当前目 前主要应用在工业和交通领域中，在建筑、发电等领域仍然处于探索阶段。
交通领域“氢动力”利用是氢能的重要方式之一，目前国内已可实现量产氢 能重卡、甲醇汽车等。通过氢燃料电池、氨-氢燃料电池、甲醇内燃机等应用于在 汽车、轨道交通、船舶和航空器等设备，降低了长距离高负荷交通对石油和天然 气的依赖。现全国已在中东部形成京津冀城市群、上海城市群、广东城市群、河 北城市群、河南城市群五大示范城市群。在制氢成本下降、政策积极推动的背景 下，并随着加氢等基础设施建设逐步完善，我国燃料电池汽车、甲醇汽车的供给 和需求正快速增长。 我国生产氢能重卡的企业包括上汽、潍柴动力、大运汽车、一汽等，目前已 具有突破性的氢能汽车技术。以一汽解放氢能重卡“星熠”为例，搭载了 300kW 的自主高功率燃电发动机，其峰值效率达到 60%以上。同时，其配备了 50kWh 容量的高功率型动力电池，具备高放电倍率，确保在匀速行驶或瞬时加速爬坡时 提供充足的驱动电量。
未来的技术攻关将集中在大容量燃料电池发动机和高压力储氢系统两大核 心方向，并且氢能将加快在汽车、船舶和航空器等领域的大规模推广和应用。 甲醇汽车发展较早，目前技术已较为成熟。吉利是布局甲醇汽车较早的企业， 从甲醇制备、甲醇输配、甲醇车辆应用等方面进行多年探索。吉利汽车当前是甲醇汽车主要的生产企业，其产品包括甲醇混动汽车和纯甲醇汽车，通过提高压缩 比等先进技术将醇电混动甲醇发动机热效率提升至 43.1%，甲醇发动机热效率提 升至 50.2%。陕重汽、宇通汽车等一批汽车和发动机制造企业，也具备甲醇汽车 专有技术与自主开发能力。就甲醇汽车而言，未来的重点研究方向将着重于突破 甲醇内燃机的热效率，在未来几年热效率将有望达到 60%以上。
绿色甲醇作为国际上公认的清洁燃料，可以实现船舶低改装成本下柴油的部 分或完全替代。我国船舶和船舶动力制造行业也在积极推进内河航运、江海直达、 近海运输甲醇燃料动力船舶的制造。以中船重工为主的研究机构也在积极研发。 就甲醇船舶而言，未来的重点研究方向将着在直喷甲醇发动机、甲醇燃料加注单 元等甲醇船舶的核心装置技术研发上。 发展绿色航油将是实现减碳目标最重要的措施，绿色航空煤油是指从非化石 资源而来的 C8～15 液体烃类燃料，绿色航空煤油可以通过对植物油、地沟油或 其它高含油生物燃料加氢精制生成；也可以通过将纤维素、木质素等生物质气化 生成合成气，经费托合成工艺后，再加氢裂化、加氢异构改质生成。清华大学研 究团队通过设计指向含芳环航煤馏分为目标产物的工艺路线，从热力学上实现一 步生产航空煤油，目前已完成 100 吨/年的小型生产实验。由于高含油生物燃料 有限且分布分散、收集成本较高，绿色航油未来的主要工艺方向为生物质气化费托合成工艺，研究重点为高转化率、低成本的催化剂及多相反应器设计。
氢基能源可直接为炼化、钢铁、冶金等行业提供高效原料、还原剂和高品质 的热源，有效减少碳排放。 在化工行业当中，大部分氢气用于加氢处理、加氢裂化和脱硫。由于优质低 硫燃料的需求激增，以及轻质低硫燃油的减少，需求量在不断增长。过去氢气本 身是化工的副产品之一，然而现在需量增加，导致供需失衡，石化工业目前也在 采取天然气为原料进行氢气的制备。除去传统燃料精炼之外，第二代的生物质燃 料生产中需要相当数量的氢气进行加氢脱氧。因此，无论对于在精炼过程中减少 常规燃料的使用，还是在生物燃料的碳足迹改善中，氢燃料都扮演者重要的角色， 尤其氢的脱碳具有显着的影响。
氢在钢铁工业中，通常是相关过程的中间产物，同时也能够就地作为燃料消 纳。目前，超过 70%的钢铁产量是基于传统高炉，使用焦炭，煤或天然气用作还 94 原剂。在钢铁工业过程中更有效地使用氢可有助于提高整体能效并减少碳排放， 富氢气体也可用作钢生产的替代方法中的还原剂。目前主流的氢冶金技术路线分 为高炉富氢冶金与气基直接还原竖炉冶金两种方式：高炉氢冶金是指通过在高炉 中喷吹氢气或富氢气体参与冶金过程，相关实验表明，高炉富氢还原冶金在一定 程度上能够通过加快炉料还原，减少碳排放，但由于该工艺是基于传统的高炉， 氢气喷吹量存在极限值，一般认为高炉富氢还原的碳减排幅度可达 10%-20%， 效果不够显著；气基直接还原竖炉冶金是指通过使用氢气与一氧化碳混合气体作 为还原剂参与冶金过程，气基直接还原竖炉冶金二氧化碳排放量可减少 50%以 上，更适合用于氢冶金。氢气和铁矿石发生氧化还原反应吸热，会造成高炉温度 下降，最大程度使用氢气，还保障炉温是技术难点。除此之外，未来钢铁行业将 实现从“富氢”到“纯氢”的转变，重点将攻克纯氢冶金绿色洁净生产工艺、模块化 关键装备技术等，突破纯氢高温加热、模块化装备等技术瓶颈。
氢能可发挥储能作用，支撑高比例可再生能源发展，并可发挥调峰作用，保 证电力系统稳定。相较于抽水储能、压缩空气储能、电化学储能等，氢储能具有 无自衰减、能量密度高等优点，凭借其无自衰减的特性，可应用于长时、跨季性 储能。氢能可通过一定的途径转化为电能，目前正逐步应用于煤电掺氨、气电掺 氢和燃料电池，实现由氢能向电能的转化。 2022 年，由国家能源集团开发的“燃煤锅炉混氨燃烧技术”应用项目在山东 烟台成功投运，该技术是我国首次实现 40MW 燃煤锅炉氨混燃比例为 35%的中 试验证，实现氨燃尽率 99.99%，氮氧化物排放浓度不增加。安徽省能源集团和 合肥综合性国家科学中心能源研究院联合开展了火电厂掺氨技术的研发，2022 年至 2023 年在铜陵电厂 32 万 kW 亚临界发电机组上开展多次工程验证，在国内 首次验证了大型火电机组掺氨燃烧技术的可行性。同时，国内多家科研机构的试 验结果表明，燃煤锅炉混氨燃烧可使得煤粉和氨气良好燃尽，燃烧后氮氧化物排 放不随混氨比例增加而等比例升高，且可通过分级燃烧等方式显著降低氮氧化物 排放。
在掺氢燃烧方面，荆门绿动在 2022 年取得重大突破，在运燃机实现了 30% 的掺氢燃烧改造和运行，是我国首次在重型燃机商业机组上实施高比例掺氢燃烧 改造试验和科研攻关，也是全球范围内首个在天然气联合循环、热电联供商业机 95 组中进行高比例掺氢燃烧的示范项目。GE 公司将零碳排放的燃气技术分为五步， 目标在2030年前GE HA燃气机组会具备100%的烧氢能力，最终实现零碳排放。 相比于常规化石燃料的燃烧，氨燃烧存在一些问题需要解决，如火焰传播速 度低、点火能量高和 NOx 排放易超标，氨作为气体燃料，不同于煤粉等固态燃 料，当煤氨混合时，容易产生抢氧反应等。针对氨燃烧存在的这些问题，研发重 点应为：一是低氮纯氨燃烧器；二是低氮煤掺氨燃烧器；三是锅炉掺氨燃烧技术； 四是低负荷稳燃技术；五是富氧燃烧技术；六是等离子体助燃技术；七是氨在线 裂解制氢技术；八是氨燃烧火检技术
气电掺氢的发展与燃气轮机的发展具备强耦合关系，提高掺氢比例，依然有 许多技术难题处于研发过程中，总体上包括燃烧技术、材料技术、控制技术、氮 氧化物的控制技术四大类。首先燃烧方面，氢的比例越高、燃烧面临的挑战就越 高，很多配套设施，譬如辅机、密封、管道、通风、危险气体探测，以及火焰检 测等一系列技术，仍需要在各类型机组上进行验证。此外，随着燃料中氢比例的 提高，氢对管道金属材料造成的氢脆腐蚀会加重；控制不仅仅针对燃机本身，而 是整个联合循环电厂；燃烧温度越高，氮氧化物的产生会越多，掺氢比例逐步提 高后，如何将氮氧化物的排放控制在一定范围内，满足环保规范，也是一个技术 难题。上述关键核心技术需要分步骤、按阶段不断突破，和其它技术在燃机的应 用中遵循的规律一样，燃机的掺氢能力提高会按照阶梯式上升，在不断技术开发 和验证中持续进步。
在氢燃料电池技术方面。质子交换膜燃料电池技术上已经成熟，以启动时间 短（约 1 分钟）、操作温度低（小于 100 摄氏度）、结构紧凑、功率密度高等成 为研究热点和氢燃料电池汽车迈入商业化进程的首选，目前已经广泛应用于电力 等领域，是应用最广泛的燃料电池类型。固体氧化物燃料电池及熔融碳酸盐燃料 电池为高温型燃料电池，转换效率较高，但运行温度在 600 摄氏度以上，启动较 慢，需要耐高温材料维持系统运行，成本较高，系统维护难度较大。固体氧化物 燃料电池已初步突破关键技术，小型产品已实现了商品化，但成本仍然较高。 质子交换膜燃料电池结构比较复杂，完整的燃料电池系统包括电堆和 BOP 系统，电堆主要包含催化剂、质子膜、碳纸、膜电极、双极板等关键部件，BOP 系统主要包括空压机、氢循环系统、DC-DC 转换器、控制器、加湿器等关键设 备。尽管我国燃料电池产业近年来取得了很大进展，但与国际先进水平相比还存 96 在明显差距：一是产品体积功率密度等关键参数与当前国际先进水平仍存在一定 差距；二是国内产品没有得到充分的应用验证，在可靠性和耐久性方面与国际先 进水平相比差距较大。三是关键材料部件方面尚存在卡脖子问题没有解决，催化 剂、碳纸、质子膜等关键材料部件对进口产品依赖较大。催化剂、质子交换膜、 碳纸、双极板、膜电极、空气压缩机、氢气循环系统等燃料电池关键材料部件以 及电堆、系统是未来自主研发的重点。
氢基能源在建筑领域可应用于分布式发电，为家庭住宅、商业建筑等供应供 热，或通过天然气掺氢为园区或居民供暖，可有效解决工业园区、社区的用能需 求。 热电联供是一种利用燃料电池技术实现向用户供给电能和热能的技术，以固 体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）为主，主要以分 布式发电的方式应用，是保障能源供给重要的途径之一。燃料电池若只负责供电， 发电过程中产生热能通过散热系统排放，而热电联供则可以将这一部分损失的热 能收集起来，供生活热水和建筑供暖等应用场景使用，使得氢燃料电池热电联供 综合效率达到 85%以上，能量利用率实现大幅提升。日本已经实现了热电联供技 术的户用，以我国的产业化条件，户用热电联供技术已具备一定的推广应用条件。 目前国内的热电联供技术仍处于发展阶段，氢燃料电池热电联供和天然气掺 氢尚处市场培育阶段，示范项目较少。2023 年底，山东省东岳“氢进万家”示范项 目正式运行，集成了“光伏发电-电解制氢-氢热电联供”耦合微网，绿氢/灰氢综合 供能，为园区及周边楼宇提供以氢能为核心的新能源电力保障。在燃气掺氢示范 应用方面，2024 年初在深圳投用全国首座城镇燃气掺氢综合实验平台，掺氢比 最高达 20%。 天然气掺氢需要解决掺氢天然气存在的管材相容性、关键设备适应性及泄露 扩散安全性问题。燃料热电联供技术研究重点在于提高燃料电池主要性能指标以 及可靠性、稳定性和耐久性及提高热电联产系统综合转化效率。
