氫能源技術(shù)大體可以分為制氫技術(shù)、儲(chǔ)氫,、輸氫和氫供給利用技術(shù),。

氫可以從多種能源和資源中進(jìn)行制造（表1）。不同的制造技術(shù)從穩(wěn)定性,、環(huán)保性,、經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用化階段等方面來看各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。

        由于篇幅限制,，下文主要對(duì)化石燃料改制,、水電解及光催化等制氫技術(shù)進(jìn)行介紹。

化石燃料改質(zhì)

目前大部分的氫是由天然氣和揮發(fā)油等的化石燃料改質(zhì)制造?，F(xiàn)在最為主流的是水蒸氣改質(zhì)法,，特別是使用天然氣（甲烷）為原料的水蒸氣甲烷改質(zhì)法（SMR：Steam Methane Reforming）。水蒸氣改質(zhì)在工業(yè)中已經(jīng)得到確立,，技術(shù)上的問題很少,。SMR的改質(zhì)反應(yīng)如下：

CH4 + H2O → CO + 3H2

產(chǎn)生的一氧化碳與水反應(yīng)，得到氫和二氧化碳,。

CO + H2O → CO2 + H2

水蒸氣改質(zhì)除了用在大型成套設(shè)備中的集中制氫外,，以城市燃?xì)猓淄闉橹饕煞郑樵系木偷丶託湔疽部梢赃\(yùn)用（圖1）,。

水電解

水電解技術(shù)有堿水電解法和固體高分子型（離子交換膜型）水電解法（圖2）。堿水電解法是用氫氧化鉀的強(qiáng)堿溶液進(jìn)行水電解,，作為大規(guī)模制氫,，在工業(yè)領(lǐng)域有很多應(yīng)用。固體高分子型水電解法是應(yīng)用燃料電池技術(shù)進(jìn)行水電解,。期待未來能用可再生能源（特別是風(fēng)力發(fā)電）中產(chǎn)生的剩余電力用于水電解技術(shù),，降低制氫成本。

光催化劑的水分解（人工合成光）

光催化劑的水分解就是一種使用氧化物和氮化物等半導(dǎo)體顆粒作催化劑,，通過光直接分解水的方法,。這是因?yàn)樵诠獯呋瘎┑谋砻嬲丈涮柟猓娮颖粡膬r(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶,，被激發(fā)的電子還原水,，產(chǎn)生氫,，價(jià)帶上產(chǎn)生的空穴將水氧化產(chǎn)生氧氣,。但是目前轉(zhuǎn)化效率很低，在0.3%左右,，日本的人工光合成技術(shù)目標(biāo)在2021年,，將轉(zhuǎn)化效率提高至10%。

氫的單位體積能量密度低（約為天然氣的1/3左右）,，用怎樣的手段維持其高密度的同時(shí)進(jìn)行運(yùn)輸和儲(chǔ)存,，成為需要解決的課題。

在運(yùn)輸方面,，已經(jīng)實(shí)際運(yùn)用的有高壓氣體運(yùn)輸,、液化氫運(yùn)輸，在此之外,，作為新技術(shù)的有機(jī)化合物運(yùn)輸正在被證實(shí),。在儲(chǔ)存技術(shù)中，對(duì)于燃料電池汽車那樣有空間限制的應(yīng)用場(chǎng)合,，最理想的是利用體積能量密度高的儲(chǔ)氫合金,，但是其目前還處于研究開發(fā)階段，需要把成本降得更低,。在將來,，日本因氫發(fā)電產(chǎn)業(yè)等的用途，想必會(huì)產(chǎn)生大量的氫需求,，期待能夠構(gòu)筑使用有機(jī)化合物技術(shù)和液化氫技術(shù)的世界范圍性的氫供給鏈條,，實(shí)現(xiàn)其實(shí)用化（圖3）。

對(duì)于燃料電池汽車的氫供給,，通常需要建立加氫站,。加氫站的代表性方式可分為在加氫站外制造氫氣,，并通過氫氣拖車等運(yùn)輸?shù)郊託湔緛淼耐夤┘託湔荆╫ff site）和以城市天然氣或LPG等為原料用加氫站所設(shè)的制造裝置直接制造并供給的制氫加氫站（on site）。這兩種方式只是向加氫站供給氫能的方法不同,，此后一直到給燃料電池汽車進(jìn)行氫能源補(bǔ)充的流程是相同的,。

關(guān)于氫能利用技術(shù)的設(shè)想如圖4所示，下文對(duì)主要的氫能利用技術(shù)進(jìn)行介紹,。

業(yè)務(wù)用/產(chǎn)業(yè)用燃料電池

將城市煤氣作為燃料使用,，通過改質(zhì)裝置產(chǎn)生氫氣，在燃料電池中氫氣和氧氣（空氣）產(chǎn)生反應(yīng)來發(fā)電,。業(yè)務(wù)用的為數(shù)kW到1MW,，產(chǎn)業(yè)用的則為數(shù)~數(shù)百M(fèi)W的發(fā)電容量。通常使用的燃料電池的種類有磷酸燃料電池（PAFC）,、熔融碳酸鹽電池（MCFC）,、固體氧化物燃料電池（SOFC）。 目前,，多種型號(hào)和系統(tǒng)的業(yè)務(wù)用燃料電池在日本正處于開發(fā)與實(shí)證階段（表2）,。

便攜式燃料電池

隨著手機(jī)、智能手機(jī),、one segment電視等移動(dòng)通信設(shè)備的普及與發(fā)展,，在停電、災(zāi)害和緊急狀況等難以保證供電順暢的時(shí)段對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備進(jìn)行充電和供電的需求正在增加,。便攜式燃料電池是一種為了向通信設(shè)備等個(gè)人設(shè)備提供電源而設(shè)計(jì)的小型燃料電池,。它以含氫的液體或固體為燃料。很多情況下,，燃料由與水反應(yīng)生成氫氣的粉末固化而成,，燃料盒則設(shè)計(jì)為能夠長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存的形式。它與內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)相比更為安靜,，排放的氣體也很干凈,，適于在室內(nèi)使用。

燃料電池汽車

燃料電池汽車是一種以氫為燃料,，通過燃料電池引入空氣中的氧與車載氫發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電,，并將這種電能作為動(dòng)力而行駛的汽車。燃料電池汽車系統(tǒng)由燃料電池組（輸出功率75~100kW）,、高壓儲(chǔ)氫瓶,、控制單元、空氣壓縮機(jī)等部分組成,，為滿足剎車時(shí)的能源再生以及加速時(shí)的支援,，大多是燃料電池與二次電池并用的混合動(dòng)力系統(tǒng)（圖5）。

已經(jīng)有數(shù)家汽車制造商公布了燃料電池汽車的量產(chǎn)車型和概念車型,。豐田汽車于2014年12月5日在日本國(guó)內(nèi)發(fā)售了“MIRAI”,，2015年夏季開始在歐美銷售,。在日本國(guó)內(nèi)，其售價(jià)為720萬日元,，銷售目標(biāo)為每年400輛,。本田技研工業(yè)在2015年夏季開始銷售燃料電池汽車，日產(chǎn)汽車與Daimler,、Ford正在共同研發(fā)全世界最早的平價(jià)量產(chǎn)型燃料電池汽車,，預(yù)期最早可在2017年發(fā)售。燃料電池技術(shù)也廣泛試用于公交客車領(lǐng)域,。比如AC Transit（美國(guó)·圣弗朗西斯科）,，BC Transit（加拿大·溫哥華）等公交公司正以數(shù)十輛的規(guī)模提供日常路線服務(wù)。在歐洲的燃料電池客車試驗(yàn)計(jì)劃CHIC中,，Daimler生產(chǎn)的37輛燃料電池客車投入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行,。在日本，日野汽車與豐田汽車共同開發(fā)了8輛燃料電池客車“FCHV-BUS2”,，到目前為止已用于多種用途,。

燃料電池叉車

由于燃料電池叉車不排放廢氣，人們期待可以用它來減少倉(cāng)庫(kù),、工廠作業(yè)中CO2排放量,。此外,，因?yàn)槿剂想姵夭孳嚥慌欧怒h(huán)境污染物,，所以能預(yù)防封閉空間內(nèi)的大氣污染。在美國(guó),，作為次貸危機(jī)后的經(jīng)濟(jì)刺激政策的一部分,，2010年左右正式引入燃料電池叉車，現(xiàn)在約有4000輛投入使用,。南卡羅來納州的BMW工廠中,，總共使用了275輛燃料電池叉車。

氫能發(fā)電

通過在天然氣火力發(fā)電中加入氫氣進(jìn)行混燒發(fā)電,，可以直接減少CO2排放量,。氫與其他燃?xì)饣旌习l(fā)電的混燒發(fā)電驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)正在推進(jìn)。另外,，由于僅用氫進(jìn)行發(fā)電的單燃料發(fā)電在全世界少有先例,，今后還有待討論，但因?yàn)樵诎l(fā)電階段不會(huì)排放CO2,，因此根據(jù)氫燃料的制造工藝不同,，有可能成為一種零排放發(fā)電技術(shù)。

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日本氫能白皮書（第一部分：日本發(fā)展氫能的意義和政策）

氫能白皮書第二部分（日本在氫能方面的應(yīng)對(duì)政策）

日本氫能白皮書（第三部分：氫能的社會(huì)接受性）

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