创新 • 创优 • 创见
近日，欧盟清洁氢合作伙伴关系“清洁氢能联合行动计划”（Clean Hydrogen JU）[1]发布《2021-2027年氢能战略研究与创新议程》，提出了到2027年氢能研发重点领域和优先事项。欧盟在“地平线欧洲”框架下向Clean Hydrogen JU投入10亿欧元用于资助氢能研发示范，此次出台的议程明确了研发重点领域，包括：可再生能源制氢；氢能存储和分配；氢能终端应用；交叉领域研究；氢谷示范项目；供应链相关技术。各领域的研发和创新活动如下：
一、可再生能源制氢
1、电解制氢
（1）早期研究活动。通过开发新材料/制造工艺/概念以降低不同电解技术的成本并延长寿命，涉及新型电极/膜/催化剂材料开发、电堆设计、系统集成等，重点技术包括紧凑型碱性电解槽、无铂族金属质子交换膜电解槽、固体氧化物电解槽加压电堆、阴离子交换膜电解槽、管状或平面质子导体陶瓷电解槽、非纯水电解等。
（2）技术开发活动。涉及新型电池/电堆设计、更大面积电池/电堆组件、辅助系统（BoP）设计、电解系统监测/诊断/控制工具和方法、高压力电堆、可逆燃料电池和共电解概念、副产品氧气和废热利用等。
（3）示范活动。涉及电解技术新型集成概念、案例或商业模型示范，连续大批量生产电池/电堆组件的自动化和质量控制流程，阴离子交换膜电解槽和质子导体陶瓷电解槽等新型电解技术的兆瓦级示范，经济性和环境影响，电解制氢与可再生能源、工业生产、原油炼化、化学品生产等的集成示范。
（4）旗舰行动。支持开发和示范大型电解槽（单个模块数十兆瓦规模）及其集成系统，实现数百兆瓦容量，用于并网或离网、陆上或海上，以进一步降低成本。
2、其他替代技术
（1）早期研究活动。涉及生物质和生物废物气化制氢、生物法制氢、微生物电解制氢、直接太阳能制氢等技术。
（2）技术开发活动。涉及沼气重整制氢、生物质和生物废物气化制氢（如混合系统、太阳能气化等）、生物法制氢、微生物电解制氢及其与可再生能源结合、太阳能制氢等。
（3）示范活动。涉及垃圾和生物质气化制氢工厂、沼气生产可再生氢工厂、全尺寸生物制氢反应器、中等规模（数百千瓦时）太阳能制氢等的示范。
（4）旗舰行动。支持大规模部署最具潜力的太阳能制氢技术。
二、储氢和氢气分配
1、储氢
（1）早期研究活动。开发可降低成本并提高储氢效率的新概念，包括使用低压容器与低成本氢化物或具有高可逆性（至少1000次循环后仍保持超过90%的原始储氢容量）的吸附储氢材料。
（2）技术开发活动。开发成熟的地上和地下储氢概念，并集成到能源系统中，涉及地下储氢井、地下衬砌洞穴储氢、地下储氢的微生物活动和影响、地上储罐、固体纳米结构材料吸附储氢、金属氢化物和吸附储氢材料、储氢容器设计、地下储氢技术经济分析、氢气对天然气地下存储主要基础设施影响。
（3）示范活动。通过地上和地下储氢示范项目降低成本并提高效率，包括验证和优化地上储氢方案的中等规模项目、大规模地下储氢示范。
（4）旗舰行动。包括至少25万立方米的大规模地下储氢示范、能源或其他工业应用的大规模储氢需求的政策研究。
2、氢气用于天然气网络
（1）早期研究活动。涉及氢气对不同管道材料、管道及焊接接头、配送网中的金属材料、仪表设备中的弹性体材料等的影响，以及氢气（包括混氢气体）的安全风险模拟、现有输配网中污染对氢气纯度影响。
（2）技术开发活动。包括减小氢气对现有输配网影响的方法、优化氢气输送的新材料、用于混氢气体的计价仪表、泄漏监测/跟踪工具、紧凑型氢气注入装置、氢气对输配网压缩设备或调压站组件的影响、现有天然气管道输运氢的技术经济性等。
（3）示范活动。包括将当前离网项目与天然气市场连接、建设混氢和纯氢跨境管道示范项目。
（4）旗舰行动。示范跨境输送项目，重点关注混氢技术，以及将氢气用于工业、交通和住宅等。
3、液态氢载体
（1）早期研究活动。涉及新型氢液化技术及材料、氢载体技术等。
（2）技术开发活动。包括新型小规模液氢生产技术、氢载体技术的规模扩大、大容量加氢/脱氢装置的设计与优化等。
（3）示范活动。包括氢气液化示范，以及将最具前景概念部署在实际应用中。
（4）旗舰行动。在技术就绪且成本够低的情况下，支持针对不同终端应用的不同氢气输运方案的旗舰项目。
4、改进现有氢气输运方式
（1）早期研究活动。涉及耐纯氢新型高强度轻质材料、适用于纯氢的焊接工艺、氢脆/渗透研、氢气加臭研究。
（2）技术开发活动。涉及大容量高压长管拖车、液氢道路运输和存储、纯氢专用终端和/或液化天然气与氢气共存终端。
（3）示范活动。比较不同氢气输运方式的技术经济性，并探索其整合和优化方法。
5、氢气压缩、净化
（1）早期研究活动。包括化学、电化学、低温压缩等新型压缩技术，膜、电化学、热化学等新型净化/分离技术，天然气管道中氢气和杂质比例的纯度管理技术，临氢材料测试。
（2）技术开发活动。包括现场压缩装置、将氢气注入天然气管道的大型压缩技术、氢气分离技术、抗氢中毒技术等。
（3）示范活动。示范真实场景下的新型压缩概念、氢气净化/分离概念等，以及将新型测量、管道和仪表技术整合到氢能项目中。
6、加氢站
（1）早期研究活动。包括加氢技术优化、更低入口压力的加氢技术、重型车辆加氢的特殊部件。
（2）技术开发活动。包括降低加氢站碳足迹及成本、大型车辆大规模加氢站、通过低入口压力和灵活运行技术促进对可再生氢的使用。
（3）示范活动。包括用于重型车辆、大型船舶、火车或公交加氢站设备、组件、标准及按需加氢、紧凑型移动加氢站等新型商业模式。
（4）旗舰行动。支持加氢站运营商投资新技术，降低成本，以建立部署燃料电池汽车所需的初始网络。
三、氢能交通应用
1、模块化组件
（1）早期研究活动。涉及改进燃料电池及组件性能和成本，开发高压车载储氢技术及快速加氢技术，固体储氢、低温液态储氢等新型储氢技术。
（2）技术开发活动。涉及优化燃料电池堆性能、制造、回收等，改进燃料电池系统设计和可制造性，开发和验证车载储氢集成及安全性技术。
2、重型车辆
（1）早期研究活动。涉及辅助系统组件、用于低成本大规模制造的重型车辆系统、车载储氢技术等。
（2）技术开发活动。包括：燃料电池重型车辆规范，建模和优化设计，生命周期成本分析工具，控制、诊断和预测程序，集成燃料电池系统和储氢系统，健康状态监测新概念，重型车辆燃料电池电堆，工程卡车、越野车等的辅助动力装置概念。
（3）示范活动。包括真实环境中的性能验证、维护人员技术培训、车辆性能及加氢基础设施相关数据的收集和分析、测试最具应用潜力的重型车辆应用。
（4）旗舰行动。开发和实施创新商业模式以降低风险、推进对供应链的开发，确保燃料电池重型车辆在运营生命周期得到充分支持。
3、船舶
（1）早期研究活动。涉及低温和高温质子交换膜燃料电池、燃料灵活的固体氧化物燃料电池、船载储氢技术、氢载体重整技术、安全性规范和法规（协议和标准）。
（2）技术开发活动。包括燃料电池集成设计，运行灵活性和耐用性，安全、高效存储和集成大量氢气及其衍生燃料的技术，港口新型大规模储氢和加氢技术。
（3）示范活动。包括燃料电池和氢基燃料存储在船舶的部署，港口大容量加氢基础设施，大型船舶的新型燃料电池技术验证。
（4）旗舰行动。开发和实施创新商业模式以适应当地管理风险和氢供应链发展，确保船舶在运营生命周期得到充分支持。
4、铁路
（1）技术开发活动。涉及低温压缩储氢或液态储氢等车载储氢概念、列车专用燃料电池系统架构、燃料电池与新一代电力电子和电池技术相结合、大容量加氢站。
（2）示范活动。示范不同类型氢能列车，商业可行性和环境性能，测试用于铁路的大容量加氢站，制定列车维护和支持策略。
（3）旗舰行动。部署约100辆氢能列车，支持欧洲大陆加氢基础设施整合。
5、航空
（1）早期研究活动。涉及航空燃料电池膜电极组件、液氢罐、气氢压缩机、液氢泵、阀门和传感器。
（2）技术开发活动。包括开发可扩展燃料电池模块、高质量密度燃料电池辅助系统、大容量液氢罐、液氢燃料处理技术、新型组件和系统控制技术、低氮排放高效氢燃烧室、评估/量化氢动力飞机的非CO2影响。
（3）示范活动。包括燃料电池及液氢系统的安全相关系统架构和航空集成示范、加氢可行性示范等。
四、氢能供热和供电
1、固定式燃料电池
（1）早期研究活动。包括开发新型材料、电堆技术、组件及制造工艺，以及基于离子导体和质子陶瓷导体的先进可逆燃料电池概念。
（2）技术开发活动。包括：辅助系统组件和运行过程的标准化，燃料电池与（智能）电网、离网和分布式可再生能源集成系统，新型大规模制造方法，商业/工业规模热电联产装置和/或主发电装置，可逆燃料电池集成技术。
（3）示范活动。包括示范微型热电联产系统、下一代商业/工业规模热电联产和/或主发电装置、食品/生物产业等的燃料电池热电联产技术、可逆燃料电池与现场可再生能源发电和/或沼气/合成气的集成、自动化生产及质量保证工具和技术。
（4）旗舰行动。支持通过燃料电池热电联产满足工业和其他大规模应用的发电和中、低品位热需求。
2、氢燃气轮机、锅炉和燃烧器
（1）早期研究活动。纯氢燃气轮机的燃烧物理、火焰稳定性和燃烧动力学研究，关注开发新型干式低排放燃烧技术。
（2）技术开发活动。包括：开发电厂集成概念、商业模型和相关价值链，安全概念、标准和规范，工业锅炉纯氢燃烧器，氢气和更高供气压力对密封性和热老化行为的影响。
（3）示范活动。示范在选定工业基地（规模从几十至数百兆瓦）使用先进燃气轮机供电和供热，包括升级现有工厂以安全使用氢气。
（4）旗舰行动。支持通过燃料电池热电联产满足工业和其他大规模应用的发电和中、低品位热需求。
五、交叉领域
1、生命周期可持续性评估、回收和生态设计
（1）早期研究活动。进一步优化质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池和电解工艺的回收技术，如回收贵金属和关键材料。
（2）技术开发活动。开发质子交换膜电解槽、阴离子交换膜电解槽、碱性电解槽、聚合物电解质燃料电池以及储氢材料的回收工艺。
（3）协调和支持行动。包括：生态设计/可持续设计准则，燃料电池和氢基技术制造的生态效率，产品环境足迹分类规则（PEFCR），区域生命周期可持续性评估，供应链生命周期分析和生命周期成本核，生命周期可持续性评估指标数据库。
2、教育和公众接受度
（1）早期研究活动。采用最新IT技术开发创新教育方法，并在利益相关者的培训中实施，如数字模型、数字孪生、应用实验室等。
（2）技术开发活动。包括与社会科学相结合发展公众教育以提升公众信任度，发展和建立氢能及燃料电池技术相关的虚拟大学。
（3）协调和支持行动。包括教育、培训的多语言材料，专业技能人员培训计划。
3、安全、规范、法规、标准
（1）早期研究活动。包括：气氢、液氢意外释放时的行为和影响，非金属材料中的氢脆、热侵蚀和影响，氢气安全加注和存储协议，燃料电池和车载储氢健康状态识别，加氢过程审查，氢气对燃气器具燃烧和性能影响，氢气生产、分配、存储和应用的性能测试标准化，氢气以及氢/甲烷混合物价值计算，住宅和商业建筑中引入氢能的相关标准。
（2）协调和支持行动。包括制定相关法律和许可法规、支持培训、开发开放的风险评估工具包、明确监管障碍。
六、氢谷
研发优先事项包括：在港口、机场等部署氢气生产、输运及应用，结合氢气生产、输运、储存的工业中心，结合氢气生产和使用的物流枢纽，开发区域氢能中心。
七、供应链相关技术
（1）早期研究活动。涉及新型制造技术和工艺、快速缺陷检测等。
（2）技术开发活动。包括：氢能供应链关键组件和子系统的供应、弱点和瓶颈的持续监测和差距分析，改进制造方法以提高生产速度和循环性，确定不同应用中的临氢材料，生产技能培训，整合新的制造技术，使用人工智能等数字技术改进燃料电池即关键设备的制造和/或维护，开发数字孪生工具，探索分布式账本技术。
（3）示范活动。包括：大中规模制造能力范围内的供应链创新方法与质量措施实施，开发泛欧技术（测试）平台。
[1] Clean Hydrogen JU是欧盟推进氢能研发创新的重要平台，是“燃料电池与氢能联合行动计划”（FCH-JU）及其二期计划的后续，成员包括欧盟委员会、“氢能欧洲”组织（Hydrogen Europe，代表欧洲工业界）和欧洲氢能研究协会（Hydrogen Europe Research，代表欧洲研究机构）。
