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氢气的应用是非常广泛且多元化的，氢具备独一无二的特性。

高能量密度:

氢气是一种高能量密度的能源载体。相比其他传统燃料，氢气在燃烧或通过燃料电池反应时能够释放出大量的能量。这使得氢气成为一种理想的能源选择，尤其适用于需要高能量输出的应用场景，如交通运输和工业生产。

清洁环保:

氢气的燃烧产物仅为水，不会产生二氧化碳、硫氧化物等有害物质，因此被认为是一种清洁环保的能源。在环境污染和气候变化问题日益严峻的背景下，氢气的这一特性使其在许多领域得到广泛应用。

来源多样性:

氢气的来源非常广泛，可以通过多种途径获得，包括化石燃料制氢、可再生能源制氢以及工业副产氢等。这种来源多样性使得氢气能够适应不同的能源需求和场景，进一步拓展了其应用范围。技术适应性:

氢气作为一种能源载体，具有很强的技术适应性。它可以应用于传统的燃烧过程，也可以通过燃料电池技术转化为电能。此外，氢气还可以与其他能源形式进行转换和储存，这使得其在能源系统中具有很高的灵活性和可调性。

跨领域应用:

氢气在多个领域都有广泛的应用。除了传统的工业应用外，氢气还在交通、电力、建筑等领域发挥着重要作用。例如，在交通领域，氢燃料电池汽车已经成为新能源汽车的重要发展方向之一;在电力领域，氢气可以作为储能介质和调峰调频的辅助能源;在建筑领域，氢气也可以作为未来建筑用能的主要载体之一。

1、合成氨

1909年，德国化学家Fritz Haber发现在⾼温⾼压下Fe作为催化剂可以使氮⽓和氢⽓合成氨，这是⼀个伟⼤的化学发现。氨⽓是重要的化⼯原料，⼴泛应⽤于化肥、炸药、燃料等领域。其中，⽤作氮肥的“化肥氨”占我国氨⽓消费总量的近70%。此外，氨还作为重要的⽆机化⼯或有机化⼯的基础原料，⽤于⽣产染料、炸药、各类合成材料等。“⼯业氨”占我国氨⽓消费总量近30%。

绿氨项目:近年来，多个氢氨一体项目在全球范围内启动并加快建设。例如，内蒙古四子王旗风光储氢氨一体化示范项目、吉林大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目、中能建松原氢能产业园（绿色氢氨醇一体化)项目等，这些项目均具备较大的投资规模和产能规划。据统计，自2024年以来，中能建、国电投、国家能源集团、华电、华能、三峡、深能、宝丰、水木明拓、远景等均在推进绿氨项目，项目总投资近2,000亿元。这表明氢氨一体项目正受到行业内外的高度关注和重视。绿氨成本价格趋势如下，主要取决于绿电制氢价格，同时计算时，默认原料成本占据总成本的70~80%。

绿氨兴起:绿氨是无碳化氨合成与生产。随着绿氢产业的发展，多个示范项目计划并落地。氢氨一体化，这是一种集成绿氢、绿氨生产的绿色能源化工模式。它涵盖了从可再生能源发电、电解水制氢到氨合成的完整产业链，氢氨一体化实现零碳排放。这对于减少温室气体排放、实现碳达峰和碳中和目标具有重要意义。另外，氢能和氨能作为清洁能源，具有广泛的应用前景。氢氨一体项目不仅推动了氢能技术的发展，还促进了氨能作为零碳燃料和氢能薮体的应用，为构建清洁低碳的能源体系提供了有力支撑。224年7月15日，国家发改委、国家能源局印发《煤电低碳化改造建设行动方案(2024-2027年)》，将掺氨燃烧作为煤电低碳化改造的重要技术路线，要求相关项目改造建设后应具备掺烧10%以上绿氨的能力。

2、合成甲醇

氢⽓合成甲醇利⽤了⼆氧化碳和氢⽓作为原料，通过⼀系列化学反应⽣成甲醇。这是⼀种绿⾊的化学合成⽅法，有助于减少⼤⽓中⼆氧化碳的排放，并将其转化为有⽤的化学品。传统甲醇制备的主要⼯艺包括原料预处理、⽓化、WGS、⽓体净化、甲醇合成和纯化。

甲醇属于⼤宗品，具有⾮常⼴泛的应⽤场景。具体如下：

应用水平

绿氢制甲醇利用可再生能源〈如太阳能、风能等）发电制得的氢气〈即绿氢）与二氧化碳反应生成甲醇，实现了能源的清洁转化和高效利用。绿色甲醇有“液态阳光”的美誉。

绿醇项目:广东建工风电制氢合成绿甲醇一体化项目:该项目由广东建工下属子公司与黑龙江省佳木斯市桦南县人民政府等合作开发，总投资约140亿元，规划建设年产50万吨绿甲醇项目。项目分两期建设，其中一期总体投资约70亿元，规划建设0.85Gw集中式风电项目并配套建设年产25万吨绿甲醇项目。该项目利用风电制得的绿氢与二氧化碳反应生成甲醇，实现了能源的清洁转化和高效利用。

安达市天楹风光储氢氨醇一体化项目:该项目由安达市天楹新能源有限公司投资建设，总投资额超过百亿元。项目包括建设10万吨级/年二氧化碳加绿氢制甲醇、15万吨级/年生物质气化耦合绿氢制甲醇等多个子项目。该项目通过综合利用风能、太阳能等可再生能源和生物质资源，实现了多种能源的互补和协同利用。

3、石油炼化

加氢裂化过程被定义为⽤氢处理较重的碳氢化合物，同时将其分解成较轻的衍⽣物，并提⾼氢/碳⽐。在加氢加⼯中，主要通过不同的处理⼯艺从⽯油产品中捕获氮、硫、氧和重⾦属等各种杂原⼦，分别称为加氢脱氮、加氢脱硫、加氢脱氧和加氢脱⾦属等。

炼油是氢⽓的主要⽤途之⼀，仅次于合成氨的⽤氢量，需求量巨⼤，⽤氢技术成熟。油⼚使⽤的氢⽓⼤约80%是在炼油⼚现场⽣产的，这其中约55%来⾃专门的制氢，其余的来源为⼯业副产氢，如⽯脑油裂解。因此，在⽯油炼化领域，存在绿氢替代灰氢的减碳空间，这将成为短期内氢能最主要的应⽤领域。

2022年，全球炼油⽤氢量超过4,100万吨，为2018年以来的历史最⾼⽔平。同⽐需求增幅最⼤的地区来⾃北美和中东，合计超过100万吨，约占2022年全球增长的四分之三。中国是唯⼀⼀个减少氢需求的主要炼油地区(约50万吨)，原因是疫情限⾏，⽤油需求降低。2023年7⽉，中⽯化在中国库车投产了世界最⼤的电解⽔制氢项⽬（260MW)，每年将⽣产2万吨低碳氢⽓，供应塔河炼油⼚使⽤。

⽬前许多国外⼤型炼油公司也布局绿氢替代，如BP公司与海上风电开发商合作，将在德国Lingen炼油⼚⼤规模应⽤绿氢；2024年建成⼀座50兆⽡电解⽔制氢设施，利⽤海上风电⽣产绿氢，替代现有20%的天然⽓制氢产能，项⽬后期规模将扩⼤⾄500 兆⽡，完全取代该⼚的化⽯能源制氢装置。壳牌公司现已公布7个碳中和绿氢项⽬；2021年7⽉，开始建设欧洲最⼤的质⼦交换膜电解槽，可年产1,300吨绿氢，⽤于德国莱茵兰炼⼚加氢装置；开发和验证电加热蒸汽⼄烯裂解炉解决⽅案，打造全球⾸座电加热裂解炉，可减少碳排放达90%。法国能源巨头道达尔和德国天然⽓公司VNG签署⼀项绿氢供应协议。根据该协议，VNG将向道达尔运营的Leuna炼油⼚供应绿氢，⽬标是到2030年使⽤低碳氢取代灰氢。

4、氢冶金

氢能炼铁是⼀种创新的炼铁⼯艺，它⾰新性地采⽤了氢⽓作为还原剂，取代了传统的碳基还原剂。直接还原炼铁（Direct Reduced Ironmaking, DRI）是⼀种化学过程，旨在从固态铁矿⽯中去除（还原）氧元素，从⽽获取⽤于炼钢的铁。⽬前，炼钢过程中所使⽤的铁主要是通过利⽤化⽯资源——天然⽓或煤炭，对铁矿⽯进⾏化学还原得到的。这⼀过程被称为直接还原炼铁。

在传统的DRI过程中，碳与铁矿⽯中的氧结合，⽣成⾦属铁和富含碳的过程⽓体，这⼀反应可以简化为：2Fe₂O₃ + 3C → 4Fe + 3CO₂。这意味着，在还原过程中，不仅⽣成了所需的⾦属铁，还产⽣了以⼆氧化碳为主的废⽓，这在⼀定程度上增加了碳排放。

然⽽，还有⼀种更为环保的替代⽅案，即使⽤氢⽓来替代碳进⾏铁矿⽯的还原。在这种情况下，氢⽓与铁矿⽯中的氧结合，⽣成⾦属铁和⽔蒸⽓，反应⽅程式如下：Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe+ 3H₂O 和FeO + H₂ → Fe + H₂O。这种⽅法显著减少了有害废⽓的排放，因为主要产物是⽔蒸⽓，⽽⾮温室⽓体⼆氧化碳。因此，使⽤氢⽓作为还原剂进⾏直接还原炼铁，是钢铁⼯业实现低碳化和绿⾊转型的重要途径之⼀。

2022年，全球⼯业中氢⽓的使⽤量为5,300万吨，其中约60%⽤于合成氨⽣产，30%⽤于合成甲醇，10%⽤于直接还原炼铁。根据国际能源署（IEA）的核⼼可持续发展展望（SDS），电解⽔制氢作为主要的还原剂将于2030年中期实现商业化应⽤，其使⽤量将在2050年扩⼤⾄1,200万吨。IEA还预计，到2050年，由于钢铁⽣产量⼤且能够获取⼤量低成本的可再⽣电⼒，印度和中国对电解⽔制氢的需求将最⼤（每个国家均超过450万吨）。

5、氢储能

氢储能技术利⽤了电⼒和氢能的互变性。在可再⽣能源发电系统中，电⼒间歇产⽣和传输被限的现象常有发⽣，利⽤富余的、⾮⾼峰的或低质量的电⼒⼤规模制氢，将电能转化为氢能储存起来；在电⼒输出不⾜时，利⽤氢⽓通过燃料电池或其他⽅式转换为电能输送上⽹。这⼀过程主要涉及电解⽔制氢、储氢和燃料电池发电三个关键环节。

现状：氢作为燃料在电⼒部门⼏乎没有应⽤，在全球发电结构中所占的份额不到0.2%(⽽且主要不是来⾃纯氢，⽽是来⾃钢铁⽣产、炼油⼚或⽯化⼚的含氢混合⽓体)。我国从科研攻关、⽰范应⽤、标准建设层⾯全⾯⽀持中长期氢储能的发展，以推动可再⽣能源发电消纳。尽管⽬前氢储能还未步⼊常态化应⽤阶段，在新型储能中的占⽐不到0.1%，但其在清洁、⾼效、可持续等⽅⾯的独特优势，使其成为了未来能源转型的重要⽅向之⼀。

我国已有多个氢储能项⽬实现投运，氢储能技术利⽤电⼒和氢能的互变性，通过电解⽔制氢、氢⽓储存以及使⽤燃料电池或氢内燃机转化能量的⽅式，实现能量的存储和转换。氢储能系统主要包括电解槽、储氢罐和燃料电池等装置，可以⽤于调峰调频、电⽹削峰填⾕、⽤户冷热电⽓联供、微电⽹等场景。⽬前⼀些项⽬的成功投运，不仅为我国氢储能技术的发展积累了宝贵经验，也为全球能源结构的优化和环境的改善作出了积极贡献。

6、燃气轮机

燃⽓轮机(GT)由于其特点⽽被⼴泛⽤于发电领域，例如能够在紧凑的空间内产⽣⾼功率，启动速度快，并且可以与其他发电装置集成。燃⽓轮机装置主要通过Brayton循环产能，其整体性能受燃烧过程的影响。燃烧室中使⽤的燃料是影响燃烧和排放效率的关键因素之⼀。⽬前⽯油和天然⽓等化⽯燃料是燃⽓轮机的主要燃料。⽽使⽤氢⽓代替可提供更⾼的热能。

7、天然气掺氢

指将⼀定⽐例的氢⽓注⼊到天然⽓中，与天然⽓混合形成的⼀种⽓体（HCNG）。利⽤天然⽓管⽹输送，可直接将掺氢天然⽓⽤于居民和商业⽤户、⼯业⽤户；也可在适合的条件下（掺氢⽐例≥15%），将掺氢天然⽓中的氢⽓进⾏提纯，应⽤于交通运输、分布式发电等领域。⽬前各国应⽤的天然⽓掺氢⽐例⼀般为5%～30%，根据国际可再⽣能源机构（IRENA）的数据，⼤多数国家和地区设置的掺氢⽐例不超过2%，少数设定为4%～6%。德国虽然规定上限为10%，但如果压缩天然⽓加⽓站连接到管⽹，则该⽐例⼤幅下调⾄2%以下。中国⽯油在宁夏银川宁东天然⽓掺氢管道⽰范平台上，已经实现了氢⽓⽐例逐步达到24%的技术突破，这是⽬前中国在天然⽓管道掺氢⽅⾯取得的重要进展。

天然⽓掺氢技术已经在全球范围内得到了⼴泛的研究和⽰范应⽤。据国际能源机构（IEA）数据显⽰，全球已有37个⽰范项⽬对天然⽓⽹络中掺氢的可⾏性进⾏研究，包括测试掺氢对天然⽓输配关键设备、材料、终端设备和电器的影响等。

中国城市燃⽓协会发布的《天然⽓管道掺氢输送及终端利⽤可⾏性研究报告》预测，“⼗四五”时期，中国将新增天然⽓管道掺氢⽰范项⽬15-25个，掺氢⽐例3%-20%，氢⽓消纳量15万吨/年，管道总长度1000公⾥以上。

8、氢燃料电池