?。ǘ┕I(yè)領域

　　在工業(yè)領域中，氫氣一直是最重要的原材料之一，并且通過氫的使用可以使精煉等行業(yè)達到基本無碳排放。到目前為止，氫的制造和使用都局限在工業(yè)領域中，主要用途是作為化工行業(yè)的原材料。在過去，石油化工企業(yè)主要通過石油裂解來制造氫氣，但是現(xiàn)在，隨著對氫氣需求的增加，企業(yè)開始更多地使用天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣。大部分的氫氣在精煉行業(yè)作用是加氫處理、加氫裂化和精煉過程中脫硫等，不斷地追求高品質(zhì)，導致了對氫氣需求的不斷增長。除了常規(guī)的燃料精煉，由木質(zhì)纖維素生產(chǎn)的生物燃料也需要相當數(shù)量的氫氣用作加氫脫氧。氫氣還可以在鋼鐵生產(chǎn)中可用作還原劑，取代部分焦炭的使用，同時，氫氣也是鋼鐵工業(yè)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物的一部分，但是在大多數(shù)情況下，這些廢氣直接被用來燃燒，如果能把其中的氫氣收集起來就可以減少利用化石燃料生產(chǎn)氫氣的壓力，從而提高整體能源使用效率，減少碳排放。

　　（三）建筑領域

　　在建筑領域中，運用氫能微型熱電聯(lián)產(chǎn)機組技術可以極大地提高能源利用效率，建設節(jié)能環(huán)保型建筑。微型熱電聯(lián)產(chǎn)裝置可以利用發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱來供暖，這可以顯著提高建筑物整體能源效率。當前大部分地區(qū)都采取分布式發(fā)電和供熱系統(tǒng)，在沒有集中供熱網(wǎng)的區(qū)域，應用這種微型熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，就有很大的優(yōu)勢。目前已經(jīng)可以在市場上買到很多利用天然氣發(fā)電的內(nèi)燃機熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。用燃料電池熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機系統(tǒng)可以提高燃料的使用效率，在如今的技術水平下，燃料電池微聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)電效率是42%，比內(nèi)燃機微聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)高出10%，但是不足之處是燃料電池微聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的成本太高。

　　二、氫能和燃料電池關鍵技術

　　氫能和燃料電池的關鍵技術主要是氫能的生產(chǎn)工藝、燃料電池技術、氫燃料的運輸與配送，以及可再生能源集成等。

　?。ㄒ唬錃馍a(chǎn)工藝

　　氫氣的生產(chǎn)工藝主要有蒸汽甲烷重整和電解制氫兩種，如表3所示，兩種生產(chǎn)方式各有優(yōu)缺點，可以根據(jù)加氫站的布置情況來選擇。

　　蒸汽甲烷重整。目前，大約48%的氫氣是由天然氣通過蒸汽甲烷重整工藝生產(chǎn)，即在高溫、催化劑的作用下，甲烷和水蒸氣發(fā)生的反應生成氫氣的過程。如果廢氣中的二氧化碳濃度較高時，蒸汽甲烷重整工藝就需要采用CO2捕捉與封存技術，來控制碳排放量。用這種方法大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的成本主要由天然氣價格決定，例如目前美國天然氣的價格是每千克0.9美元，歐洲的天然氣每千克2.2美元，日本的天然氣每千克3.2美元。重整工藝并不局限于使用天然氣，所有富含氫元素的氣體都可以用重整工藝生產(chǎn)純凈的氫氣，同時氫氣也可以從其他化石資源中生產(chǎn)出來，如煤、生物質(zhì)或有機廢料等。

　　電解制氫。電解法是通過施加一個直流電把水分離成氫氣和氧氣，把電能轉(zhuǎn)化成化學能。對于僅使用電能作為輸入能量的電解槽（無外熱），隨著電池電壓的升高，制氫效率會降低，而產(chǎn)氫速率卻會提高。因此對于給定幾何形狀的電解槽，工程師需要平衡電解槽效率和產(chǎn)氫量之間的關系。不同類型的電解槽可以按電解質(zhì)和電荷載體的不同，分成堿性電解槽、質(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽等。堿性電解槽是目前最成熟的技術，并且投資成本比其他的電解槽要低很多，但是質(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽更有希望降低成本和提高效率。選擇電解槽工藝需要找到一個減少投資成本和實現(xiàn)效率提高的平衡點。由圖2可以看出質(zhì)子交換膜電解槽在成規(guī)模生產(chǎn)時有望進一步降低成本。