中國儲能網(wǎng)訊：近日，德國氫能研究網(wǎng)絡(luò)發(fā)布?xì)浣?jīng)濟(jì)價(jià)值鏈研發(fā)需求的專家建議報(bào)告，針對氫能價(jià)值鏈各環(huán)節(jié)提出了未來主要研發(fā)需求，包括如下領(lǐng)域：氫及氫基產(chǎn)品生產(chǎn)；基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)集成；氫能應(yīng)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(wǎng)絡(luò)由聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)與能源部（BMWi）組建，是德國國家氫能戰(zhàn)略提出的行動(dòng)之一，涵蓋了德國氫能價(jià)值鏈相關(guān)的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界專家。具體研發(fā)需求如下：
一、氫及氫基產(chǎn)品生產(chǎn)
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(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，以及改進(jìn)電解槽設(shè)計(jì)；②堿性膜電解槽（AEMEL）制氫需進(jìn)一步開發(fā)組件（膜、催化劑），提高長期穩(wěn)定性，并擴(kuò)大電堆和系統(tǒng)規(guī)模；③質(zhì)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(chǎn)和回收的問題；④固體氧化物電解槽和質(zhì)子陶瓷電解槽等高溫電解槽需進(jìn)一步研發(fā)可提高功率密度、耐久性和壽命的材料，擴(kuò)大電堆規(guī)模并開發(fā)全自動(dòng)生產(chǎn)工藝。
2、通過替代工藝制綠氫。光電化學(xué)、光催化、太陽能熱化學(xué)、光生物等制氫方法尚處于低技術(shù)成熟度（TRL）階段，需進(jìn)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(kuò)展的電解槽和反應(yīng)器概念；③優(yōu)化光電化學(xué)系統(tǒng)；④優(yōu)化太陽能熱化學(xué)系統(tǒng)的集熱器或熱回收等。
3、生物質(zhì)和生物殘余物制綠氫。涉及生物質(zhì)發(fā)酵、重整、氣化和等離子體技術(shù)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(tǒng)相結(jié)合，需研究將此類系統(tǒng)擴(kuò)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(shù)。
4、藍(lán)氫和藍(lán)綠氫生產(chǎn)。藍(lán)氫由結(jié)合碳捕集與利用（CCU）的化石燃料制氫得到，藍(lán)綠氫由天然氣或生物基甲烷熱解產(chǎn)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(kuò)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(guān)工藝。
5、氫基副產(chǎn)品生產(chǎn)。研發(fā)氫或合成氣生產(chǎn)可持續(xù)合成原料及燃料的技術(shù)，包括甲烷、甲醇、氨、烯烴和醚等。需優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，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(xué)合成、太陽能熱合成、光化學(xué)合成和生化合成等。
二、基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)集成
1、公路、鐵路和航運(yùn)的氫能基礎(chǔ)設(shè)施。①開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的氫氣運(yùn)輸技術(shù)，如液氫、壓縮氫、合成燃料、液體有機(jī)氫載體（LOCH）、金屬及其氫化物、氨等；②進(jìn)一步開發(fā)和優(yōu)化移動(dòng)式儲氫、加氫技術(shù)/工藝；③開發(fā)公路、鐵路和航運(yùn)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(zhì)量保證方法。
2、管道分配網(wǎng)絡(luò)。①進(jìn)行材料研究以確定和開發(fā)用于管道、配件和系統(tǒng)的氫氣兼容材料，同時(shí)考慮主要負(fù)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(xiàn)有氫氣管線的涂層工藝；③開發(fā)從傳統(tǒng)天然氣網(wǎng)絡(luò)到氫氣網(wǎng)絡(luò)的安全轉(zhuǎn)化過程和策略，包括轉(zhuǎn)化為純氫網(wǎng)絡(luò)和向天然氣中摻入氫氣；④開發(fā)氣體質(zhì)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(shí)進(jìn)行氣體檢測。
3、管道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。①進(jìn)行材料研究以確定和開發(fā)用于管道、配件和系統(tǒng)的氫氣兼容材料，同時(shí)考慮壓力和溫度循環(huán)參數(shù)以及氫滲透；②進(jìn)一步開發(fā)氫氣壓縮（機(jī)械和電化學(xué)方法）、氣體處理、傳感器、測量技術(shù)；③開發(fā)滿足大流量氫氣輸送的氫氣壓縮及其驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
4、中大型儲氫。①開發(fā)地質(zhì)儲氫設(shè)施，考慮微生物學(xué)、適應(yīng)性測試、氣體凈化等方面；②開發(fā)和測試儲氫系統(tǒng)的運(yùn)行策略，以適應(yīng)熱力學(xué)特性等動(dòng)態(tài)變化；③進(jìn)一步開發(fā)高壓儲氫、固體儲氫、液體儲氫、化學(xué)儲氫技術(shù)以及多模式儲氫方案，以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴鸩⒔档统杀?。
5、整體系統(tǒng)建模與集成。①開發(fā)集成系統(tǒng)的規(guī)劃仿真工具，考慮供應(yīng)安全、經(jīng)濟(jì)效率、可持續(xù)性和彈性等因素，并進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建模；②開發(fā)將所有能源部門與氫能基礎(chǔ)設(shè)施分散耦合的技術(shù)和概念，同時(shí)考慮分布式氫氣轉(zhuǎn)化利用方法（如氫能熱電聯(lián)產(chǎn)）；③氫輸送和分配網(wǎng)絡(luò)的開放科學(xué)建模，并優(yōu)化各供能部門（電力、氫、綠色碳?xì)浠衔?、供熱等）與用能部門（交通、物流、工業(yè)、貿(mào)易、建筑）之間的耦合建模；④制定轉(zhuǎn)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(yīng)用
1、用于工業(yè)原料，尤其是金屬冶煉。①用于生產(chǎn)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(chǎn)中原材料對產(chǎn)品特性和工藝條件的影響；③系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)品質(zhì)量、污染物排放、傳熱、效率、系統(tǒng)輸出的影響研究。
3、固定式應(yīng)用。（1）商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用：①優(yōu)化氫燃燒（尤其是純氫）的運(yùn)行管理，開發(fā)燃燒過程監(jiān)控；②燃料電池應(yīng)用，需擴(kuò)大至大規(guī)模工業(yè)化，開發(fā)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、互操作系統(tǒng)技術(shù)等。（2）家庭應(yīng)用：①開發(fā)供暖、通風(fēng)和空調(diào)相關(guān)應(yīng)用；②進(jìn)行真實(shí)條件下的現(xiàn)場測試。
4、移動(dòng)式應(yīng)用。（1）乘用車應(yīng)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(tǒng)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(yùn)營策略、混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、總擁有成本研究。（2）卡車應(yīng)用：①整體傳動(dòng)系統(tǒng)及車輛的優(yōu)化，包括運(yùn)行/混合動(dòng)力策略、冷卻系統(tǒng)等；②儲氫及加氫技術(shù)；③開發(fā)（近）零排放內(nèi)燃機(jī)概念；④效率優(yōu)化研究，包括內(nèi)燃機(jī)的摩擦學(xué)、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(yùn)輸應(yīng)用：①研究與氫能經(jīng)濟(jì)相關(guān)的鐵路特定要求；②改裝現(xiàn)有列車以及新列車裝備氫動(dòng)力系統(tǒng)的方法和技術(shù)；③列車動(dòng)力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和混合能量管理的仿真方法。（4）航運(yùn)應(yīng)用：①不同動(dòng)力系統(tǒng)的比較研究；②氫動(dòng)力船舶示范；③活塞發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)用：①提升燃料電池及其系統(tǒng)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(tǒng)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(yàn)證性研究；⑤燃料（氫氣、電力轉(zhuǎn)換燃料等）的供應(yīng)、加注技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)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(shù)），傳感器的選擇、組合和分布；②保護(hù)概念研究，制定特定保護(hù)措施和保護(hù)區(qū)域指南（尤其針對液氫），開發(fā)定量風(fēng)險(xiǎn)評估（QRA）工具；③事故研究，增強(qiáng)對事故場景的理解，開發(fā)各種保護(hù)措施的風(fēng)險(xiǎn)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(kuò)展現(xiàn)有或開發(fā)新的測試概念和測試基礎(chǔ)設(shè)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(yù)測與氫氣接觸部件的使用壽命；⑤將增材制造技術(shù)用于組件生產(chǎn)。
2、標(biāo)準(zhǔn)化。①制定標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，確定在國際競爭中的行動(dòng)框架，并為未來技術(shù)創(chuàng)造有利于創(chuàng)新的條件；②產(chǎn)品的認(rèn)證和批準(zhǔn)，為產(chǎn)品的認(rèn)證、驗(yàn)收和批準(zhǔn)制定技術(shù)和監(jiān)管框架，審議風(fēng)險(xiǎn)評估方法，并將測試與模擬相結(jié)合。
3、接受度。①專業(yè)人員的基礎(chǔ)和高級培訓(xùn)，對氫能安全知識進(jìn)行社會宣傳，制定教育戰(zhàn)略，設(shè)計(jì)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；②為氫能相關(guān)負(fù)面輿情個(gè)案制定溝通策略；③目標(biāo)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(fēng)險(xiǎn)模型以分析風(fēng)險(xiǎn)的可接受標(biāo)準(zhǔn)；⑤氫能用于能源和交通的轉(zhuǎn)型研究。
4、可持續(xù)性。①通過生命周期分析進(jìn)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(jìn)一步制定社會標(biāo)準(zhǔn)并創(chuàng)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)集以對技術(shù)進(jìn)行評估；④經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)和資源方面考慮整個(gè)價(jià)值鏈的項(xiàng)目模式；②將循環(huán)經(jīng)濟(jì)整合到商業(yè)模式概念中；③加強(qiáng)非技術(shù)領(lǐng)域的跨學(xué)科研究方法，如教育學(xué)家的參與；④技術(shù)工人的基礎(chǔ)和高級培訓(xùn)；⑤公民參與和繼續(xù)教育；⑥開發(fā)利益相關(guān)者可訪問的開放數(shù)據(jù)庫。
