存储方式
氢气存储密度
各国氢气管道长度
（四）应用
氢是一种高度通用的基础化学品，有两个主要用途：材料应用和能源应用。工业中最重要的材料应用是氨合成，主要用于生产含氮肥料和甲醇合成。此外，氢气是炼油厂原油精炼的副产品，特别是石脑油的催化重整；另一方面，它用于精炼厂中的油产品的加工和精炼－例如加氢处理和加氢裂化等工艺等。氢的能源应用主要涉及将氢气中的能量转化为热能、电力或电能。然而，氢现在很少被使用作为热机的能量源。
对于能源应用，燃料电池已成为氢气使用的主要焦点。与热机相比，燃料电池能提供更高的电效率和整体效率。燃料电池原理是在19世纪被发现的：随着燃料的不断供应，化学能直接转化为电能。作为电解的逆过程，H2和氧同时重新组合成产生H2O的直流电。
近年来燃料电池已经取得了一些重大技术进步。现在可用的许多不同电池类型在它们使用的电解质（离子导体）和它们的操作温度方面具有很大不同。低温电池允许动态负载响应，而高温电池有利于连续负载，并且对燃料质量的波动更具弹性。此外，在外部或内部重整之后，一些燃料电池类型也可以使用其他含氢燃料（例如天然气或甲醇）。
目前世界市场以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为主，其功率密度、灵活性和降低成本的潜力使得其最适合于移动应用。并行开发的是固体氧化物燃料电池（SOFC），其主要应用于连续的家用能源供应和发电厂。
在燃料电池的电极上使用的催化剂对系统成本和性能具有巨大影响。研究更节约成本和更经济的催化剂材料的工作也正在进行中。
全球氢气用途
P2X路径
5种燃料电池
（五）固定能源应用
在数量和装机容量方面，固定式燃料电池是燃料电池系统全球市场发展的重要推动力。
燃料电池正在越来越多地以应急发电机组或不间断电源（UPS）的形式被用作发电机和可充电电池的备用电源。由于燃料电池产生电能和热能，它们在电厂和建筑部门的电力和供热供应中用于热电联产（CHP）装置正在增加。
微型热电联供燃料电池系统由于其较高的整体效率，逐渐成为节能型家用能源供应的一种有富有前景的新选择。用于家庭能源供应的燃料电池通常使用天然气（通过额外的外部或内部甲醇重整）。基于质子交换膜燃料电池PEMFC和固体氧化物燃料电池SOFC的第一批商用微型热电联产装置现在可用于例如建筑领域的建设。户用燃料电池系统的主要示范项目和市场启动计划已经在德国、欧洲和日本引入，名称分别为“Callux”、“ene．field”和“Ene－Farm”。截至2016年底，在Ene－Farm计划下日本已经安装了近20万个微型热电联产装置；到2030年，日本政府计划安装530万个热电联产装置。
燃料电池微型热电联产或小型热电联产装置在建筑领域的经济效率取决于各自的电力和天然气零售价格。热电联产技术在建筑物中的广泛应用将需要（在短期内）进一步的临时资金支持以促进市场开发。
（六）移动应用
氢可用作移动应用的能源。最初，它也在内燃机中进行了测试，但在运输领域，氢气现在几乎只用于燃料电池。太空旅行为氢和燃料电池技术的发展提供了历史和技术动力。
原则上，氢燃料电池系统几乎适用于所有运输工具，但其技术成熟度根据运输方式及其使用方式而变化。产品的技术成熟度可以根据美国太空管理局NASA开发的技术准备水平（TRL）来确定。TRL规模从1级到9级。充分的技术成熟度，这意味着至少在使用领域中已经证明的功能（＝TRL8），是在相应的移动应用领域推动市场发展的关键先决条件。
用于物料搬运的叉车或牵引车等工业卡车在技术上几乎完全成熟，并且已经处于商业化的早期阶段。乘用车已达到批量生产，而公交车则紧随其后。物料搬运设备的制造数量最多。今天，在北美，拥有超过11000辆叉车和拖车的车队正在运营。燃料电池乘客汽车现在提供与内燃机驱动相同的功能（例如性能，加油时间，有效范围或舒适性）。由于很多项目属于公共资助项目，公共汽车经历了比任何其他交通工具更密集的车队测试。
在火车、轮船和飞机方面仍有许多发展工作要做：轻轨车辆和商用车辆（包括卡车）可能会受益于目前公认的公共汽车或乘用车技术。目前还没有商用飞机或商船的计划，但他们可以使用燃料电池作为辅助动力装置（APU）的有效能源。
（七）车辆所有权成本
购买或持有车辆时最重要的考虑因素之一是经济性：所涉及的所有权成本。这些包括购买成本、燃料的持续成本或与里程或运输性能相关的成本。一旦具有不同传动系的车辆的成本足够相似，其他非经济决策因素就会发挥作用。
在现有的购买和燃料成本结构下，燃料电池乘用车尚不具备竞争力。但是，在一个雄心勃勃的气候行动方案中，尤其是随着技术的快速进步以及生产和市场开发的规模效应不断增加，汽车燃料电池技术将很快变得更具成本效益。此外，氢气的生产成本可能会在中长期内下降，这与较低的技术和基础设施成本相结合，可以使氢气作为燃料能够更便宜地分销和占据市场。
同时，由于更复杂的废气处理内燃机车辆正在变得更加昂贵。在城市和大都市地区，由于对空气质量和尾气排放的更严格规定，内燃机车辆越来越受到当地使用限制。因此，与内燃机乘用车相比，由氢驱动的（局部）无排放燃料电池乘用车变得越来越有吸引力，而不仅仅是基于成本的原因。
一旦燃料电池乘用车和电池电动车的购买成本之间的差距随着生产数量的增加而逐渐消失，燃料电池乘用车就成为（本地）无排放电池电动车的真正替代品。这是因为，在购买成本相同的同等条件下，燃料电池电动车辆还提供了超过电池电动车辆的额外优势，例如更大的舒适性、更长的续航里程和更短的充电时间。相反，如果要在舒适性、续航里程或充电时间方面改进电池电动车辆，它们将变得更昂贵并且将失去其优于燃料电池电动车辆的经济优势。
（八）加氢站基础设施
移动氢能的发展和扩展将需要新的基础设施来为燃料电池电动汽车（FCEV）提供全面的供应网络。截至2017年初，全球约有280个加氢站和约4000辆燃料电池车。到目前为止，加氢站和燃料电池车队多集中在美国、西欧和亚洲的日本。近年来，基础设施和车队的发展大大加快。
加氢站包括以下技术组件：储氢罐，压缩机，预冷器／蒸发器和分配器。到目前为止，加氢站大多是定制的。通过技术组件的模块化和批量化生产可以降低制造成本。此外，国际认可的氢能专用标准将为加油站网络的安全和有效扩展做出重大贡献。由于监管和技术标准化以及规模效应，预计未来几年内氢能将有大幅降低50％的成本潜力。
根据容量、设计和利用情况，一般和特定的加油站基础设施成本会有所不同。通过选择合适的规模和供应概念，可以调整加氢站网络以满足需求，并且可以通过逐步扩展来降低基础设施成本。然而，在市场增长阶段开始时存在加氢站严重利用不足的风险，因此在早期阶段需要为基础设施扩展提供财务支持。
网络发展也必须与氢以及氢能车队的扩展同步。为实现此目的在领先地区（北美，西欧和日本／亚洲）提出了一系列氢气倡议。
（九）能源与环境：燃料电池电动车的场景
运输是一个重要的能源消耗和排放部门。在全球范围内，道路交通在2014年造成约5．7亿吨的二氧化碳排放，公路车辆的二氧化碳排放量在1990年至2014年期间增加了71％。鉴于全球道路交通量仍在增加，尽管采取措施避免交通或将其转移到公共交通或更环保的交通方式，减少机动车的能源消耗和负面环境影响更为重要。
氢能燃料电池电动汽车（FCEV）比内燃机推动的乘用车效率更高。因此，FCEV可以为能源供应的多样化和机动公路运输的节能做出重要贡献。
如果氢气来自可再生能源，则整个供应链中的特定温室气体排放量非常低。再加上效率更高的动力传动系统，到2050年，与距离相关的温室气体排放量将显着降低至1．13亿个左右。此项结果是基于预计到2030年欧盟和美国的年度燃料电池车登记量将增加到100万个。到2050年，在这三个地区，每年新登记的人数将增加到1000万。
根据假定的年平均车辆里程数，特定（与距离相关）的车辆能耗和所用燃料的温室气体因子，估计2050年的1．13亿辆燃料电池电动车的氢消耗约为1000万吨氢（每年）。如果要用燃料电池电动汽车取代高效的汽油乘用车，到2050年，这将节省－取决于更换车辆的设计（仅混合动力或汽油）－38至68万吨汽油和超过1．9亿吨与运输有关的二氧化碳排放量。
考虑到从现在到2050年的整个时期，与被替换的汽油车相比，可以降低超过1．5亿吨的温室气体排放量。
2、政策要求为氢经济提供帮助
氢作为能源以及燃料电池作为能量转换器，在能源转型和实现将全球温度上升控制在2°C的气候政策目标中发挥着重要作用。近年来，氢生产和应用技术取得了重大进展。尽管如此，氢气和燃料电池在全球能源系统中实现广泛的商业用途方面仍处于起步阶段。因此，它们需要政府和整个社会的进一步支持和资助。
需要采取哪些行动和措施才能使氢和燃料电池最终成为未来可持续能源系统的支柱之一？下面我们列出整个氢气供应和使用链的十个关键要求，这些要求可能有助于改善未来氢能经济的总体条件。这些措施中的每一项本身都很重要，但理想情况下，它们应被视为一系列连贯的措施，其中各个步骤相互建立－或者甚至更好地与其他部门的措施相协调。
（一）制造
基于电解和低排放重整的氢生产方法的持续发展必须得到支持，以及包括专注于制造成本、效率和使用灵活性的量身定制的研发政策。财政激励措施将是必要的，特别是在市场进入初期阶段，通过基于可再生能源电力电解或通过沼气重整来提高绿色氢气的产量。
（二）储存和运输
从长远来看，必须（进一步）改善氢的大规模储存和运输选择。其中一个方面是在大容量储罐（洞穴）中储存由剩余可再生电力产生的氢气。此外，在储存介质（氢化物、液体和吸附剂储存系统）领域需要更多的商业前基础研究。最后，必须酌情开发氢输送基础设施（如液态氢输送以及氢气管道）。
（三）燃料电池
通过技术多样化的研发资金，必须在制造成本和效率以及长期稳定性方面支持作为最重要的氢能源技术的移动和固定燃料电池的进一步发展。
（四）固定应用
尽管近年来取得了重大进展，但紧急备用电源和不间断电源以及微型热电联产燃料电池系统仍需要进一步的技术资金支持。在进入市场时，至少需要短期的财务和或政策支持。
（五）移动应用
燃料电池电动汽车是电动汽车。应通过公共采购计划，直接财政奖励或车辆的特权地位（例如，禁止进入某些城市地区的禁令）暂时支持购买燃料电池乘用车和公共汽车。在成熟的可持续技术（例如货车、铁路、船舶、飞机）组合非常有限的地区开发替代技术需要进一步的研发资金。
（六）基础设施／加氢站
加氢站的扩建，特别是在利用率低的引导阶段，需要政府分担经济负担和风险。国家对基础设施的资助应该在这方面发挥作用。应酌情以协调的方式扩大氢能基础设施，实现全国覆盖的长期目标。
（七）能源和燃料
绿色氢气的使用需要建立适当的激励机制，例如，将其与欧盟的燃料温室气体减排目标相抵消，或者通过扩大储能和需求侧管理的容量市场。关于电力产生的氢气，需要与其他诸如电力存储或Power－to－X计划建立公平的竞争环境。由于电解制氢不是（可再生）电的最终消费者，所以其不应该承担额外负担。不同产品的区别被对待必须被消除。
（八）技术可接受性
对于大多数终端用户来说，氢（尚）不为大众所了解。相反，对于绝大多数消费者而言，氢气和使用它的技术仍然是新的。新能源技术需要开放，愿意学习和使未来用户熟悉。因此，如果这些技术要获得用户和整个社会的认可，教育和相关技术信息的传播至关重要。
这需要适当的沟通策略和规范来建立经验和承诺。
（九）协同
为了加快建立全球氢能经济，需要通过城市、地区和国家之间以及相关经济运营商之间的合作来创造协同效应。将生产和消费部门联系起来也很重要，对电池系统和燃料电池等创新技术的全面协调也很重要。
翻译：Klara＠ERR能研微讯团队
校核：Mirakuru＠ERR能研微讯
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