2031年清洁氢生产成本1美元/公斤！美国能源部发布氢能和燃料电池多年期计划

文章来源：全球氢能、燃料电池干货

5月6日，美国能源部（DOE）下属氢能和燃料电池技术办公室（HFTO）正式宣布了指导面向未来氢能创新和研究的最新多年期计划(Multi-Year Program Plan，简称MYPP)。该多年期计划规定了面向2030年及更长期的氢能和燃料电池发展使命、技术目标和战略方法。

DOE氢能和燃料电池技术办公室的最新多年期计划(MYPP)全文

目前，美国能源部氢能和燃料电池技术部门的面向2020年的“多年研究、开发和示范项目（Multi-Year Research, Development and Demonstration Plan）”已经过期，该项目曾在长时间内指导全球燃料电池的发展，指明电极关键材料、电堆、系统零部件和燃料电池系统到2020年的技术目标。

为了进一步规定2020年之后氢能和燃料电池的发展目标，5月6日，美国能源部（DOE）下属氢能和燃料电池技术办公室（HFTO）正式公布了指导面向未来氢能创新和研究的最新多年期计划(Multi-Year Program Plan，简称MYPP)。该多年期计划规定了面向2030年及更长期的氢能和燃料电池发展使命、技术目标和战略方，具体包括制氢、氢基础设施、燃料电池技术、系统集成开发、系统分析、标准规范等，后期DOE将持续更新该多年期计划。

清洁氢应用与需求

根据文件，清洁氢在解决脱碳难题方面发挥着特别重要的作用，其中包括对现代美国经济和生活质量至关重要的关键经济引擎，例如重型运输以及氨等化学和工业过程生产（例如化肥）、炼钢和液体燃料（包括低排放生物燃料，这将在交通运输部门脱碳方面发挥重要作用）的生产。清洁氢还可以通过提供长期储能的手段，并为所有类型的清洁发电提供灵活性和多种收入来源。

挖掘清洁氢经济巨大的潜力仍需要克服一些重大的挑战，这些挑战覆盖氢的各个产业链，包含制氢、储运、加注甚至应用等多个环节，挑战可以被划分为以下三类——

1. 降低成本并提高性能。必须降低生产、运输和储存清洁氢的技术成本以及燃料电池的成本，以扩大现有市场并开辟新市场。如果不大幅降低成本，氢的许多机会将无法实现。氢和燃料电池系统的效率、耐用性和可靠性也需要提高，以实现与现有技术的同等水平。
   

2. 降低整个价值链的风险并扩大技术规模。为了降低投资风险，新的氢燃料电池技术需要在现实条件下进行演示和验证。为了扩大成熟技术的规模，需要更强大的国内供应链和制造业的改进（既降低成本又实现规模化）。

3. 规模化的障碍。为了实现跨多个部门的大规模应用， 许多涉及的交叉领域将需要改进，例如安全性（例如，改进传感器、增强的安全实践和知识传播），采用技术上健全的规范和标准，改进和简化的许可流程，以及训练有素的员工队伍负责整个技术生命周期，从研究到应用从制造到安装、维修和退役。

在燃料电池技术方面，MYPP表示，燃料电池技术子计划的总体目标是开发在各种应用中与现有和新兴技术具有竞争力的燃料电池，重点是重型应用，其中碳排放量显着减少以及污染物排放能够达到的标准。该子计划通过其全面的研发活动组合来实现这一目标。多年期计划（MYPP）设定了由市场驱动的终端应用场景技术目标，包括长途重型卡车、固定电源和储能用可逆燃料电池。

以下展示了上述三种应用场景从2023年到终极的技术目标。

不同燃料电池应用场景不同阶段发展目标

2030年发展目标举例

该子计划为长途燃料电池卡车制定的目标——包括 2030年80美元/千瓦的目标和大批量生产的最终系统成本目标60美元/千瓦，同时满足25,000小时的耐用性（最终目标30000小时）——指南研发重点是解决燃料电池系统的成本、性能和耐用性，以实现成本竞争力和市场提升。重型车辆的生命周期燃料成本也很重要，因此在主要运行条件下的高燃油效率至关重要。该子计划设定了2030年峰值效率目标为 68%，最终目标为 72%。研发优先事项还通过追求制造进步以实现规模经济，解决弥合技术开发和部署之间差距的机会，此外还促进燃料电池材料和组件的再利用和回收，以解决报废和关键供应链问题 挑战（包括对铂族金属供应链的依赖）。

在制氢方面，制氢子计划的目标是加速创新、商业化和大规模采用高效、低成本和持久的清洁制氢技术，这些技术与现有技术具有竞争力，并且可以大规模生产以满足国家目标。该子计划通过创新研发来实现这一目标，以利用国家多样化的清洁能源资源，为负担得起的清洁、低碳强度的氢气生产提供技术解决方案。多年期计划（MYPP）提出2026年每公斤清洁氢气生产成本为2美元，到2031年每公斤清洁氢气生产成本降至1美元。

目前正在开发许多使用不同离子传导电解质材料的电解槽技术，例如液体、固体聚合物膜或固体陶瓷。不同类型的电解槽在不同的温度范围内运行，需要不同的催化剂来促进阳极和阴极反应；电极配置通常由电解质材料的限制和特性决定。这些技术通常根据工作温度分为两类：

• 低温电解技术，包括：质子交换膜 (PEM) 电解槽、液体碱性电解槽、碱性交换膜 (AEM) 电解槽。

• 高温电解技术，包括：氧离子传导固体氧化物电解池 (O-SOEC) 电解槽、质子传导固体氧化物电解池 (P-SOEC) 电解槽。

不同电解槽对比

以下摘取部分技术指标。

低、高温电解技术发展目标

制氢成本目标

氢生产子计划优先考虑研发，解决通过分析和利益相关者参与确定的每条清洁氢生产途径的关键技术特定成本驱动因素；定期评估本次级方案确定的临时和最终目标的进展情况。调整研发优先事项，以解决通过本次评估发现的重要差距。对于电解途径，清洁氢气生产的临时目标专门解决了实现2026 年2美元/kg-H₂成本目标的情景；最终目标是到2031 年实现1美元/公斤的目标。

氢基础设施是指用于氢的传输、分配、存储和分配的技术——从生产点到最终使用应用。氢基础设施子计划的研发主要侧重于降低成本并提高当前最终用途氢基础设施选项的可靠性。

氢基建2030年部分目标

氢基础设施子计划的目标是加速研发创新，以实现高效耐用的清洁氢技术的商业化和大规模采用，重点关注存储、传输、分配、交付以及为各种输送途径和最终用途分配氢气。氢基础设施子计划与氢生产子计划密切合作，以推进部署清洁氢技术所需的研发。

氢基础设施子计划的研发战略是由特定应用目标驱动的，这些目标涉及氢存储和输送技术的性能、耐久性、成本和规模，以实现清洁氢在不同最终用途中的成本竞争力。根据存储和输送清洁氢气的最终生命周期成本，满足最终用途对压力、温度、纯度等的特定要求，全面制定不同的目标。目标设定是通过对不同技术选项的综合建模和分析来指导的。材料、组件和系统级别。分析中纳入了公开且经过行业审查的制造成本估算，以准确衡量该技术的现状和未来潜力。

END

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