中國儲能網訊：近日，德國氫能研究網絡發(fā)布氫經濟價值鏈研發(fā)需求的專家建議報告，針對氫能價值鏈各環(huán)節(jié)提出了未來主要研發(fā)需求，包括如下領域：氫及氫基產品生產；基礎設施和系統集成；氫能應用；氫能安全性、接受度和可持續(xù)的市場部署。德國氫能研究網絡由聯邦經濟事務與能源部（BMWi）組建，是德國國家氫能戰(zhàn)略提出的行動之一，涵蓋了德國氫能價值鏈相關的學術界和產業(yè)界專家。具體研發(fā)需求如下：
一、氫及氫基產品生產
1、電解制綠氫。①堿性電解槽（AEL）需研發(fā)適用于高壓和高溫的材料及組件并實現批量生產，以及改進電解槽設計；②堿性膜電解槽（AEMEL）制氫需進一步開發(fā)組件（膜、催化劑），提高長期穩(wěn)定性，并擴大電堆和系統規(guī)模；③質子交換膜電解槽（PEMEL）需減少稀有金屬用量或開發(fā)替代材料，并解決工業(yè)生產和回收的問題；④固體氧化物電解槽和質子陶瓷電解槽等高溫電解槽需進一步研發(fā)可提高功率密度、耐久性和壽命的材料，擴大電堆規(guī)模并開發(fā)全自動生產工藝。
2、通過替代工藝制綠氫。光電化學、光催化、太陽能熱化學、光生物等制氫方法尚處于低技術成熟度（TRL）階段，需進一步提高效率和長期穩(wěn)定性，包括：①開發(fā)高效和穩(wěn)定的材料；②開發(fā)低成本可擴展的電解槽和反應器概念；③優(yōu)化光電化學系統；④優(yōu)化太陽能熱化學系統的集熱器或熱回收等。
3、生物質和生物殘余物制綠氫。涉及生物質發(fā)酵、重整、氣化和等離子體技術等，需開發(fā)低成本的原料來源，并與碳捕集、利用和封存（CCUS）系統相結合，需研究將此類系統擴展到工業(yè)規(guī)模的方法以及氫氣的高效分離和提取技術。
4、藍氫和藍綠氫生產。藍氫由結合碳捕集與利用（CCU）的化石燃料制氫得到，藍綠氫由天然氣或生物基甲烷熱解產生，所需能量由可再生能源提供。需通過研發(fā)將熱解工藝擴大為示范規(guī)模，并開發(fā)CCU工藝和CO2永久安全封存的相關工藝。
5、氫基副產品生產。研發(fā)氫或合成氣生產可持續(xù)合成原料及燃料的技術，包括甲烷、甲醇、氨、烯烴和醚等。需優(yōu)化現有技術以實現大規(guī)模經濟生產，開發(fā)新的顛覆性工藝，如甲烷、甲醇、氨和二甲醚的直接電化學合成、太陽能熱合成、光化學合成和生化合成等。
二、基礎設施和系統集成
1、公路、鐵路和航運的氫能基礎設施。①開發(fā)經濟、高效、環(huán)保的氫氣運輸技術，如液氫、壓縮氫、合成燃料、液體有機氫載體（LOCH）、金屬及其氫化物、氨等；②進一步開發(fā)和優(yōu)化移動式儲氫、加氫技術/工藝；③開發(fā)公路、鐵路和航運的儲氫壓力容器安全評估的新方法；④開發(fā)儲氫罐無損檢測方法（材料檢測）及氫氣質量保證方法。
2、管道分配網絡。①進行材料研究以確定和開發(fā)用于管道、配件和系統的氫氣兼容材料，同時考慮主要負荷（壓力和溫度循環(huán)）和氫滲透；②開發(fā)用于氣體分離的材料和用于升級現有氫氣管線的涂層工藝；③開發(fā)從傳統天然氣網絡到氫氣網絡的安全轉化過程和策略，包括轉化為純氫網絡和向天然氣中摻入氫氣；④開發(fā)氣體質量測量方法，用于監(jiān)測管線中的氣體混合比，并在可能發(fā)生泄漏時進行氣體檢測。
3、管道運輸網絡。①進行材料研究以確定和開發(fā)用于管道、配件和系統的氫氣兼容材料，同時考慮壓力和溫度循環(huán)參數以及氫滲透；②進一步開發(fā)氫氣壓縮（機械和電化學方法）、氣體處理、傳感器、測量技術；③開發(fā)滿足大流量氫氣輸送的氫氣壓縮及其驅動設備。
4、中大型儲氫。①開發(fā)地質儲氫設施，考慮微生物學、適應性測試、氣體凈化等方面；②開發(fā)和測試儲氫系統的運行策略，以適應熱力學特性等動態(tài)變化；③進一步開發(fā)高壓儲氫、固體儲氫、液體儲氫、化學儲氫技術以及多模式儲氫方案，以實現規(guī)模化部署并降低成本。
5、整體系統建模與集成。①開發(fā)集成系統的規(guī)劃仿真工具，考慮供應安全、經濟效率、可持續(xù)性和彈性等因素，并進行基礎設施建模；②開發(fā)將所有能源部門與氫能基礎設施分散耦合的技術和概念，同時考慮分布式氫氣轉化利用方法（如氫能熱電聯產）；③氫輸送和分配網絡的開放科學建模，并優(yōu)化各供能部門（電力、氫、綠色碳氫化合物、供熱等）與用能部門（交通、物流、工業(yè)、貿易、建筑）之間的耦合建模；④制定轉型戰(zhàn)略以及考慮不同情景和市場發(fā)展的路線圖。
三、氫能應用
1、用于工業(yè)原料，尤其是金屬冶煉。①用于生產還原過程所需的NH3和合成氣，以及用于捕集CO2的利用；②研究基于氫原料的生產中原材料對產品特性和工藝條件的影響；③系統集成研究，包括過程模擬、控制輸出、H2回收等。
2、提供工業(yè)過程熱和蒸汽。①系統部件和耐火材料研發(fā)；②在高溫工藝中使用氫氣代替天然氣/二次氣體；③產品質量、污染物排放、傳熱、效率、系統輸出的影響研究。
3、固定式應用。（1）商業(yè)和工業(yè)應用：①優(yōu)化氫燃燒（尤其是純氫）的運行管理，開發(fā)燃燒過程監(jiān)控；②燃料電池應用，需擴大至大規(guī)模工業(yè)化，開發(fā)運行狀態(tài)監(jiān)測、互操作系統技術等。（2）家庭應用：①開發(fā)供暖、通風和空調相關應用；②進行真實條件下的現場測試。
4、移動式應用。（1）乘用車應用：①開發(fā)H2燃燒過程的仿真模型；②燃料電池堆、儲氫罐系統和組件的工業(yè)化；③膜電極組件中稀有金屬的替代研究；④運營策略、混合動力系統設計、系統結構、總擁有成本研究。（2）卡車應用：①整體傳動系統及車輛的優(yōu)化，包括運行/混合動力策略、冷卻系統等；②儲氫及加氫技術；③開發(fā)（近）零排放內燃機概念；④效率優(yōu)化研究，包括內燃機的摩擦學、廢熱、直噴、燃燒過程研究，以及燃料電池組件優(yōu)化。（3）鐵路運輸應用：①研究與氫能經濟相關的鐵路特定要求；②改裝現有列車以及新列車裝備氫動力系統的方法和技術；③列車動力系統、冷卻系統和混合能量管理的仿真方法。（4）航運應用：①不同動力系統的比較研究；②氫動力船舶示范；③活塞發(fā)動機燃燒氫燃料研究，以及在船上制氫用于燃料電池；④氫與其他燃料混合使用。（5）航空應用：①提升燃料電池及其系統的功率/能量密度；②航空航天專用零部件研發(fā)；③熱力系統的開發(fā)和管理（包括液氫罐）；④飛行可靠性、使用壽命和可驗證性研究；⑤燃料（氫氣、電力轉換燃料等）的供應、加注技術和基礎設施研究。
四、氫能安全性、接受度和可持續(xù)的市場部署
1、氫能安全性。①泄漏監(jiān)測研究，開發(fā)區(qū)域監(jiān)測的創(chuàng)新方法（包括使用人工智能技術），傳感器的選擇、組合和分布；②保護概念研究，制定特定保護措施和保護區(qū)域指南（尤其針對液氫），開發(fā)定量風險評估（QRA）工具；③事故研究，增強對事故場景的理解，開發(fā)各種保護措施的風險降低潛力模型；④材料適用性和兼容性研究，制定安全選擇合適材料的指南，開發(fā)氫氣適用性和早期損壞檢測的測試流程，開發(fā)新材料概念，擴展現有或開發(fā)新的測試概念和測試基礎設施，以表征高溫下（氫氣燃燒、氫氣壓縮、高溫燃料電池、高溫電解槽等）的變形和損壞，開發(fā)材料模型預測與氫氣接觸部件的使用壽命；⑤將增材制造技術用于組件生產。
2、標準化。①制定標準化路線圖，確定在國際競爭中的行動框架，并為未來技術創(chuàng)造有利于創(chuàng)新的條件；②產品的認證和批準，為產品的認證、驗收和批準制定技術和監(jiān)管框架，審議風險評估方法，并將測試與模擬相結合。
3、接受度。①專業(yè)人員的基礎和高級培訓，對氫能安全知識進行社會宣傳，制定教育戰(zhàn)略，設計驗收標準；②為氫能相關負面輿情個案制定溝通策略；③目標群體的接受度研究，考慮生態(tài)和地緣政治問題，以及市場增長而引起的接受度變化；④建立風險模型以分析風險的可接受標準；⑤氫能用于能源和交通的轉型研究。
4、可持續(xù)性。①通過生命周期分析進行可持續(xù)性評估；②所有制氫路徑的溫室氣體排放和其他環(huán)境影響研究；③進一步制定社會標準并創(chuàng)建統一數據集以對技術進行評估；④經濟可持續(xù)性研究；⑤綠氫采購意愿研究。
5、商業(yè)模式。①確定在環(huán)境標準和資源方面考慮整個價值鏈的項目模式；②將循環(huán)經濟整合到商業(yè)模式概念中；③加強非技術領域的跨學科研究方法，如教育學家的參與；④技術工人的基礎和高級培訓；⑤公民參與和繼續(xù)教育；⑥開發(fā)利益相關者可訪問的開放數據庫。
