中国储能网讯：近日，德国氢能研究网络发布氢经济价值链研发需求的专家建议报告，针对氢能价值链各环节提出了未来主要研发需求，包括如下领域：氢及氢基产品生产；基础设施和系统集成；氢能应用；氢能安全性、接受度和可持续的市场部署。德国氢能研究网络由联邦经济事务与能源部（BMWi）组建，是德国国家氢能战略提出的行动之一，涵盖了德国氢能价值链相关的学术界和产业界专家。具体研发需求如下：
一、氢及氢基产品生产
1、电解制绿氢。①碱性电解槽（AEL）需研发适用于高压和高温的材料及组件并实现批量生产，以及改进电解槽设计；②碱性膜电解槽（AEMEL）制氢需进一步开发组件（膜、催化剂），提高长期稳定性，并扩大电堆和系统规模；③质子交换膜电解槽（PEMEL）需减少稀有金属用量或开发替代材料，并解决工业生产和回收的问题；④固体氧化物电解槽和质子陶瓷电解槽等高温电解槽需进一步研发可提高功率密度、耐久性和寿命的材料，扩大电堆规模并开发全自动生产工艺。
2、通过替代工艺制绿氢。光电化学、光催化、太阳能热化学、光生物等制氢方法尚处于低技术成熟度（TRL）阶段，需进一步提高效率和长期稳定性，包括：①开发高效和稳定的材料；②开发低成本可扩展的电解槽和反应器概念；③优化光电化学系统；④优化太阳能热化学系统的集热器或热回收等。
3、生物质和生物残余物制绿氢。涉及生物质发酵、重整、气化和等离子体技术等，需开发低成本的原料来源，并与碳捕集、利用和封存（CCUS）系统相结合，需研究将此类系统扩展到工业规模的方法以及氢气的高效分离和提取技术。
4、蓝氢和蓝绿氢生产。蓝氢由结合碳捕集与利用（CCU）的化石燃料制氢得到，蓝绿氢由天然气或生物基甲烷热解产生，所需能量由可再生能源提供。需通过研发将热解工艺扩大为示范规模，并开发CCU工艺和CO2永久安全封存的相关工艺。
5、氢基副产品生产。研发氢或合成气生产可持续合成原料及燃料的技术，包括甲烷、甲醇、氨、烯烃和醚等。需优化现有技术以实现大规模经济生产，开发新的颠覆性工艺，如甲烷、甲醇、氨和二甲醚的直接电化学合成、太阳能热合成、光化学合成和生化合成等。
二、基础设施和系统集成
1、公路、铁路和航运的氢能基础设施。①开发经济、高效、环保的氢气运输技术，如液氢、压缩氢、合成燃料、液体有机氢载体（LOCH）、金属及其氢化物、氨等；②进一步开发和优化移动式储氢、加氢技术/工艺；③开发公路、铁路和航运的储氢压力容器安全评估的新方法；④开发储氢罐无损检测方法（材料检测）及氢气质量保证方法。
2、管道分配网络。①进行材料研究以确定和开发用于管道、配件和系统的氢气兼容材料，同时考虑主要负荷（压力和温度循环）和氢渗透；②开发用于气体分离的材料和用于升级现有氢气管线的涂层工艺；③开发从传统天然气网络到氢气网络的安全转化过程和策略，包括转化为纯氢网络和向天然气中掺入氢气；④开发气体质量测量方法，用于监测管线中的气体混合比，并在可能发生泄漏时进行气体检测。
3、管道运输网络。①进行材料研究以确定和开发用于管道、配件和系统的氢气兼容材料，同时考虑压力和温度循环参数以及氢渗透；②进一步开发氢气压缩（机械和电化学方法）、气体处理、传感器、测量技术；③开发满足大流量氢气输送的氢气压缩及其驱动设备。
4、中大型储氢。①开发地质储氢设施，考虑微生物学、适应性测试、气体净化等方面；②开发和测试储氢系统的运行策略，以适应热力学特性等动态变化；③进一步开发高压储氢、固体储氢、液体储氢、化学储氢技术以及多模式储氢方案，以实现规模化部署并降低成本。
5、整体系统建模与集成。①开发集成系统的规划仿真工具，考虑供应安全、经济效率、可持续性和弹性等因素，并进行基础设施建模；②开发将所有能源部门与氢能基础设施分散耦合的技术和概念，同时考虑分布式氢气转化利用方法（如氢能热电联产）；③氢输送和分配网络的开放科学建模，并优化各供能部门（电力、氢、绿色碳氢化合物、供热等）与用能部门（交通、物流、工业、贸易、建筑）之间的耦合建模；④制定转型战略以及考虑不同情景和市场发展的路线图。
三、氢能应用
1、用于工业原料，尤其是金属冶炼。①用于生产还原过程所需的NH3和合成气，以及用于捕集CO2的利用；②研究基于氢原料的生产中原材料对产品特性和工艺条件的影响；③系统集成研究，包括过程模拟、控制输出、H2回收等。
2、提供工业过程热和蒸汽。①系统部件和耐火材料研发；②在高温工艺中使用氢气代替天然气/二次气体；③产品质量、污染物排放、传热、效率、系统输出的影响研究。
3、固定式应用。（1）商业和工业应用：①优化氢燃烧（尤其是纯氢）的运行管理，开发燃烧过程监控；②燃料电池应用，需扩大至大规模工业化，开发运行状态监测、互操作系统技术等。（2）家庭应用：①开发供暖、通风和空调相关应用；②进行真实条件下的现场测试。
4、移动式应用。（1）乘用车应用：①开发H2燃烧过程的仿真模型；②燃料电池堆、储氢罐系统和组件的工业化；③膜电极组件中稀有金属的替代研究；④运营策略、混合动力系统设计、系统结构、总拥有成本研究。（2）卡车应用：①整体传动系统及车辆的优化，包括运行/混合动力策略、冷却系统等；②储氢及加氢技术；③开发（近）零排放内燃机概念；④效率优化研究，包括内燃机的摩擦学、废热、直喷、燃烧过程研究，以及燃料电池组件优化。（3）铁路运输应用：①研究与氢能经济相关的铁路特定要求；②改装现有列车以及新列车装备氢动力系统的方法和技术；③列车动力系统、冷却系统和混合能量管理的仿真方法。（4）航运应用：①不同动力系统的比较研究；②氢动力船舶示范；③活塞发动机燃烧氢燃料研究，以及在船上制氢用于燃料电池；④氢与其他燃料混合使用。（5）航空应用：①提升燃料电池及其系统的功率/能量密度；②航空航天专用零部件研发；③热力系统的开发和管理（包括液氢罐）；④飞行可靠性、使用寿命和可验证性研究；⑤燃料（氢气、电力转换燃料等）的供应、加注技术和基础设施研究。
四、氢能安全性、接受度和可持续的市场部署
1、氢能安全性。①泄漏监测研究，开发区域监测的创新方法（包括使用人工智能技术），传感器的选择、组合和分布；②保护概念研究，制定特定保护措施和保护区域指南（尤其针对液氢），开发定量风险评估（QRA）工具；③事故研究，增强对事故场景的理解，开发各种保护措施的风险降低潜力模型；④材料适用性和兼容性研究，制定安全选择合适材料的指南，开发氢气适用性和早期损坏检测的测试流程，开发新材料概念，扩展现有或开发新的测试概念和测试基础设施，以表征高温下（氢气燃烧、氢气压缩、高温燃料电池、高温电解槽等）的变形和损坏，开发材料模型预测与氢气接触部件的使用寿命；⑤将增材制造技术用于组件生产。
2、标准化。①制定标准化路线图，确定在国际竞争中的行动框架，并为未来技术创造有利于创新的条件；②产品的认证和批准，为产品的认证、验收和批准制定技术和监管框架，审议风险评估方法，并将测试与模拟相结合。
3、接受度。①专业人员的基础和高级培训，对氢能安全知识进行社会宣传，制定教育战略，设计验收标准；②为氢能相关负面舆情个案制定沟通策略；③目标群体的接受度研究，考虑生态和地缘政治问题，以及市场增长而引起的接受度变化；④建立风险模型以分析风险的可接受标准；⑤氢能用于能源和交通的转型研究。
4、可持续性。①通过生命周期分析进行可持续性评估；②所有制氢路径的温室气体排放和其他环境影响研究；③进一步制定社会标准并创建统一数据集以对技术进行评估；④经济可持续性研究；⑤绿氢采购意愿研究。
5、商业模式。①确定在环境标准和资源方面考虑整个价值链的项目模式；②将循环经济整合到商业模式概念中；③加强非技术领域的跨学科研究方法，如教育学家的参与；④技术工人的基础和高级培训；⑤公民参与和继续教育；⑥开发利益相关者可访问的开放数据库。
