能应用。DOE关注发展氢能在交通、工业、发电以及混合能源系统领域的应用，同时大力建设区域清洁氢中心以构建氢能网络，示范基于氢能的能源生态系统。实现工业规模的低成本氢气对于推进多样化应用至关重要，DOE正通过对各环节技术的研发创新解决成本挑战。同时，还需进一步解决与技术规模化、制造和供应链以及网络安全相关的重大跨领域问题，并建立成熟的规范和标准。形成氢能规模化制造的跨领域机会包括：高速制造工艺，用于成型、冲压、模制、密封、连接、涂布和卷对卷加工等；材料和组件处理的最佳实践；增材、自动化制造及组装工艺；在线诊断和质量控制/质量保证技术；传感器和其他技术，减少高通量生产中的制造缺陷。

总体而言，氢能应用相关研发重点包括8个方面：制定针对氢能应用的特定目标；解决在不同终端应用中的材料兼容性问题；降低工业规模电解槽、燃料电池系统、燃气轮机、发动机及混合动力系统的成本，并提高其耐用性和效率；组件及系统层面的集成与优化，包括BOP组件和系统；综合系统的优化控制，包括网络安全；制造工艺及规模化，包括过程强化；统一规范与标准，包括加氢协议；开发容量扩张模型，以明确氢能在新领域的应用价值。                 

   （岳芳）