氢的储存与氢能利用,氢能发动机,氢能利用的前景,氢能报告

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第一章 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第二章 第一节 第二节 第三节 第三章 第一节 第二节 第三节 第四章 第一节 第二节 第五章 第一节 第二节 第六章 第一节 第二节 第七章 第一节 第二节 目录 氢能的相关概述…………………………………………………………………………………………………………2 氢能的简介……………………………………………………………………………………………………………………2 氢的制取……………………………………………………………………………………………………………………….2 氢能的储存和运输………………………………………………………………………………………………………..4 氢能应用的主要问题…………………………………………………………………………………………………….5 氢能对洁净煤技术流程创新的作用……………………………………………………………………………..6 氢能的发展地位分析……………………………………………………………………………………………………6 我国氢能源产业分析…………………………………………………………………………………………………7 中国的氢能资源及技术标准分析…………………………………………………………………………………7 中国氢能源开发和利用分析…………………………………………………………………………………………8 我国氢能产业动态分析……………………………………………………………………………………………..10 氢燃料电池产业分析………………………………………………………………………………………………11 燃料电池的相关介绍………………………………………………………………………………………………….11 氢燃料电池的概念与技术………………………………………………….. …………………………………….11 中国氢燃料电池产业分析………………………………………………………………………………….………12 氢燃料电池汽车产业分析………………………………………………………………………………………12 氢燃料电池车的基本介绍………………………………………………………………………………………….12 中国氢燃料电池汽车业分析………………………………………………………………………………………14 中国氢能行业市场竞争态势分析……………………………………………………………………………15 中国燃料电池行业国际竞争力分析………………………………………………………………………….15 中国燃料电池行业竞争态势预测………………………………………………………………………………16 氢能源行业投资分析………………………………………………………………………………………………17 氢能源投资动态………………………………………………………………………………………………………….17 氢能源产业投资分析与预测………………………………………………………………………………………17 氢能利用发展前景分析及预测………………………………………………………………………………19 气体能源时代氢能前景预测………………………………………………………………………………………19 我国发展氢能源行业 SWOT 分析………………………………………………………………………………21 第一章 氢能的相关概述 第一节 氢能的简介 一、氢能概述 氢具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料，同时氢在工业生产中也有广泛应用。现 在工业每年用氢量为 5500 亿立方米，氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥，同时也应 用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。液态氢可以作为火 箭燃料，因为氢的液化温度在-253℃。

氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。

它是一种极 为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量约为汽油的 3 倍，酒 精的 3.9 倍，焦炭的 4.5 倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可 以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演义了自然物质循环利用、持续发展的经典过 程。

二、氢能优点 所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为 0.0899g/l，在-252.7°C 时，可 成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为金属氢。

所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出 10 倍，因此在能源工 业中氢是极好的传热载体。

氢是自然界存在最普遍的元素， 据估计它构成了宇宙质量的 75%。

除空气中含有氢气外， 它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢 全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大 9000 倍。

除核燃料 外，氢的发热值 是所有化石燃料、化工 燃料和生物燃料中最高 的 ，为 142351kJ/kg，是汽油发热值的 3 倍。

氢燃烧性能好， 点燃快， 与空气混合时有广泛的可燃范围， 而且燃点高， 燃烧速度快。

氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸 如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的 氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。

氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为 能源材料用于燃料电池或转换成固态氢用作结构材料。

用氢代替煤和石油， 不需对现有的技 术装备作重大的改造现在的内燃机稍加改装即可使用。

氢可以以气态、 液态或固态的金属氢化物出现， 能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

第二节 氢的制取 一、光合细菌制氢 国内外近几年已开始从提高光合细菌的光转化效率方面着手对光合生物制氢进行实验 研究， 其中以河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室的研究进展最具代表性。

在国 家自然科学基金、国家 863 计划、教育部博士点基金和国际合作等项目资助下，对利用粪便 污水作为原料的高效光合产氢菌群的筛选与培养、产氢工艺条件、固定化方法、太阳自动跟 踪采光及光导纤维导光系统、 太阳能光合产氢细菌光谱耦合特性等关键理论与技术问题进行 了较系统的深入研究，并取得了一些重要进展。

在选育以畜禽粪便为原料的光合产氢菌种方面取得了重要进展。

从具有代表性的 6 个地 点获得 24 个典型样品，按照各类光合细菌的生长条件和营养需求，从培养基组成、pH 值、 光照时间和周期、培养温度、厌氧状态几个方面设计出相应的培养基和培养条件，对光合细 菌进行了广泛地富集和分离，获得 33 株光合细菌，并按照猪粪的成分特点，对其进行了猪 粪、 相关小分子有机酸和产氢能力研究， 筛选出 7 株具有极高的原料转化效率的光合产氢菌 株。

研制成功带有自动跟踪太阳且可调滤光的太阳能高效聚焦采集系统， 并开展了该系统的 光传输与光谱耦合性能优化研究。

为了提高太阳能利用率， 已研制出菲涅耳透镜聚光型的太 阳能光导采光系统， 采用菲涅耳透镜聚光方式把太阳光聚集在焦点上， 并把光导纤维臵于焦 点上，经由可调滤光器可选择性滤波后，通过光导纤维输入光合生物反应器内，实现太阳光 的高效传输。同时，分别对筛选出的 7 株光合细菌进行了太阳光吸收光谱实验研究，提出不 同太阳光波段下的生长特性和以猪粪污水为底物的产氢特性的相关关系， 探索了太阳能光合 生物制氢过程的光传输与光谱耦合性能以及进一步提高太阳能光合生物制氢效率的途径。

研制成功具有较高表面积和体积比的新型环流罐式光合生物制氢反应器， 并系统地研究 了光在反应器中传输过程的衰减特性。

依据光合产氢细菌的生长和代谢特性， 研制的环流罐 式光合生物制氢反应器具有能够利用较高的光照表面积与体积比而减弱光合细菌细胞和畜 禽粪便污水的相互遮光效应、通过控制反应液的循环流量使细菌周围产生“闪烁效应” 、有 效改善光的传播途径和质量等特性， 并能对光合制氢反应条件进行自动控制， 使光合细菌处 于最佳的生长条件和代谢条件下，通过温度、光照度、pH 值、底物浓度、不同接种量、溶 氧水平等等的优化控制，使光转化效率和氢气产率都能达到最佳。

较系统地研究了太阳能光合生物制氢过程的热动力学特性， 揭示生物制氢过程的热动力 学特性对光合细菌产氢酶活性和产氢速率的影响规律， 用热动力学的方法对光合产氢菌生长 代谢过程中产热规律进行分析， 获得太阳能光合产氢菌生长代谢的热动力学信息， 研究光合 生物制氢体系的温度场分布， 建立表征太阳能光合生物制氢过程热动力学特征的模型， 优化 光合产氢菌的最佳生长代谢温度和能流工艺条件， 为进一步开展光合生物反应器的设计和规 模化生产运行试验研究提供了科学参考和理论依据。

二、等离子化学制氢 在等离子体的作用下， 将煤、 石油、 天然气与水蒸气反应制得氢和一氧化碳的工艺技术。

它具有氢气产率高，成本低，能耗少，设备简单等优点。德国 Huls 公司已在南非建成大型 生产厂。

前苏联也进行了深入研究， 他们还研究了等离子体直接与水蒸气反应制得氢的技术。

三、化学制氢 这种方法是通过外加高温使水起化学分解反应来获取氢气。

到目前为止虽有多种热化学 制氢方法，但总效率都不高，仅为 20%-50%，而且还有许多工艺问题需要解决。依靠这种方 法来大规模制氢还有待进一步研究。

四、生物制氢 利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气。

近年来， 已查明在常温常压下以 含氢元素物质包括植物淀粉、 纤维素、 糖等有机物和水进行生物酶催化反应来制得氢气的微 生物可分为 5 和真核藻类产氢所利用的氢源是水，异养型厌氧菌、固氮菌、光合厌氧细菌所利用的氢源是 有机物。

按氢能转化的能量来源来分异养型厌氧菌， 固氮菌依靠分解有机物产生 ATP 来产氢， 而真核藻类、蓝细胞、光合厌氧细菌则能通光合作用将太能转化为氢能。近年来发现有 30 种化能异养菌可以发酵糖类、醇类、有机酸等产生氢气，其中有些细菌产氢气能力较强，发 酵 1g 的葡萄糖可以产生约 0.5L 的氢气，葡萄糖总利用率达 65%以上，而天然产氢的光合细 菌据报道也有十几种之多，其中也有些细菌产氢气能力较强。

第三节 氢能的储存和运输 一、纳米碳储氢 日本 NEC 公司的饭岛 S.Iijima 博士于 1991 年 5 月检查一根曾产生富勒碳的碳电极上的 黑色沉淀物时发现了纳米级的同轴管状碳纤维，并命名为巴基管 (Buckytube)，后来被广泛 地称之为碳纳米管 Carbon nanotube。在 50 万倍电镜下观察，碳纳米管的横截面是由 2 个 或多个同轴管层组成， 层与层相距 0.343nm， 此距离稍大于石墨中碳原子层之间的距离 0.335 nm 。通过 X 射线衍射及计算证明碳纳米管的晶体结构为密排六方 h.c.pa=0.24568nm ， c=0.6852nm，c/a=2.786，与石墨相比，a 值稍小而 c 值稍大，预示着同一层碳管内原子间有 更强的键合力，同时也预示着碳纳米管有极高的同轴向强度。

由于纳米碳中独特晶格排列结构， 其储氢数量大大的高过了传统的储氢系统。

碳纳米管 产生一些带有斜口形状的层板， 层间距为 0.337 nm， 而分子氢气的动力学直径为 0.289 nm。

所以，碳纳米管能用来吸附氢气。另外 ，由于这些层板之间的氢的结合是不牢固的，降压 时能够通过膨胀来放出氢气，直到系统降为常压。

二、高压储氢 目前， 工业上常用高压气瓶储氢。

氢气经过加压(约 15MPa)， 储存于钢制圆筒形容器中。

这是一种传统的常用方法，其缺点是需要厚重的耐压容器，并要消耗大量的氢气压缩功。氢 气密度小，在有限的容积中只能储存少量的氢气，质量储量较低，且处于高压下，因此在经 济和安全上均不可取。

三、化学储氢 包括非金属氢化储氢与金属氢化物储氢。

非金属氢化储氢即将氢储存在高储氢能力的化合物中，如甲烷、氨或不饱和烃等，以备 不时分解使用，这种储存是不可逆的储存。非金属氢化主要有以下 4 种，烃类化合物、氮氢 物，醇类化合物和硼氢化合物。

一些碳氢化合物如甲烷，异辛烷 C8H16 和甲基环己烷 C7H14 等本身就是一种燃料，而 同时又可以看作是氢的寄存用的氢化物。

利用氢在不同化合物中的不同形态的储存物性。

给 储存、运输和使用氢能带来很多好处。由于这种氢大部分是液态的，很容易储存，在实际的 应用中，通过化学的方法裂解氢化物，然后就可以使用分解出来的氢气。

金属氢化物储氢，是使氢气跟能够氢化的金属或合金相化合，以固体金属氢 化物的形式储存起来。氢可以跟许多金属或合金化合，形成诸如镍基、铁基和镁基等合金。

其中有些金属氢化物，其单位体积内的含氢量甚至高于液氢的密度。金属储氢自 20 世纪 70 年代起就受到重视，当金属氢化物受热分解时，又可释放出氢气再供使用，这种可逆反应可 作为金属储氢的基础。与高压储氢和深冷液化储氢相比，用金属氢化物储氢安全可靠。因为 氢被金属吸附和化合以后，变成固态储存，没有游离的氢气，因而不容易和外界的空气或氧 气形成气相可燃混合物， 而且金属储氢对系统的压力要求不高， 储氢金属可以重新充装氢气 反复使用。 在金属氢化物充、放氢气的过程中，需要放出或吸附一定的热量，因此需要增加换热设 备，这就导致增加储氢设备的成本以及重量和体积。另外在储存和释放氢的过程中，金属氢 化物的肿胀、老化、粉化与中毒也是需要解决的问题。因此提高高金属氢化物储氢的密度和 储氢能力，降低储氢金属的制造成本，延长它的使用寿命，是推广和应用储氢金属的重要前 提。

四、氢的储存和输送 小量氢可用高压钢瓶储存，也可用水封式储氢罐。长距离输氢可用管道。制成液态氢储 存与输送也是一种方法， 但制成液氢要消耗其本身能量的 1/3 以上， 只能在特殊情况下使用。

金属氢化物储氢罐作为氢能汽车的供氢方式比较安全。低温(77K 以下)金属催化剂改性活性 炭储氢技术，液态吸氢剂储氢法等正在发展。

第四节 氢能应用的主要问题 一、氢气制备 氢气能否广泛使用，制氢工艺是基础， 1 的主要研究方向， 2 3 4 ，促使水分解制得氢 ，经历不同的反应阶段， 5 制氢是在将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法， 各 种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。

水电解制氢、生物质制氢等制氢方法，现已形成规模，其中，低价电解水制氢方法在今 后仍将是氢能规模制备的主要方法，目前应用中尚需降低能耗。

二、氢气运输 1 ， 2 ， 3 ， 就必须先制备液氢， 生产液氢一般可采用 3 种液化循环， 其中带膨胀机的循环效率最高，在大型氢液化装臵上被广泛采用，节流循环，效率不高，但 流程简单，运行可靠，所以在小型氢液化装臵中应用较多。氦制冷氢液化循环消除了高压氢 的危险，运转安全可靠，但氦制冷系统设备复杂。故在氢液化中应用不多。

4 ， 氢即被以金属氢化物的形式储存， 加热这一贮存系统或降低氢压，氢就会释放出来。

5 ，高压容器和液氢槽车也是目前工业上常规应用的氢气输送方法。

三、金属氢化物贮氢装置的开发 1 固定式贮氢装臵 固定式贮氢器其服务场合多种多样，以大中型容量为主。美国开发了以 TiFe0.9Mn0.1 合金为基体中型固定式贮氢器，日本则用 MmNi4.5Mn0.5 贮氢合金开发了叠式固定装臵，德 国用 TiMn2 型多元合金开发的贮罐是由 32 个独立贮罐并联而成， 容量为目前世界上最大的。 浙江大学分别用 MmCaCu NiAl 5 增压型贮氢合金、 MINi4.5Mn0.5 合金分别开发了两种固定式 装臵。

2 移动式贮氢装臵 移动式贮氢器除了携带运输氢气外，还可用于燃料电池氢燃料的存储。

作为移动式装臵要兼顾贮存与输送，因此要求重量轻、贮氢量大等问题。其中金属氢化物贮 氢器不需附加设备，如裂解及净化系统，安全性高，适于车船方面应用，用常温型合金，质 量贮能密度与 15MPa 高压钢瓶基本相同，但体积要小得多。如德国海军的混合推进系统所 在的潜艇，氧以液氧形式贮存，氢则以 TiFe 合金贮存。

第五节 氢能对洁净煤技术流程创新的作用 氢能及其相关研究已成为目前的热点课题。

虽然在能源动力领域， 离氢能大规模应用还 有相当距离， 一般公众也认为氢能大规模利用是很遥远的事， 但氢能和氢经济并非遥不可及， 它们与目前的能源、化工研发动态密切相关，是现有研究的延伸和拓展。氢能技术的发展影 响着发电技术和化工技术的发展趋势。例如，氢能与分布式发电技术、与燃料电池技术、与 绿色工业发展等。

一般认为， 煤是一种 “肮脏” 的一次能源， 而氢则代表着 “洁净” 的能源。

但实际上，发展氢能技术与洁净煤技术并不矛盾，二者不仅存在着密切联系，还可起到相互 促进的作用。

地球周围单质氢很少， 因此氢作为能源的关键技术之一是氢制备。

根据已探明和可开采 能源资源储量， 全球以煤为主的能源格局在短时期内不会改变因此各种煤制氢技术仍将是获 得大量氢的重要途径之一， 而大规模化石燃料制氢技术虽已成熟， 但还存在着能量转化效率 低的问题。另一方面，目前已有的煤炭发电和利用单项新技术(超临界燃煤发电、增压流化 床燃烧、煤液化、整体煤气化联合循环、先进燃气轮机和燃料电池、天然气制液体燃料等) 难以同时满足效率、 成本和环境等多方面要求。

因此如何将氢制备与煤的高效洁净利用结合 是关系到氢能发展的重要课题。

在煤炭联产系统中，煤炭经气化、净化、脱硫脱碳后即可生产氢气，氢气既可作为化工 原料， ，通过各种反应可 各种尾气等多种品位的能量可得到充分利用， 气、甲醇等化工品联产和系统集成， ，得到的产品甲醇，既 是重要的基础化工原料，也是载能体，可制取氢，且由于常温常压下甲醇为液体，便于储存 和携带可作为车用燃料电池的燃料。

这样可按能源利用效率、 产品价值、 市场需求等各方面， 使煤的化学能利用得到最佳的综合效益，实现煤气化、氢能、发电、一碳化工、精细化工为 一体的新世纪能源综合利用系统。

第六节 氢能的发展地位分析 一、人类开始进入氢能源时代 近年来，在工业发达世界的各个地方，石油被取代的苗头已经显现。例如，斯堪的纳维 亚地区的三个主要能源公司将计划修建一座实验性工厂， 以风能制造氢。

虽然这仅仅是一个 开端，但意义却很重大。目前，世界上利用风能的领先者丹麦已经从风能中获得其电力的将 近 15%。倘若利用这些电来生产氢，则丹麦人在能源方面所创造的效益会相当可观。众所周 知，电难以大量存储，但是储藏氢却是可能的。

在美国， 计划利用大量功率强大的风力涡轮机生产氢， 其产量超过以生产氢著称的沙特 阿拉伯。专家相信，如将美国西北部的支流上的 55 座大水坝所产生的剩余的大量电力能输 入到专门装臵中，将使氢能源变得相当于取之不尽、用之不竭。而夏威夷的火山所提供的丰 富的地热能源池能够用来产生用于生产氢。

氢能源开发和燃料电池研制的最新进展均出现在汽车工业。戴姆勒-克莱斯勒公司已承 诺 10 年内投资 10 亿美元用于发展氢燃料电池。

它还与福特汽车公司、 巴尔拉德能源系统公 司合作，已于 2002 年 5 月让燃料电池汽车在欧洲行驶。通用汽车公司的目标是成为首家出 售 100 万辆燃料电池汽车的公司，计划到 2010 年投入大批生产。2002 年 6 月，它宣布计划 对两个专攻氢储藏和输送的公司注入巨额资金。丰田汽车公司则宣布 2003 年春季在日本出 售燃料电池汽车。4 年前，福特和戴姆勒一奔驶，即现在的戴姆勒一克莱斯勒公司采取了震 惊竞争对手的行动， 投入 7.5 亿美元， 用于与 Ballard 公司组建一个合资企业， 为的是到 2004 年生产燃料电池汽车。通用汽车公司和丰田公司也不甘落后，在追求同一目标方面联手。本 田、雷诺一日产、现代和大众汽车等公司也加入了这场竞赛。

本田公司最近在美国加州的托兰斯展出了一种以太阳能为动力的加氢站， 这是首个由大 汽车制造厂商建立的加氢站，它代表了氢能源开发的方向。

大力开发氢能源具有极大的商业和环境价值。

氢燃料电池不仅能够代替内燃机， 而且还 能够取代集中供电和便携电脑、手机所用的电池。 二、氢能源是 21 世纪的市场热点 近几年， 一些国家对氢能的开发步伐明显加快。

据美国能源部下属新能源开发中心的调 查， 过去 5 年，工业化国家在氢能开发领域的投入年均递增 18.5%，而此前 5 年为 11%左 右。据分析，氢能开发技术成果的大批商业化是导致氢能开发进入实用化的重要原因。

越来越多的国家开始将开发氢能列为重要的新能源项目， 并在政策上予以支持。

美国能 源部下属的国家实验室已决定同企业合作，重点是开发高效率、低成本生产氢的工艺。日本 工业技术院从 1995 年起开始由政府提供资金研究以氢气取代城市煤气，其长远目标是逐渐 减少对进口石油、天然气的依赖。日本政府的另一层意图是，通过氢能的开发和应用，培育 一个在 21 世纪大有作为的新兴产业和相关的服务业。日本产业界相信，进入 21 世纪后，氢 能生产设备将逐步成为市场热点，其潜在市场规模将达数百亿美元以上。

三、氢能源将替代石油 氢能源将作为全球最重要的能源替代石油的作用， 而拥有铂储备的南非将成为新的沙特 阿拉伯。

多年来，专家们一直致力于使西方国家能脱离石油的束缚，转向新的能源。与风、水和 太阳比较， 氢因其充裕的数量和简单的化学结构更能替代石油。

而南非拥有全球 86%的铂储 备，作为世界头号铂生产商，南非将主宰新的氢能源经济。

第二章 我国氢能源产业分析 第一节 中国的氢能资源及技术标准分析 一、中国氢能资源的储藏量大 我国现有氢能十分充足，不但可以从化石能源工业中副产气制氢，还可通过太阳能、风 能、潮汐能等不能稳定供电的可再生能源电解水制氢，同时也能从煤气、天然气、生物细菌 分解农作物秸秆和有机废水中得到氢，这一途径更重要的是可再生和重复利用。所以，在不 久的将来，氢将成为我国重要的可再生的清洁能源。

二、中国开发氢能源基础条件丰富 要发展氢能源， 其实中国已有足够的条件。

氢燃料可以有多种来源， 如碳氢化合物裂解、 电解水制氢、工业副产氢等。中国地域辽阔却统一时区，使电力系统呈现用电的峰谷差明显 的特点，用电高峰期缺电，用电低谷期电力富余， “谷电”不但浪费，而且对电站是一种危 害。因此，利用“谷电”制氢是平衡电能、获得廉价氢能的有效措施，是中国理想的氢能源 经济模式。

三、中国氢能技术规范和标准发展情况 在政策方面，随着国家能源安全、可持续发展和低碳经济等问题的日益显现，均要求国 家大力促进包括氢能源在内的新能源的发展。

随着新能源产业振兴发展规划的完成， 对氢能 源的发展将做出具体的指引和规划，届时氢能源的发展将得到更多的政策保障和扶持。

第二节 中国氢能源开发和利用分析 一、浅析中国开发氢能源的必要性 当前，在中国的能源结构中，约 95%是传统能源，其中绝大部分是燃烧化石燃料，也就 是我们熟知的煤、石油、天然气和其衍生产品等，新能源仅占 5%的比例。根据规划，大约 到 2015 年，新能源可增长到能源结构的 10%，2025 年增长到国内能源结构的 25%。因此， 如何利用新能源在节能、降耗、环保减排方面逐渐替代传统能源，这将是一个巨大的，具有 发展潜力的市场。

石油、煤炭、天然气燃烧产物是二氧化碳，是温室气体，造成地球温度逐年升高。专业 机构的最新研究结果表明全球气候变暖已导致非洲乞力马扎罗山的山顶冰盖消融 80%， 如这 一趋势得不到遏制，100 年后山顶冰雪将完全消失。德国汉诺威大学的植物研究所科学家瓦 尔特指出，尽管目前全球气温仅上升 0.6℃，但对生态造成的影响已经明显危机到动物和植 物的生存，现在，春天的来临及许多植林的生长期正在提前，较长时间后动物食物链可能发 生混乱。

同时，化石燃料中有杂质，特别是疏、氮、磷、砷等，燃烧产物酸性，造成大气 污染和酸雨。

酸雨不仅伤害农作物和蔬菜的叶片， 而且能够降低农作物和蔬菜种子的发芽率， 降低大豆蛋白质含量。阔叶林和针叶林的冠层在酸雨作用下，钙、镁等离子在冠层雨溶液中 富集，造成叶子中营养离子的大量淋失，进而加速根部营养的吸收和迁移，重新吸收的营养 ，就会造成营养亏缺，直接影响森林生长，威胁森林 生态系统内的物质循环， 而且这个过程随酸雨的强度增加而增加。

酸雨还造成土壤中铝的大 量释放和镁等有毒金属元素的沉降和积累，对树木形成毒害，同时，直接影响和危害土壤表 层，干扰微生物正常生化活性， AO 和 A1 层的 PH 值，使适中偏碱性菌类活动受到遏止，N 元素的同化和固定减少，土壤肥 力下降。同时，酸雨使湖泊酸化，将土壤中的活性铝冲洗到河流、湖泊中，毒害鱼类，改变 整个水体生态系统，使水体中的生物种类和数量大大减少，而且还导致温室效应的加剧，刺 激皮肤，引起哮喘等多种呼吸道疾病。

我国的能源结构以煤为主，约占 75%左右，且随着 经济建设的迅速发展，能源的消耗量日益增加。

针对这些情况，我们必须找到一种储量大、后续性强、热效率高、储存形式多的环保型 清洁能源，氢能源正是这样一种优质能源。在石化燃料日益减少的情况下，我国能源本来就 不占优势再加之人均资源占有不足， 这就势必要求我国必须比其他国家更重视后续能源的开 发利用，而汽车、飞机、轮船等机动性强的现代交通工具只能采用“含能体能源” ，所以氢 能源无疑成为一个新兴的热点。

二、中国氢能源开发和利用概况 目前阻碍氢能源商业化应用的主要问题包括两方面， 一方面要解决制氢的成本问题， 另 一方面要解决氢的贮存及运输问题。随着技术的进步，这些问题正在被逐渐的解决。在我国 市场当中， 2009 年 3 月，海格客车推出了近期研发成功的新一代氢燃料电池客车— KLQ6129GQH2， 2009 年 3 月， 云南醇氢能源开发有限公司成功推出了了以 “随车制氢技术” 专利技术改装而成的氢动力汽车， 2009 年 6 月奇瑞汽车副总经理袁涛表示， 奇瑞将力争在 3 年内推出氢能源车， 这些均表明我国在氢能源方面的关键技术上已经有了大量的积累， 并具 备了与国际同步的技术实力， 在解决氢能源的成本、 储存和运输方面已经的到了巨大的突破。

三、国内氢能利用的优劣势分析 我国氢的来源极为丰富，技术水平也有了一定的基础，水电解制氢、生物质气化制氢等 制氢方法， 现已形成规模。

其中低价电电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方 法。另外，用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改 装即可使用，这可以降低氢能应用成本。由此，我国发展氢能源优势可见一斑。

任何事物 的发展都具有两面性。在看到优势的同时，我们也要看到它所面临的困难。大量廉价氢的生 产是实现氢能利用的根本。

目前， 廉价的制氢技术和安全可靠的贮氢和输氢方法是两大核心 问题。获取氢需要消耗大量的电能将氢和氧进行分离，制备 1 升液氢约需消耗电能 3kwh， 而直接从天然气中获取氢，需耗汽油，每公里要排放约 16 克二氧化碳，普通汽油车每公里 排放 260 克二氧化碳，能耗过高。因此，欲获得大量廉价的氢能，将取决于是否能实现低能 耗低成本的规模制氢方法。虽然，在交通运输方面，美、德、法、日等汽车大国早已推出以 氢作燃料的示范汽车，并进行了几十万公里的道路运行试验。其中美、德、法等国是采用氢 化金属贮氢，而日本则采用液氢。试验证明，以氢作燃料的汽车在经济性、适应性和安全性 三方面均有良好的前景， 但目前仍存在贮氢密度小和成本高两大障碍。

前者使汽车连续行驶 的路程受限制，后者主要是由于液氢供应系统费用过高造成的。

“生态氢能”的关键并不 是技术，而是成本。就环境保护和市场需求而言，洁净和成本是二个关键参数，光有洁净而 成本过高就没有市场，很难推广。因此，要实施这一战略，就必须有目的地降低成本。每百 公里所加注氢的价格与汽油价格要尽可能接近， 否则该技术只能永远停留在实验室或样车阶 段。当然，氢能的使用还有其他方面的问题，如作为基础设施的氢加注站。

四、国内对于氢能利用的关键领域 随着全球能源紧张状况的加剧，氢能这种清洁、可再生的新能源进入人们的视线。而以 氢能替代汽油、 柴油等传统燃料用于汽车而将汽油、 柴油车变成氢能汽车成为最受关注的开 发领域。

2008 年 1 月初，东风实业有限公司以自行开发的“含水乙醇重整富氢燃料发动机”装 车试验成功， 首辆东风自主品牌的醇氢汽车投入道路试验。

东风实业有限公司还将为此投资 2 亿元建设生产示范基地，建设专门生产厂，2008 年年底向局部市场小批量投放。醇氢汽车 技术在国内的应用热潮已引起联合国有关部门的高度关注。

此外，氢气的纯化和加注技术也日趋成熟。目前，上海在嘉定区安亭镇建成了第一个自 主研发的利用工业副产氢的加氢站。北京则有两家加氢站。

至今，神力公司已为同济大学燃料电池轿车提供了 4 代 20 余台燃料电池发动机，为清 华大学燃料电池大客车提供了 3 代近 10 台燃料电池发动机。

10 辆燃料电池轿车至今已累计 稳定运行 4 万多千米，其中有 1 台单车运行近 2 万千米，1 台燃料电池发动机已通过了 10 万千米强化模拟震动试验，另有 1 台正在进行 10 万千米强化模拟转毂试验，所有燃料电池 发动机性能稳定。神力公司将要为 2008 年北京奥运会配套 5 辆大巴、十几辆轿车用燃料电 池发动机。

除此之外，国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件国产化、批量化生产的支持， 不断整合燃料电池各方面优势， 带动燃料电池产业链的延伸。

同时政府还应给予相关的示范 应用配套设施， 并且支持对燃料电池相关产业链予以培育等， 以加快燃料电池车示范运营相 关的法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设，推动燃料电池汽车的载客示范运营。

第三节 我国氢能产业动态分析 一、中意合作开发氢能项目正式启动 2005 年中意合作上海氢能研究中心日前正式启动，中意专家将围绕开发清洁的氢能源 进行可行性研究。

这次合作项目共需 100 万欧元研究经费。

每个项目下设工作组， 由中意双方专家共同担 海交大、同济大学、上海市建筑科学研究院有限公司等。

二、氢动力车有望甩掉大高罐 目前，氢动力车靠罐装方式向燃料电池提供氢气，氢气与空气反应再产生电能，这在储 运和充气等方面仍有不便。而科学家的理想是把氢气“藏”在某种氢化物中，并发现锂、钠 等轻金属和氢元素构成的氢化物较理想。

但这类轻金属氢化物需要数百摄氏度的温度才能吸 收和释放氢气，而车载的理想温度在 120 摄氏度以下。

上海微系统与信息技术研究所能源室余学斌博士与英国诺丁汉大学沃克博士等科研人 员，挑中了最轻金属———锂的氢化物“硼氢化锂”LiBH4，将这种看似奶粉的粉状物作为 储氢材料。如果不加催化，它在 600 摄氏度高温下仅能放出该物质总重的 8%。于是，研究 团队找来它的“兄弟”———“氢化镁”MgH2，作为催化剂加入反应。实验惊奇地发现， 这一混合体系中的两种储氢成分竟会“互帮互助” 。在常压下， “氢化镁”的反应温度从通常 的 400 摄氏度降为 300 摄氏度，并率先释放出氢气，接近其 7.6%的理论重量比。其后，当 升温至 350-450 摄氏度时， “硼氢化锂”也开始提前反应，并可将全部氢气释出，重量比达 到 18.3%。

不但如此， “两兄弟” 不仅能放氢也能吸氢。

中英双方事实上已找到另一种物质， 可将硼氢化锂常压下的放氢温度降低到 100 摄氏度左右， 完全符合车用要求， 该成果已申请 专利。

三、BP 携 GE 掘金氢能发电产业 BP 与 GE 正在实践一种新兴的清洁能源路径， 将氢能发电站产生的二氧化碳深埋起来并 助催出石油。这对中国能源企业颇有启迪。

BP 与 GE 两 家 公 司 宣 布 ， 双 方 将 携 手 开 发 氢 能 发 电 项 目 ， 该 项 目 将 大 大 减 少发电时所排放的温室气体。根据协议，GE 将加入 BP 公司此前启动的在苏格兰和加利福 尼亚州的两个氢能发电项目，同时双方计划在未来十年内再发展 10 到 15 个类似项目。

四、氢能经济，商业化之路还很遥远 目前很多人认为， 氢能源可以使人类从依赖矿物质燃料的窘境中彻底解放出来， 并将有 效抑制空气污染。

由于大量洁净能源的使用， 世界能源市场不久将演变为氢唱主角的氢能源 经济。

但实际上， 就像人类现在还无法攻克癌症一样， 氢燃料汽车不会很快步入我们的生活。

第三章 氢燃料电池产业分析 第一节 燃料电池的相关介绍 一、燃料电池的历史沿革 1839 年 ， Wllllam Grove 爵 士 通 过 将 水 的 电 解 过 程 逆 转 而 发 现 了 燃 料 电 他 的原理。他能够从氢气和氧气中获取电能。由于氢气在自然界不能自由地得到，在随后的几 年中，人们一直试图用煤气作为燃料，但均未获得成功。

1866 年， Wernervon Siemens 先 生发现了机一电效应。这一发现启动了发电机的发展，并使燃料电池技术黯然失色。直到 20 世纪 60 年代，宇宙飞行的发展，才使燃料电池技术重又提到议事日程上来。出于对能保 护环境的能源供应的需求，激发了人们对燃料电池技术的兴趣。

二、燃料电池的主要分类 燃料电池根据所使用的电解质不同可分为碱性燃料电池 AFC、磷酸燃料电池 PAFC、熔 融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池 SOFC、质子交换膜燃料电池 PEMFC 等。在 燃料电池中，磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池 PEMFC 可以冷起动和快起动，可以 用作为移动电源，适应 FCEV 使用的要求，更加具有竞争力。

第二节 氢燃料电池的概念与技术 一、氢燃料电池的概念与原理 氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。

基本原理是电解水的逆反应， 把氢和氧分别供给阴极和阳极， 氢通过阴极向外扩散和电 解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。

二、浅析氢燃料电池的优缺点 1 氢燃料电池的优点 无污染 燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电 池)方式——最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象 COx、NOx、SOx 气体和粉尘等污染 物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、 风能发电等)，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

无噪声 燃料电池运行安静，噪声大约只有 55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电 池适合于室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。

高效率 燃料电池的发电效率可以达到 50%以上， 这是由燃料电池的转换性质决定的， 直接将化 学能转换为电能，不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。

2 氢燃料电池的缺点 氢燃料电池还有几个致命缺点，由于氢的密度低，存储与运输条件要求高，即使是液态 的氢气密度也低于汽油。同时氢的稳定性差，其作为燃料电池时安全性、抗震性与稳定性都 较普通电池低，直接导致高成本，对于推广普及起到负面作用。

抛开氢燃料电池成本不说， 其技术如果得以推广， 牵扯到的层面之广远比普通电动车更 甚。包括制氢、运氢、加氢的整个环节都需要全新建立，在没有找到大规模制氢的新方法之 前，对天然气能源的大量需求势必会造成新一轮的能源结构调整。

三、氢燃料电池的环保问题分析 虽然氢能本身是一种绿色的能源，但在用化石燃料制氢过程中，如果封存技术不当，仍 会有 CO2 泄漏到大气中造成温室气体增加。氢在生产、储存、运输以及氢燃料电池使用过 程中都不可避免地存在氢气泄漏问题。

当泄漏到周围环境中的氢气达到一定浓度， 遇到明火 可能会发生强烈化学反应甚至爆炸，造成人员和财产损失。此外，泄漏到大气圈中的氢气会 与大气中的臭氧反应，破坏对人类起保护作用的臭氧层。因此，应加强与氢安全相关的氢检 测传感器技术、潜在事故情景处理技术等研究。

第三节 中国氢燃料电池产业分析 一、氢燃料电池已正式投入使用 上 海 神 力 科 技 有 限 公 司 研 制 的 两 台 65 千 瓦 、 100 千 瓦 氢 燃 料 电 池 发 动 机 近 日正在清华大学承担的国家 863 计划“清能一号” 、 “清能三号”燃料电池城市客车上组装。

这两部客车验收后，将同奔驰燃料电池客车在北京投入示范运行。

二、国内应加快液氢燃料电池技术成果转化 近年来，我国在氢能领域取得了多方面的进展，已初步形成一支由高等院校、中国科学 院及石油化工等部门为主的从事氢能研究、 开发和利用的专业队伍。

在国家自然科学基金委 员会、国家科学技术部、中国科学院和中国石油天然气集团公司的支持下，这支队伍承担着 氢能方面的国家自然科学基金基础研究项目、国家“863”项目、国家重点科技攻关项目及 中国科学院重大项目等。

科研人员在制氢技术、 储氢材料和氢能利用等方面进行了开创性工 作，拥有一批氢能领域的知识产权，其中有些研究工作已达到国际先进水平。

三、国内氢燃料电池技术市场运用前景广阔 日前，美国通用、丰田、本田、奥迪和大众 5 大汽车制造商相继推出了自己设计制造的 氢燃料汽车，这种车用氢燃料电池作动力。氢燃料电池的好处主要有，电池用氢氧发生化学 反应，仅产生水和热量，不会产生有害的废弃物，风能、核能、煤炭等能源一般不能直接用 到汽车上，但可以转化为氢能源供汽车使用，没有传统机动车的暴露式燃烧过程，释放废热 少，能减弱温室效应，保护环境。因此，氢燃料电池技术有广阔的市场应用前景，是我国汽 车工业创建自主技术和品牌的突破口之一。

第四章 氢燃料电池汽车产业分析 第一节 氢燃料电池车的基本介绍 一、氢燃料电池车的概念 氢燃料电池车的工作原理是，将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的 作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃 料电池阴极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达 燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结 合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给 阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经 逆变器、控制器等装臵，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车 辆在路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达 60~80%，为内燃机的 2 3 倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化 碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢 燃料是完美的汽车能源。

目前有关於氢燃料电池汽车，最受瞩目的就是通用汽车 2007 年底开始全球最大规模氢 燃料电池汽车公开测试(Project Driveway)， 在美国投入超过 100 辆之测试车辆， 其可搭载 4.2 公斤的氢气， 并行驶 200 英里(约 320 公里)， 其行驶里程总数可达 50000 英里(约 80500 公里)。

二、氢燃料电池车与氢燃料内燃机车的区别 氢燃料电池通过化学反应产生电能来推动汽车而内燃机车则是通过燃烧产生热能来推 动汽车。

由于燃料电池车工作过程不涉及燃烧因此无机械损耗及腐蚀， 所产生的电能可直接 用在推动汽车的四轮上从而省略了机械传动装臵。

研究表明氢燃料电池的产能效率是内燃机 的四倍以上，根据权威机构研究，汽油能量从油箱转换到车轮的过程因燃烧，散热，机械磨 损等最后传输到车轮的推进能量不到 20%，而氢燃料电池汽车用能效率却能达到 60%以上。

由于氢气里没有腐蚀性的杂质，也没有碳阻塞燃烧室，燃料电池车很少需要维修。通过计算 机控制还可对四轮实现智能化，原先不可想象的横向泊车，原地 90 到 180 度转向，通过对 四轮施加不同速度来防滑等特殊性能均由于机械传动装臵的省略而变得轻而易举。

此外， 氢 燃料车比汽油车安全。即使在失火的情况下也便于逃生。汽油车发生事故或遇火，油箱会爆 炸，油产生的热和毒气都会致命。而氢燃料车在猛烈的撞击下，甚至储氢罐破裂都不会引起 大火，在逃生时不会被大火烧伤。即使氢采用压缩储存，也仅易燃。若撞击后氢燃料外溢没 有着火，它会蒸发到空气中不产生污染。但它绝不会爆炸，因为氢气只有与氧气或空气在密 闭的空间里混合才会爆炸。氢燃料电池车的尾气排放物是水，对环境的污染为零。

目前，氢燃料电池轿车比同类型内燃机车重 200 多公斤，贵 5 倍以上。氢燃料电池车的 优势毋庸臵疑，劣势也是显而易见。随着科技的进步，曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全 性、 氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善， 然而成本问题依然是阻碍氢燃料电 池车发展的最大瓶颈。

目前氢燃料电池的成本是普通汽油机的 100 倍， 这个价格是市场所难 以承受的。

三、氢燃料电池车存在的问题 1 ，氢的来源一般是天然气和沼气。此外，可以通过电解水将氢和氧分 离而提取氢。

而电能则可以通过煤或核反应堆发电来产生。

由于氢的提取需要消耗其他能源， 因此，如果使用煤、天然气、沼气等碳氢燃料来提取氢，则会排出导致温室效应的气体。采 用风力和太阳能可以解决这一问题， 但这种开发方式费用太高， 从而导致氢燃料电池汽车的 成本增加。此外，一些辅助设施如氢燃料加注站的建设也要费些时日。

2 燃等问题有待解决。

，有泄漏和气化的问题，包括爆燃、回火、早 四、氢燃料电池车发展前景展望 尽管目前大多数汽车生产商仍将注意力集中于混合动力汽车或纯电动汽车， 但是燃料电 池汽车的支持者们却认为，虽然氢动力汽车发展比混合动力、纯电动汽车晚一步，但其拥有 更多的优势，燃料添加时间短、单次行程远等。

预计到 2050 年，燃料电池汽车的数量将会超过纯电动汽车。汽车生产商的最终目标可 能是利用可再生能源， ，让氢气为汽车提供动力。

未来小型电动汽车将成为短途旅行的理想选择， 而燃料电池技术则更适合大型车辆， 如 卡车等，因为盛装氢燃料的罐子会占很大空间。除了高成本外，氢气充电站和大小适中的车 型缺乏也是燃料电池汽车研发道路上的障碍。

第二节 中国氢燃料电池汽车业分析 一、我国氢燃料电池汽车业技术分析 我国氢燃料电池与国外相比，虽然仍存着差距，但起步并不晚，经过近两年急起直追， 与国际的差距并不大， 基本上已处于同一起跑线上。

北京、 上海、 大连都有相当的开发成果。

2004 年 12 月，在上海举行的必比登国际燃料电池轿车评比竞赛中，美国“氢动 3 号”被评 为 4A 级，上海同济大学开发的“超越 2 号”轿车被评为 5A 级，毫不逊色。湖北武汉，由 武汉理工大学与东风汽车公司联合开发的 25 千瓦“楚天 1 号”轿车，经全国相关著名专家 参加验收的评语是“总体上达到国内先进水平” 。特别值得一提的是，武汉理工大学完全自 主开发掌握了燃料电池的核心组件技术 CCM，达到了国际同步水平，并有自己的特色。这 种组件，占整个燃料电池发电机造价 60%以上，这就为今后大幅度降低造价打下了基础。

二、车用氢燃料电池发动机生产分析 目前，在燃料电池发动机少量生产的示范运行阶段，成本价格约为 1 万元/千瓦。神力 创新研制的模块化燃料电池发动机的输出功率为 50 千瓦左右，也就是说 1 台发动机至少需 要 50 万元的开发成本。

此外，相关技术手段和基础设施亦亟待改善完备，以实现储氢、加氢的便利。迄今还没 有技术能确保发动机内储存的氢气足够跑完 300 英里——美国购车者加满汽油后对行驶里 程的最低预期值。

加氢站建设的落后则完全可能让研制开发出来的发动机成为跑不动的尴尬 摆设。

三、我国氢燃料电池车产业发展前景 发展适合我国国情的低成本高效环保的大规模制氢技术 根据我国煤炭资源丰富的特点，应着重发展高效、低污染的集中式煤气化大规模制氢， 要加强对煤炭气化过程中 CO2 捕捉和封存技术的研究， 同时应重点加强我国有一定基础的、 具有长期发展前景的可再生能源制氢技术。

随着我国核能技术的日渐成熟， 应逐步探索可控 核能制氢技术。

发展高效的氢储存技术 目前我国对储氢材料的研究比较活跃，研究内容涉及到了高压储氢、碳纳米管储氢、新 型合金储氢、有机化合物储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、氢浆储氢、层状化合物储氢等 当前国际氢储存技术研发的主要方面，并在金属氢化物储氢、碳纳米管储氢、复杂化合物储 储氢、有机化合物储氢、车载储氢系统等技术，探索层状化合物储氢、笼形水合物储氢等技 术。

加强氢燃料电池技术和氢燃料电池汽车以及相关基础设施的研发 发展氢经济的一个重要方面是发展氢能交通运输体系和氢能基础设施建设。

在氢燃料电 池方面， 我国可重点发展大功率质子交换膜燃料电池技术、 中低温固体氧化物燃料电池技术、 基于燃料电池的系统集成技术、质子交换膜技术、电催化剂技术、先进的膜电极组件技术、 无铂催化剂技术等，同时积极探索生物燃料电池、再生式燃料电池技术、冷启动(Cokd Start) 技术等研发。

加强以氢能和燃料电池为核心的分布式氢能源系统研究 由于氢能和燃料电池具有诸多优点和分散供能的特征， 因而加强以氢能和燃料电池为核 心的分布式能源系统研究已成为今后国际研发的重点。

当前这种以氢能和燃料电池为核心的 分布式能源系统的发展趋势是与可再生能源利用相结合， 以氢为载体， 以燃料电池为能源转 化工具，加强对可再生能源的开发。

关注氢经济发展的相关环境问题与安全 虽然氢能本身是一种绿色的能源，但在用化石燃料制氢过程中，如果封存技术不当，仍 会有 CO2 泄漏到大气中造成温室气体增加。氢在生产、储存、运输以及氢燃料电池使用过 程中都不可避免地存在氢气泄漏问题。

当泄漏到周围环境中的氢气达到一定浓度， 遇到明火 可能会发生强烈化学反应甚至爆炸，造成人员和财产损失。此外，泄漏到大气圈中的氢气会 与大气中的臭氧反应，破坏对人类起保护作用的臭氧层。因此，应加强与氢安全相关的氢检 测传感器技术、潜在事故情景处理技术等研究。

有效鼓励企业参与氢能和燃料电池技术的产业化和市场化开发 按照市场经济的运行规律， 氢能和燃料电池技术只有在技术成熟、 具价格竞争力的情况 下才能占领市场， 取代传统的化石燃料和一些利用效率相对较低的能源转化方式。

企业有效 参与才有可能开发出具价格竞争优势的氢能制备、储存、运输和应用技术，同时这也是决定 氢能最终替代传统化石能源的关键。

政府补贴促进氢能利用 要促进氢能的社会化利用， 需要向公众宣传氢能的优点和使用安全性， 促进公众对氢能 的了解和利用。同时，国家应出台更有效的激励政策，比如，国家应对氢能利用予以政府补 贴，这样才能有效促进氢能的研发和系统应用。

第五章 中国氢能行业市场竞争态势分析 第一节 中国燃料电池行业国际竞争力分析 一、国际竞争力分析 在一些较为成熟的技术路线上，以氢能为主的燃料电池汽车已经开始销售。例如，2008 年 6 月 17 日， 全球第一款用于大规模生产的氢燃料电池汽车开始从日本本田公司出厂销售。

2008 年 10 月 21 日，美国通用汽车公司在北京“水立方”附近举行了氢燃料电池汽车的中 国首发仪式。从综合性能、乘驾体验看，这两款汽车优于大部分汽油车。从环保效果看，其 排放物仅仅是水，而且噪音极低。这些新能源汽车有极为广阔的市场前景。

“身强力壮”的私营工业部门对日本、美国、印度燃料电池汽车产业的崛起将发挥关键 作用。相比之下，我国最大的私营企业年产值不过 100 多亿美元，而且没有进入产品线极为 复杂的重工业部门。

即将到来的全球新能源产业革命、 全球燃料电池汽车产业革命将引发数 万亿美元的庞大市场竞争。

为了赢得竞争优势， 我国也要在相关产业部门扶持像印度塔塔集 团那样的大型私营高科技工业企业，促进其在全球能源、汽车市场快速崛起。

二、国家产业政策分析 在我国，燃料电池汽车是“十五”期间全国 12 个重大研究专项之一。其中，质子膜关 键技术被列为山东省第一号科技攻关项目， 取得了重大科研突破。

辽宁新源动力股份有限公 司承接国家 863 重大科研项目，研制了 200、110、60、30、10、5KW 燃料电池系统、燃料 电池电站、便携式电源等。

三、竞争优、劣势分析 我国燃料电池行业的发展具有三大优势。第一，庞大的市场。我国即将成为全球最大的 汽车制造、消费国，汽车行业应用燃料电池技术的空间很大，我国大量手机基站、笔记本电 脑、机电设备等今后也可应用燃料电池能源。第二，科研人力资源丰富。我国公开燃料电池 专利申请的大学、科研院所数量远远超过日韩、欧美地区。我国本土燃料电池发明专利一半 以上来自这类科研单位。这表明，我国科研单位有大量燃料电池科研人才。第三，原材料丰 富。例如，在氢燃料电池的应用方面，仅宝钢等上海公司的工业副产氢每年可满足 10 万辆 燃料电池汽车使用，全国炼焦行业副产氢每年可供 4000 万辆燃料电池汽车使用。

不过，尽管有上述优势，我国燃料电池行业的发展较为落后，专利产量也很低，公开相 关专利超过 100 件的企业仅有一家，超过 10 件的也不超过 20 家。例如，国内著名燃料电池 企业武汉理工新能源公司、江苏华源氢能公司、北京金能燃料电池公司、北京飞驰绿能电源 公司、上海攀业氢能源科技公司分别仅公开相关专利 1、3、5、9、10 篇。上市公司，如做 离子膜的佛山塑料集团股份有限公司、 做质子膜的上海同济科技实业股份有限公司分别公开 相关专利文献仅 14、20 篇。香港上市的山东东岳集团虽然突破了国外技术壁垒，在核心技 术上取得了重大创新，但是公开的相关专利申请也很少。

在燃料电池领域，我国仅有少数企业公开的专利接近或者超过 100 件。例如，辽宁新源 动力公司、上海燃料电池汽车动力系统公司、上海神力科技公司公开的相关专利分别为 91 件、97 件、310 件。

相比之下，日、韩、欧、美地区在华公开燃料电池专利超过 100 件的企业超过 10 家， 超过 400 件的企业超过 4 家。

大企业主导的国外来华专利申请已经在数量上远远超过我国科 研单位主导的本土专利申请。

第二节 中国燃料电池行业竞争态势预测 我国的燃料电池研究始于 1958 年， 经过 50 余年的积累与发展， 已形成了一支学科专业 较为齐全的研究与开发队伍，尤其在 PEMFC 方面总体水平与先进国家的差距正在缩小，同 时我国燃料电池汽车研发也已进入世界先进行列。2009 年中国燃料电池用新型质子交换膜 的研发成功， 其作为制备燃料电池的关键材料之一， 也是影响燃料电池性能和成本的主要因 素之一， 为我国开发新型燃料电池打下了良好的基础， 对推动燃料电池的发展具有重要意义。

然而我国目前在燃料电池技术总体水平上与国际先进水平还有很大差距， 要想迎头赶上， 必 须找到适合本国国情的最佳切人点， 3E 性能方面都是最合理 的燃料链。

从短期来看， 燃料电池可能最先会在移动电源领域取得商业化的成功。

随着各项科技的 进步， 种类繁多的便携式电子用电设备让人目不暇接， 传统电池容量的提高与电子设备节电 设计也不能满足人们对于功能强大的电子设备的耗电需求， 质子交换膜燃料电池和直接甲醇 燃料电池将会在这一领域大有作为。作为移动电话、个人数字设备(PDA)、便携式摄像机、 笔记本电脑、电动玩具等的电源，燃料电池将开创一条商业化应用的道路。尽管这几年来不 断有公司宣布开发出新的燃料电池原型， 但它们都离实用化或商用化还有不小的距离， 最大 的一个问题是体积还太大， 完全无法满足当今消费市场对更轻更薄更小便携式电子设备的需 求趋势， 其次用来制造燃料电池的原料还太昂贵， 而处理燃料电池使用过程中产生的副产品 水的方式还难以走进商用市场。

不过燃料电池依然成为业界最为看好的下一代可商用大容量 电池之选， 且很明显将成为下一波便携式电子产品的卖点之一， 因此中国的相关便携式消费 电子产品制造商应及早做好相应的竞争准备工作。

从长远看来，随着能源紧张、油价攀升，环境污染严重，节能环保成为人类不懈努力的 方向。燃料电池以其效率高、零污染、使用方便等特点进入人类的视野，在诸多领域的应用 也应运而生，成为人们关注的热点。在庞大的市场、科研资源丰富及原材料丰富的三大优势 下， 我国燃料电池行业的科研及应用将取得飞快的发展速度， 燃料电池的需求也将会突飞猛 进。不久，燃料电池在价格上将具备与内燃机竞争的能力。届时，美国市场上以燃料电池为 动力的机动车将占美国汽车市场 4%的份额，日本和西欧燃料电池汽车将分别占市场份额的 4.5%和 3.7%， 到 2013 年预计市场价值将达 456 亿美元。

全球静止式燃料电池市场将从 2008 年 20 亿美元增大到 2013 年 100 亿美元，便携式燃料电池 2013 年市场将达 250 亿美元，汽 车燃料电池市场将从 2008 年 6 亿美元增大到 2013 年 100 亿美元。到 2020 年，燃料电池汽 车将占世界汽车市场的 25%。由此可见，燃料电池作为继水力、火力、核能之后新一代能源 技术，其广阔的应用前景不容忽视。

第六章 氢能源行业投资分析 第一节 氢能源投资动态 一、氢能源设备投资 2009 年全球氢能源设备投资超过 28 亿美元，预计 2012 年达 55 亿美元的规模，未来五 年的年复合增长率达 27%。

二、美国 12 亿美元投资氢能源 早在 2003 年，美国为发展氢能源作动员，以缓解石油紧缺给工业和生活带来的压力， 实现能源供应的自给自足，投资 12 亿美元启动自由燃料和自由汽车计划。

三、氢能源概念股投资看好 氢是一种极为优越的新能源，其主要优点有，燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约 为汽油的 3 倍，酒精的 3.9 倍，焦炭的 4.5 倍。燃烧的产物是水，世界上最干净的能源。

资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演义了自然物质循环利用、 持续发展的经典过程。适用范围广，氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船、可发电， 又可用于分布式电源等其他场合，如可以代替煤气、暖气、电力管线而走进家庭生活。国际 上认为氢能将是本世纪汽车最理想的能源，也是人类长远的战略能源。因此，氢能源概念股 的炒作题材将远远胜于光伏和乙醇汽油概念， 其取之不尽、 用之不竭的优势决定了氢能源概 念股具有无限想象空间。

第二节 氢能源产业投资分析与预测 一、氢能源领域投资尚须引导 计算表明:要使美国 40%的汽车使用氢燃料电池， 总投资将超过 5 万亿美元。

加州计划 2010 年以前建设 150-200 个加氢站，每个造价高达 50 万美元，全美 100775 个加油站哪怕只改造 25%，也需要 130 亿美元。壳牌公司估计，欧洲氢燃料车比例仅达到 2%，就需要投资 200 亿美元。

显然， 更加现实的途径是逐步引导。

从 30 年前率先推出无铅汽油起， 美国经济增长 160%， 汽车行驶里程增加 120%，但车辆污染物排放下降了 600%。自 1990 年以来，加拿大 GDP 增 长 17.2%，而能源消费仅增长 10%，工业能源效率年均提高 0.9%。目前德国已超过美国，成 为世界头号风力发电大国，西班牙也位居第三。这些都主要是市场引导的结果。

二、氢能源将成为投资热点领域 随着全球能源紧缺的呼声日渐高涨， 在美国全国氢能源协会的牵头下， 包括通用、 丰田、 本田、奥迪及大众在内的全球五大知名汽车生产商联手发起了一项 “全球向氢能源奋进” 的活动， 同时推出了各公司最新的氢能源动力车， 从而使席卷全球的能源革命运动再掀高潮。

三、氢能源产业中蕴含着中长期投资机会 能源危机让许多国家开始实施能源多样化战略， 加大新能源研发力度， 探索代替石油的 能源和技术。而在各种新能源中，氢能源目前被认为最有可能进入实用领域，它具备了成为 投资者追捧的“明星”潜质。

高发热值、零排放是氢能最大的特点。它的发热值是汽油发热值的 3 倍，但它燃烧时所 得产物是水，没有任何污染， ，自然界 不存在纯氢，必须从含氢的物质中制得，而它的来源广泛，可以从化石能、核能、可再生能 源中制取，有利于摆脱对石油的依赖。

氢能源既可以通过燃烧产生热能， 又可以作为能源材料用于燃料电池， 或转换成固态氢 用作结构材料，同时它还能以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用 环境的不同要求。

在现有的科技水平下，除氢能之外，其他不依赖于化石燃料的替代能源各有其局限性。

理论上说，可控核聚变可以永久地解决人类能源问题，但是，核聚变发电在技术上还有很大 障碍，而且难以解决交通和工业所必需的可移动性能源问题。

而生物能源所需要的相关植物的种植要占用大量土地， 受种植规模的限制， 生物能源总 量较少。水库水力发电、风力发电、太阳能发电和潮汐发电都属于可再生能源，但都有间歇 性、难以储存和携带等缺陷，且受到客观条件的限制，难以成为主流能源。

此外， 眼下政府实行的节能减排政策也为氢能源成长提供了良好的环境。

这进一步推动 了氢能在中国的发展。

四、氢能源产业投资需谨慎而为 当然，目前氢能源发展也面临着一些问题。从技术上看，制氢的方法很多，有的相对已 经成熟，但一切仍处于示范之中。哈尔滨工业大学教授孙克宁担忧，氢能大面积的使用还存 在一定难题， 用太阳能、 风能、 水能、 海洋能等可再生、 无污染资源转化成氢， 成本也很高， 但是不排除将来成本降低的可能， 如果成本降低到与升高的石油价格相接近的程度， 那么以 氢燃料为动力就会普及和商业化。

另外， 北京理工大学教授刘福水对于降低氢能成本也提出了自己的看法， 他认为如果要 发展氢能源经济，其实中国已有足够的条件。氢燃料可以有多种来源，如碳氢化合物裂解、 电解水制氢、工业副产氢等。中国地域辽阔却统一时区，使电力系统呈现用电的峰谷差明显 的特点，用电高峰期缺电，用电低谷期电力富余， “谷电”不但浪费，而且对电站是一种 危害。因此，利用“谷电”制氢是平衡电能、获得廉价氢能的有效措施，是中国理想的氢能 源经济模式。

第七章 氢能利用发展前景分析及预测 第一节 气体能源时代氢能前景预测 一、氢能源市场前景广阔 氢能源以它特有的清洁环保概念， 为我们描述了一个可持续发展的美好前景， 其中氢燃 料的制取、存储以及相关专用燃料电池将成为未来氢能源发展的重点。

氢能源的提炼成本跟汽油大致相当， 这为它替代石油改变未来世界格局提供了经济价值 基础。氢能源目前最大的问题是储运成本高于汽油 4 倍，而氢的燃烧效率又比石油高一倍， 如与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达 60-80%，是内燃机的 2 至 3 倍。所以目 前只要将氢的成本降低一倍，就能让氢动力应用处于经济性许可范围内了。目前，德国通过 电解水利用可回收能源制造氢，日本对氢技术提出了雄心勃勃的计划，到 2020 年投资预算 将达到 40 亿美元，冰岛和壳牌石油，戴姆勒—克莱斯勒汽车公司以及挪威水力发电建立了 独特的合作联盟，发起全球第一个氢经济计划，在今后 40 年内用氢能源取代石油。

二、氢能源将取代石油 随着能源危机的日益凸现， “氢能源”取代“石油能源”成为一种趋势。国际上通行的 制氢方法不外两种：一种是利用煤炭、石油、天然气等炭氢化合物制取，但这些都是不可再 生能源；另一种是直接利用水制取，氢燃烧后又与空气结合变回纯净水，这是自然物质循环 利用、持续发展的典型过程，可谓取之不尽、用之不竭。而且氢是一种可以储存的能源，如 果利用丰富的电能实现电解水制氢，可建独立的氢供应站，不必区域联网，不需要庞大的基 础设施，也不像风力、地热、潮汐等能源受地域限制。

国际上以氢为燃料的 “燃料电池发动机” 制造技术， 近年来有重大突破， 日益成熟起来， 成为推动“氢经济”发展的发动机。

三、氢能源——21 世纪的市场热点 越来越多的国家开始将开发氢能列为重要的新能源项目， 并在政策上予以支持。

美国能 源部下属的国家实验室已决定同企业合作，重点是开发高效率、低成本生产氢的工艺。日本 工业技术院从 1995 年起开始由政府提供资金研究以氢气取代城市煤气，其长远目标是逐渐 减少对进口石油、天然气的依赖。日本政府的另一层意图是，通过氢能的开发和应用，培育 一个在 21 世纪大有作为的新兴产业和相关的服务业。日本产业界相信，进入 21 世纪后，氢 能生产设备将逐步成为市场热点，其潜在市场规模将达数百亿美元以上。

四、从车展看氢能源发展前景 北京车展吸引了全世界汽车厂家的眼光， 参观者更是摩肩接踵。

一座由公司与清华合作 的加氢站在北京正式投入营运。这是中国首座加氢站。

BP 公司在氢能领域的快速发展，给人们一个极大的启示，将来氢的价格可能和汽油的 价格持平。随着技术和生产工艺的进步，提取氢能的成本将逐渐降低。目前，BP 每天生产 5000 吨氢，其出厂前的成本已与常规汽油相差无几。

对于发展氢能源所要付出的经济成本， 目前是专家争论的焦点， 各方很难达成一致的观 点。一部分观点认为，发展氢能与氢经济需要大规模建设氢能源的生产、销售和运输等基础 设施，这是不现实的，而且成本太高。目前氢能的生产成本是汽油的 4 至 6 倍，其运输、存 储、转化过程的成本也都较化石能源高。以汽车来说，消费者希望氢能要提供至少与目前化 石体系相当水平的服务，要求燃料补充站点密布，每补充一次燃料汽车可行驶 500 至 600 公里，一次燃料补充可在 3 至 5 分钟内完成，价格也与汽油相当，而现在的氢能体系还远远 不能满足上述要求，从价格到服务，氢能都无法与化石能源竞争。

其实，如果采用集中式氢能生产，那么现有的输送管道一般能转用于输送氢能。现在一 些新建的管道已经配备了输送氢能所需的合金、 阀门和密封塞。

其他新建管道未来可以兼容 输送氢气，而且也不会增加额外的成本。转换天然气管道用于输送氢气，并不存在预想的特 殊安全问题，目前已经有一个长度为 320 多公里的原油输送管道被用来提供氢能服务。

氢在使用和储运中是否安全可靠，也是人们普遍关注的安全问题。部分观点认为，氢的 独特物理性质决定了其不同于其他燃料的安全性问题，如更宽的着火范围、更低的着火能、 更容易泄漏、更高的火焰传播速度、更容易爆炸等。20 世纪 80 年代末，德国、英国和日本 三国的三个大汽车公司， 对汽车氢燃料的使用作过试验， 并进行了评估。

三家公司一致认为， 氢能燃料和汽油一样安全。即使撞车起火燃烧，至多也不过发出一阵冲天大火，很快就烧完 火灭。对氢的安全性产生疑问的地方主要集中在三个面。一是由于氢气太轻，体积太大，占 车内空间太多。二是氢燃料"逃逸"率高，即使是用真空密封燃料箱，也以每 24 小时 2%的速 率"逃逸"，而汽油的一般每个月才"逃逸"1%。三是加注氢燃料比较危险，也很费时，一般需 要 1 个小时，而且液氢温度太低，只要一滴掉在手上就会发生严重冻伤。事实上，任何燃料 都有危害，但氢的危害不同，它比那些碳氢化合物燃料更易处臵。虽然氢爆炸的可能性也很 大，但引爆需要至少两倍于天然气的氢混合物。像其他燃料一样，只要使用得当，氢是安全 的。

不过， 氢动力汽车的大规模商业应用还需要大约 15 至 20 年的时间。

通用汽车宣称将会 将燃料电池汽车大规模投放市场。丰田汽车指出氢燃料汽车的大规模市场应用可能还需要 25 年的时间。无论怎样，今天汽车制造商正投入数十亿美元进行氢能技术的开发。一些公 司也在从事投资规模较小的氢动力内燃机车的研发工作。

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BP 公司在氢能领域的实践向世人展示了美好的图画，氢能和氢经济为未来人类解决能 源短缺有着令人振奋的前景， 但要使这些蓝图真正成为现实， 还是面临着一系列问题需要科 学家、研究人员和各国政府部门等来共同来完成。 第二节 我国发展氢能源行业 SWOT 分析 一、Strength 分析 我国氢的来源极为丰富，技术水平也有了一定的基础，水电解制氢、生物质气化制氢等 制氢方法， 现已形成规模。

其中低价电电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方 法。另外，用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改 装即可使用，这可以降低氢能应用成本。由此，我国发展氢能源优势可见一斑。

二、Weakness 分析 任何事物的发展都具有两面性。在看到优势的同时，我们也要看到它所面临的困难。大 量廉价氢的生产是实现氢能利用的根本。

目前， 廉价的制氢技术和安全可靠的贮氢和输氢方 法是两大核心问题。

获取氢需要消耗大量的电能将氢和氧进行分离， 制备 1 升液氢约需消耗 电能 3kwh，而直接从天然气中获取氢，需耗汽油，每公里要排放约 16 克二氧化碳，普通汽 油车每公里排放 260 克二氧化碳，能耗过高。因此，欲获得大量廉价的氢能，将取决于是否 能实现低能耗低成本的规模制氢方法。

虽然，在交通运输方面，美、德、法、日等汽车大 国早已推出以氢作燃料的示范汽车，并进行了几十万公里的道路运行试验。其中美、德、法 等国是采用氢化金属贮氢，而日本则采用液氢。试验证明，以氢作燃料的汽车在经济性、适 应性和安全性三方面均有良好的前景， 但目前仍存在贮氢密度小和成本高两大障碍。

前者使 汽车连续行驶的路程受限制， 后者主要是由于液氢供应系统费用过高造成的。“生态氢能” 的关键并不是技术，而是成本。就环境保护和市场需求而言，洁净和成本是二个关键参数， 光有洁净而成本过高就没有市场，很难推广。因此，要实施这一战略，就必须有目的地降低 成本。

每百公里所加注氢的价格与汽油价格要尽可能接近， 否则该技术只能永远停留在实验 室或样车阶段。当然，氢能的使用还有其他方面的问题，如作为基础设施的氢加注站。

三、Opportunity 分析 我们必须找到一种储量大、后续性强、热效率高、储存形式多的环保型清洁能源，氢能 源正是这样一种优质能源。

在石化燃料日益减少的情况下， 我国能源本来就不占优势再加之 人均资源占有不足， 这就势必要求我国必须比其他国家更重视后续能源的开发利用， 而汽车、 飞机、轮船等机动性强的现代交通工具只能采用“含能体能源” ，所以氢能源无疑成为一个 新兴的热点。

四、Threat 分析 如果氢能源完全取代了矿物燃料， 10-20%的氢可能会在车辆或发电站的输送管道、 贮藏 设备、处理设备和燃料电池中泄漏。氢分子重量轻，极易向天空扩散，大量使用氢燃料后， 在使用过程中释放出氢分子与自然环境中的氢分子加在一起， 数量将是原来的 3 倍。

它们升 到平流层后会被氧化形成水。

这将降低平流层的度并干扰臭氧层的化学物质， 令北极与南极 上空的臭氧层空洞增大，损害面积甚至将达 8%。因此，随着氢能研究的深人进行，我们必 须用全程评价法来看待氢能源，不能只一味地强调技术，还必须综合考虑其他因素。 

中国锂铁电池... 第一章 铅酸电池产品概述第一节 产品定义、性能第二节 应用分析第二章 国外铅酸电池行业现状分析第三章 中国铅酸电池... 本报告主要分析了中国氢能产业的发展情...

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