零碳科技：2025年氢能十大创新趋势

尽管面临高生产成本、基础设施限制和能源效率等挑战，但从 2025 年到 2028 年，制氢市场将以 10.3% 的复合年增长率 （CAGR） 增长。根据最近的数据，全球氢气产量为每年 7500 万吨纯氢和 4500 万吨混合气体。

2025 年的 10 大氢能趋势：

• 绿色氢能扩张

• 燃料电池

• 储氢创新

• 氢能运营中的AI

• 高级电解

• 碳捕集、利用和封存 （CCUS） 集成

• 氢气分配创新

• 远程氢能生产和微电网

• 蓝色氢能

• X 到 Hydrogen-到 X

1.绿色氢能扩张

根据 IEA 的一份报告，只有不到 1% 的制氢过程是低排放的。这导致了对绿色氢的需求。此外，减少对化石燃料依赖和脱碳目标的目标鼓励全球投资者支持绿色氢能的扩张。

从生产基础设施到存储和分发以及应用程序，每个阶段都可以看到扩展。英国的 ITM Power、德国的 Siemens Energy 和挪威的 Nel ASA 等公司正在研究生产绿色氢气的可扩展技术。

2024 年，西门子能源和液化空气等公司联合投资主要的绿色氢生产组合。

根据印度联邦 2025 年预算，印度政府为绿色氢能拨款 60 亿印度卢比，比去年增长了 100%。

麦肯锡最近的一项研究还表明，到 2050 年，对可再生能源的需求将扩大，以生产足够的绿色氢气。中国、印度、日本和韩国等多个国家拥有多个绿色氢能项目。此外，研究人员正在努力使用包括藻类在内的可再生资源来增加绿色氢气的生产。

目前，绿色氢市场价值 87.8 亿美元，到 2034 年将达到 1992.2 亿美元，复合年增长率为 41.46%。

Latent Drive 提供海水制氢电解槽堆栈

总部位于英国的初创公司 Latent Drive 开发了 SeaStack，这是一种直接从海水到氢气的电解槽堆栈。它是海上设施的理想选择，通过使用专有的 2 级水分解技术而无需海水淡化，它比传统电解槽捕获更多的机翼能量。SeaStack 在源头生产氢气，适用于波动的负载。Latent Drive 还为电解槽提供铂族无金属催化电极。催化电极结合了电极和催化剂的特性，由活性不锈钢组成。催化电极使绿色氢气的大规模生产成为可能。

2. 燃料电池

对氢燃料电池的需求正在上升，因为它们为脱碳提供了传统燃料的清洁高效替代品。运输、工业加工、炼油和钢铁等行业都使用氢气作为燃料来源。

研究人员正在研究氮掺杂催化剂技术，以提高氢燃料电池的商业化。他们还在开发将作为燃料电池反应催化剂的合金。该领域的创新之一包括镁铂合金纳米颗粒。此外，对用于催化剂的钯纳米片的研究导致了更高效的氢气生产。

2024 年，宝马启动了其氢动力 iX5 SUV 的全球试点计划。它配备了 401 马力的燃料电池系统，续航里程可达 500 公里。Plug Power、SFC Energy 和 MHI 是其他致力于燃料电池技术的公司。

从 2025 年到 2034 年，氢燃料电池市场预计将以 20.24% 的复合年增长率增长，达到 274.9 亿美元。

3. 储氢创新

储氢解决方案可用于固定式电源、便携式电源和运输。因此，研究和开发储氢方法以保持有利可图的氢气单位体积能量比至关重要。

随着氢气的安全运输变得越来越重要，对无爆炸、自通风 （TPRD-non） IV 型储存的研究正在加速。此外，在共价有机框架 （MSUCOM） 中结合的多结合位点和高熵合金等材料允许在室温下储存和运输氢气。

研究人员还采用密度函数理论 （DFT） 模拟来测试轻金属功能化硼单分子层用于储氢的效率。

随着英国、美国、德国、奥地利和瑞典开发创新解决方案，地下储氢的发展势头也越来越强劲。2024 年，Uniper 在德国的一个盐穴启动了储氢试点计划。同样，瑞典也建立了一个用于储氢的衬砌硬岩洞穴。

氢能存储市场到 2025 年将达到 187.8 亿美元，2025 年至 2034 年的复合年增长率为 7.01%。

H2MOF 支持固态储氢

总部位于美国的初创公司 H2MOF 提供低压和环境温度下的固态储氢解决方案。

这家初创公司利用人工分子机械和网状化学来开发具有高吸氢能力的固态纳米材料。它确保在低压下安全储存氢气，并实现较高的氢气充放电速率。

该存储系统解决了当前氢气压缩方法的成本和低效率问题，适用于长期氢气储存和长距离氢气运输。它还允许将氢气用作轻型车辆、重型车辆和船舶的燃料。

4. 氢能运营中的 AI

人工智能通过优化生产、储存、分销和安全，在氢经济中发挥着至关重要的作用。它还缓解了氢能综合能源系统的挑战。

此外，人工智能支持研究和开发具有优化特性的新型材料，从而提高制氢过程的效率。

Siemens 正在使用生成式 AI 来开发用于设计和自动化氢能工厂的工具。此外，欧洲海洋能源中心正在使用人工智能平台 HyAI 进行氢气储存和发电，该平台是 HyAI 2.0 项目的一部分。

Vireo Energy 提供氢气生产优化平台

澳大利亚初创公司 Vireo Energy 为绿色氢气生产控制和分析提供实时监督控制平台。

该平台通过自动化作、降低成本、管理承购和减缓膜降解，简化了绿色氢气生产设施的初始设置过程。

该平台还结合了数字孪生和 AI 驱动的预测。Vireo Energy 使用实时设施数据来决定高效的电解槽运营，并监控设施的排放和盈利能力。

5. 高级电解

电解是生产氢气的更清洁方法之一。使用可持续的电力来源进一步使其成为一个零温室气体排放的过程。碱性电解系统和可再生能源电网集成水电解系统等方法也越来越受欢迎。

此外，研究人员正在研究高熵合金，以取代铂作为电解过程中的催化剂。一个科学家团队最近开发了一种超高效的电解槽，利用可再生能源生产绿色氢气。

用于制氢的水净化会消耗大量能源。海水电解的进步使得使用不太澄清的水来制氢成为可能。

到 2030 年，用于制氢的专用电解市场容量将达到 230-520 GW，而 2022 年底为 1.4 GW。

Marine Dolphin 设计了阴离子交换膜 （AEM） 电解槽

总部位于美国的初创公司 Marine Dolphin 开发了一种阴离子交换膜电解槽技术，该技术可在将海水转化为氢能之前减轻海水淡化步骤。

这家初创公司没有使用双极板，而是使用大规模生产的材料来设计气体和复杂流体的通道。电解槽中的阳极具有高活性、耐腐蚀、完全选择性，并确保在海水中发生产生氧气的反应。阴极提高了产氢反应的电化学稳定性。

此外，这家初创公司使用单步电沉积反应和更具成本效益的材料来制造用于工业规模制氢的催化剂。

Avoxt 推进无膜电解槽技术

荷兰初创公司 Avoxt 创造了一种用于制氢的无膜电解槽，可降低氢气的平准化成本 （LCOH）。它迅速达到最高负载能力，并解决了绿色能源输入的波动挑战。无膜电解槽使用碱性技术来消除对铂和铱等昂贵催化剂的依赖。

由于没有膜，它比传统电解槽使用更少的能量来生产氢气。没有膜进一步降低了维护成本，因为更换损坏的膜成本很高。

6. 碳捕集、利用和封存 （CCUS） 集成

将 CCUS 整合到氢气生产中可以实现更清洁的制氢方式，这是必不可少的，因为大多数制氢方法都依赖于不可再生能源。这使得蓝色氢气的生产成为可能，同时减少了 CO2 排放。CCUS 集成的制氢工艺也有助于工业脱碳。

从 2023 年到 2032 年，全球 CCUS 市场将以 13.1% 的复合年增长率增长，到 2032 年将达到 103 亿美元。这也表明氢经济中 CCUS 方法采用的增长。

Hydrogen Canada实现无二氧化碳制氢

加拿大初创公司 Hydrogen Canada 生产不含 CO2 的氢气和氨，用于商业和工业应用，如精炼石油、处理金属、化肥和化学品。这家初创公司使用自热重整 （ATR） 工艺，通过部分氧化碳氢化合物原料来生产氢气和一氧化碳。

产生的 CO2 使用碳捕获厂储存在地下。这家初创公司将氢气转化为氨以实现高效运输。这种氨可直接用于煤炭混合燃烧和加注。脱氢后，它进一步适合用于氢气。

7. 氢气分配创新

氢气分配方法的进步至关重要，因为氢气的体积能量密度较低，并且其运输方式会进一步影响其质量。此外，更便宜和可获得的氢气分配方法使氢气作为清洁燃料在不同领域得到更广泛的采用和应用。

企业使用真空绝热的低温罐进行液氢分配。化学氢气载体也是在稳定环境中运输氢气的常用方法。先进的管道通过包括纤维增强聚合物在内的创新技术帮助运输氢气。此外，各国正在扩建氢气管道以确保高效分配。

从 2025 年到 2032 年，氢气管道市场将以 16.20% 的复合年增长率增长。

8. 远程氢能生产和微电网

氢基微电网独立于集中式电网工作，为偏远地区提供可再生电力。此外，氢基微电网是一种有效的储氢方法。城市氢能微电网进一步确保了高峰时段的稳定电力供应，并减轻了集中式电网的压力。

NTPC India 设计了一种基于太阳能氢的微电网系统，该系统独立运行，全年提供 200kW 的电力。研究人员还致力于远程制氢的创新，以满足欧洲运输部门对氢气日益增长的需求。

科学家们还在开发用于管理氢燃料微电网的能源管理系统 （EMS）。Green Hydrogen Systems 正在开发一种名为 HyProvide X-1200 的模块化大型高压氢电解槽，可在氢经济中实现远程控制作。

此外，Worley、ABB 和 IBM 共同构建了 Green Hydrogen in a Box 的概念。它允许公司远程快速建立氢能基础设施并满足工业能源需求。

LUX 促进现场清洁液氢生产

总部位于英国的初创公司 LUX 通过 T-100 为运输、能源和制造业提供现场和按需清洁液氢生产，T-100 是一种垂直集成的集装箱式系统，用于生产和液化氢气。

它储存和供应液态氢用于加氢，无需燃料运输。模块化系统可部署在任何位置，从而可以更广泛地采用清洁氢气。

9. 蓝色氢能

蓝色氢气能够在减少环境中二氧化碳含量的同时进行生产。它也被称为低碳氢，在运输、炼钢、氨生产、炼油等主要行业的脱碳中发挥着重要作用。

蓝氢生产的一些常见方法包括自热重整和部分氧化。

Kellas Midstream 和 SSE Thermal 合作开展了 H2NorthEast 项目，该项目将为当地工业提供 355 兆瓦的低碳氢气。沙特阿拉伯也在增加对蓝氢生产的投资。

预计 2032 年蓝色氢市场规模将达到 270 亿美元，2024 年至 2032 年的复合年增长率为 49.1%。

PolyCapture设计了一种聚合物CO2吸附剂，用于蓝色氢气的生产和净化

总部位于英国的初创公司 PolyCapture 开发了一种获得专利的聚合物 CO2 吸附剂，用于生产和纯化蓝色氢气。它具有高度选择性，并使用压力或变温吸附（PSA 和 TSA）将 CO2 与其他气体（如氮气、甲烷和氢气）分离。CO2 吸附剂无需进一步净化，因为它的选择性确保了高纯度的氢气。

该过程首先使烟气流过获得专利的聚合物珠床，从而吸收 CO2。一旦珠子达到其最高吸附能力，烟气流就会切换到第二个床层。然后对其进行吹扫，以去除多余的原料气并提高 CO2 流的纯度。

最后，系统的压力降低会从珠子中释放 CO2。CO2 吸附聚合物无腐蚀性，对气体杂质和水蒸气具有弹性，并且具有较低的平准化捕获成本。

10. X 到 Hydrogen到 X

X 到氢气到 X 是指将各种原料转化为氢气，反之亦然，例如风能到氢能或太阳能到氢能。这种方法减轻了清洁能源对化石燃料的依赖，并解决了能源转型需求的增加。此外，它使氢气能够在各种运营能力中更广泛地采用。

众多公司正在开发技术，将生物质、塑料垃圾、污水污泥和木质纤维素生物质等各种产品转化为氢气。同样，采矿、建筑、物流和公用事业等行业正在将氢气用于电力系统、运输、工业流程等。

西门子能源公司的 Haru Oni 利用风能和太阳能开发了一种化学中性 efuel。西门子还推出了 HYFLEXPOWER，这是一款集成的 Power-to-X-to-Power 氢气涡轮机。

未来的氢能趋势包括天然氢勘探、低碳氨以及进一步加快环保氢的生产。此外，对可再生制氢资源的研发也将增加。这些趋势将增加使用氢气作为主要能源的行业数量。