摘要

日本科学技术振兴机构（JST）最近发布环境与能源领域报告，氢氨技术是报告重点内容。

近年来，由于地缘政治紧张局势与经济社会因素（能源价格高涨、物价上涨、COVID-19 疫情暴露的供应链脆弱性）的复合作用，可持续社会建设在部分领域出现停滞和倒退。在这种形势下，如何实现能源稳定供应与碳中和的双重目标，再次成为国际社会面临的重要课题。

在能源领域，从技术中立的视角推进多样化技术开发，将各项技术有机结合并推动社会实践应用至关重要。在日本电力供应方面，通过引入高转换效率电池和扩大安装场所的太阳能发电、浮体式风力发电等可再生能源，以及将核电作为基础负荷电源的利用，正在为提高能源自给率做出贡献。

不排放 CO₂ 的氢能和氨燃烧火力发电作为具有灵活输出调节特性的技术正在推进研发，被期待发挥支撑整体电源结构稳定性的作用。此外，随着 AI 技术的迅速发展，数据中心的电力需求不断攀升，需要采取包括确保供电能力、提高需求侧灵活性、增强电网、有效利用废热等在内的综合性应对措施。

在产业和交通运输领域，除了推进电气化之外，还在兼顾成本的前提下，推进氢能、氨、合成燃料、生物燃料的合成与利用技术开发。针对残留的 CO₂ 排放，CO₂ 捕集与封存（CCS）以及利用自然力量的负排放技术开发正在进行中。

在环境领域，需要采取多方面且综合性的措施，包括提升观测预测技术水平、创造面向资源循环的创新技术、应对污染物质等。在水、大气、土壤保护方面，针对全氟和多氟烷基物质（PFAS）等新兴污染物，通过 AI 和物联网技术提升监测水平、环境分析和风险评估正在取得进展。

地球系统观测与 AI 及综合模型的应用，正在为气候影响评估和适应策略的优化做出贡献。利用自然净化功能和生态系统服务的基于自然的解决方案（Nature-based Solutions，NbS）作为可持续对策备受关注。

在资源循环方面，“资源再创造”的概念日益重要，即将城市矿山、废水中的稀有金属、大气中的 CO₂、工厂和上下水处理设施的废热等未利用资源和次生能源重新视为可利用资源。

在今后的技术开发和制度设计中，应对转型期的不确定性将成为重要课题。必须明确从新技术创造到社会实践应用的路径，推进灵活的制度设计和系统构建。

环境与能源领域的研发在实现碳中和社会方面发挥着核心作用。为了将可持续社会和健康的地球环境传承给未来世代，需要加速创造创新技术并推动其社会实践应用，以应对各种挑战。

氢能与氨能技术

——存储与载体领域的研究与开发趋势（2026）

项目 内容
发布机构日本科学技术振兴机构（JST）
编制单位研究与开发战略中心（CRDS）
报告编号CRDS-FR-E202-202512
发布时间2025 年 12 月

研究与开发领域的定义

本领域聚焦于以下技术体系：

氢能生产技术

  • 水电解制氢（碱性、PEM、AEM、SOEC 等）

  • 化石能源重整制氢（含 CCS）

  • 热化学水分解、光催化制氢

氢能储存与运输技术

  • 高压储氢

  • 液氢

  • 有机氢载体（LOHC）

  • 氨作为氢载体

氢与氨的终端利用技术

  • 燃料电池

  • 发电、工业燃烧

  • 炼钢、化工、合成燃料（e-fuels）

氢是一种能源，氨是一种重要的氢载体。二者共同构成未来低碳能源系统的关键基础。

该领域的重要性

氢能的减碳价值

  • 氢在使用阶段不排放二氧化碳。

  • 预计在以下领域发挥关键减排作用：化工、钢铁制造、交通运输、电力系统调峰。

能源系统层面的意义

  • 可再生能源（风、光）具有波动性、不可直接储存。

  • 将电能转化为氢能，有助于平衡供需、实现跨区域、跨季节能源调配。

  • 从能源安全角度看，多元化氢能供应链至关重要。

研究与开发趋势（概述）

（一）氢气生产技术

氢气类型与碳排放差异

常见氢气按生产方式分类如下：

类型 来源与特征 碳排放
灰氢天然气等化石能源重整≥10 kg-CO₂/kg-H₂
蓝氢化石能源制氢 ＋ 碳捕集与封存（CCS）可显著降低排放，但仍依赖化石资源
绿氢可再生能源电力 ＋ 水电解欧盟 RED II 要求 ≤3.38 kg-CO₂/kg-H₂（全生命周期）
粉氢核电制氢—
青氢（绿松石氢）甲烷热分解副产固体碳
白氢（天然氢、金氢）地下天然存在氢排放极低，但储量和商业性仍不确定
橙氢生物质、有机废弃物制氢适用于分布式能源系统

水电解技术路线

技术路线 特点 挑战
碱性水电解（AWE）技术成熟、成本低对电力波动敏感
质子交换膜水电解（PEM）响应快、系统紧凑依赖铱等贵金属
阴离子交换膜水电解（AEM）有望摆脱贵金属耐久性与性能仍在研发中
高温蒸汽电解（SOEC）效率高耐久性与规模化存在挑战

水电解副产高纯氧气，在医疗、工业领域具有附加价值。

非电解制氢技术

  • 热化学水分解（IS 工艺）：利用约 900°C 高温，可结合高温气冷堆、聚光太阳能、工业余热。

  • 化石资源制氢 ＋ CCS：在过渡期作为绿氢补充，但 CCS 完整性和减排效果仍存在争议。

氢气储存与运输技术（氢载体）

载体 优点 挑战
液氢（液化温度 -253°C）高纯度能耗高、专用运输船需求高
有机氢载体（LOHC，甲苯／甲基环己烷 MCH）常温常压液态、可使用现有石化基础设施脱氢为吸热反应、能量损失需降低
氨（NH₃）氢含量高、已有成熟合成与运输体系低温低压合成催化剂、毒性与气味、燃烧 NOx 控制

氢能系统与基础设施

  • 液氢运输船、氢气管道、加氢站。

  • 高压储氢容器（Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型）。

  • 关键材料问题：氢脆现象，需要研发耐氢金属、橡胶密封材料、高可靠压力容器。

氢与氨的利用技术

能源利用

  • 燃料电池（固定式／移动式）、氢燃料内燃机。

  • 氨混烧发电：船舶、燃气轮机、工业炉。

工业利用

  • 炼钢（氢基直接还原铁 DRI）。

  • 化工原料。

  • e-fuels、SAF 合成。

  • CO₂ 利用（CCU）。

面临的主要挑战

  • 氢气成本仍需大幅下降。

  • 催化剂对贵金属依赖。

  • 储运安全与公众接受度。

  • 系统级设计与法规协调。

  • 跨学科、跨产业协同不足。

国家与区域政策动向（摘要）

地区／组织 政策动向
国际层面IEA 氢能技术合作计划；IRENA：氢能占未来能源 12～14%；Mission Innovation：清洁氢使命
日本《基本氢能战略》（2023 修订）：2030 年 300 万吨、2050 年 2000 万吨
欧洲欧洲氢能战略；IPCEI 氢能项目；REPowerEU：2030 年 2000 万吨
美国DOE 氢能枢纽（H2Hub）；IRA 清洁氢税收抵免（最高 3 美元/kg）
中国／韩国／澳大利亚／印度已纳入国家级能源或产业战略；商用车、工业用氢成为重点方向

结论

氢能与氨能并非单一技术问题，而是能源系统、材料科学、化工工程、政策设计的综合挑战。

未来发展关键在于：绿氢规模化、多路径协同、成本下降、安全与社会接受度提升。

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