降低制氢成本的途径

在2021年6月，DOE宣布了Energy Earthshots计划，旨在加速清洁能源解决方案的发展。Hydrogen Shot™是该计划的一部分，目标是在十年内将清洁氢气的生产成本降低至每公斤1美元。

这份名为《Hydrogen Shot战略：水电解技术评估》的报告全面评估了关键的电解技术，包括当前的技术状态和实现Hydrogen Shot战略目标所需的成本降低方法。

这是对清洁氢气生产途径的第二次评估。第一份报告《Hydrogen Shot技术评估：热转化方法》探讨了通过热量转化化石和/或废物原料生产氢气的过程。第三份报告将对先进途径的氢气生产进行技术评估，包括直接利用阳光分解水的过程。

实现Hydrogen Shot的成本削减目标将为氢气开辟新市场，包括钢铁制造、清洁氨生产、能源储存和重型卡车运输，这将提高能源安全和弹性，创造就业，并加强美国在全球清洁能源市场的地位。

报告重点关注了电解槽的现状和实现1美元/千克氢气目标的研发需求。随着技术进步，将进行更新评估和更详细的分析。

电解槽系统由电池堆和BOP（平衡部件）组成，电池堆由多个单元构成，其大小和数量、系统中电池组的数量以及BOP设备的数量都可能因系统配置而异。

报告还讨论了不同技术的成熟度和DOE的中期及最终技术目标，以及PEM（质子交换膜）系统的成本分解和降低成本的潜力。

结论指出，水电解技术对于实现美国能源部的氢能目标至关重要。技术评估总结了该领域在成本、商业化、性能、寿命和部署方面的现状，并强调了在不同类型电解槽中通过研发取得进步的机会。

通过重点和持续的投资研发，以及与可再生能源和/或核能发电的结合，三种商业上最成熟的电解槽技术——PEM、碱性（LA）和氧离子固体氧化物电解槽（O-SOEC）——显示出在十年内实现Hydrogen Shot目标并实现1美元/公斤的LCOH（氢气平准化成本）的潜力。长远来看，两种技术成熟度较低的技术——阴离子交换膜（AEM）和质子固体氧化物电解槽（P-SOEC）——可能具有潜在优势。

技术经济分析基于多个来源的技术输入，并使用了已发布的电解槽技术目标。它基于当前电网、当前清洁能源资源和混合清洁能源系统的未来预测。影响成本的其他因素，如副产品销售或清洁氢气生产税收抵免，在本次分析中未考虑，但可能进一步降低LCOH。

本次评估包括的五种电解槽技术处于不同的技术开发阶段和商业化水平。不同的技术在某些最终用途和某些清洁能源资源方面可能更具竞争力。随着对清洁氢气需求的大幅增长，所有这些技术都可能发挥重要作用。由于氢气在多个行业的应用非常多样化，每个行业都有特殊需求，不太可能只有一两种电解槽技术完全主导市场。

实现氢能目标的关键研发机会可以分为三个主要领域：技术进步、制造和规模经济以及清洁能源系统集成。需要在所有三个领域作出努力；仅凭一项创新不足以将氢气成本降低到1美元/公斤。实现Hydrogen Shot目标将需要在这些领域战略性地分配资源和努力。美国能源部的氢气计划以及氢气跨部门工作组完全有能力满足这些广泛的研发需求，在未来几年实现具有成本效益的清洁氢气生产，并在实现国家气候和能源目标方面发挥重要作用。

附件：

https://netl.doe.gov/projects/files/HydrogenShotTechnologyAssessmentThermalConversionApproaches_120523.pdf