水素は自然に広く分布しており、自然状態にはごく少量の自由水素しか存在しない。 産業水素とは、産業原料から大量に製造される可燃性ガス水素製品を一定の方法でいう。 エネルギー入力を通じた水素原料から産業水素を抽出するプロセスを、化石燃料水素製造、水分解水素製造、バイオ水素製造、太陽水素製造などの人工水素製造と呼びます。 水素エネルギーは、水素の化学エネルギーとして、物理的および化学的変化の間に放出されるエネルギーとして明示されます。 二次エネルギー特性を持つ重要なエネルギーのタイプです。 この大規模な人工水素製造・水素エネルギー利用は、上流水素製造、中流貯蔵・輸送、下流用途などの水素産業と呼ばれています。 水素産業システムの産業分野は、水素産業バリューチェーン、水素産業エンタープライズチェーン、水素産業サプライチェーン、需要チェーン、水素産業スペースチェーンなど、技術的・経済的な関係を基盤としている。
1 世界の水素産業は、形を取ってきた
世界の水素産業は急速に発展し、 2011 年の 187.082 億米ドルから現在の 251.493 億米ドルに成長し、成長率は 34.4% となっています。 その中で、米国は産業用水素の輸入国としては最大で、総輸入額は 2 億 4,800 万ドル、オランダは産業用水素の輸出国としては最大で、年間総輸出額は 3 億 4,200 万ドルとなっている。
人間社会は産業革命を３回経験した。 今世紀半ばから、第 4 次産業革命とともに、世界的な新エネルギーへの移行が始まっています。 エネルギー開発の歴史を見ると、 3 つの主要エネルギー源の改善は「 3 つの主要経済」の形態を反映している。
蒸気機関のワットの発明は「高炭素経済」として明示される石炭にまきの最初の主要な転換を促した ;
Daimler は、石炭を石油およびガスに 2 番目の大きな転換を完了し、「低炭素経済」を実現する内燃エンジンを発明しました。
現代の科学技術の進歩と今日の環境保護の要求は水素エネルギーのような非化石の新しいエネルギーへの従来の化石エネルギーの第 3 主要な転換を促進した。 世界は、炭素以外の「水素エネルギー時代」に徐々に突入するかもしれない
2 人工水素の製造は主に化石資源に依存している
世界の産業水素市場は地域性が高く、アジア太平洋、北米、欧州の 3 つの主要地域マップを形成しています。
現在、化石資源は水素製造の主要原料であり、石炭ガス化水素製造の可能性は大きくなっています。
2.1 産業水素製造は地域的なものです
アジア太平洋地域は、世界で初めて産業水素製造に、北米に続いています。
中国やインドなどアジア太平洋地域の急速な経済成長により、アジア太平洋地域の水素などクリーンエネルギーに対する需要が高まっています。
中国の産業用水素需要と生産は好調で、年々増加しています。 現在、需給バランスの状態を維持し、世界では需要と生産の両方が第一位にランクされています。
世界で水素エネルギーを使用する主要国として、中国は 2009 年に初めて 1 、 000 × 10 4 t を超えて以来、世界で初めての生産地を維持してきました。
2.2 化石資源からの水素製造が主流である
現在、人工水素製造用原料は石油、天然ガス、石炭などの化石資源を中心にしている。 他の水素製造法と比較して、化石資源の水素製造プロセスは成熟しており、原料価格は比較的低いが、温室効果ガスを大量に排出し、環境を汚染する。
従来、人工水素製造のための世界の主要原料の 96% 以上は従来の化石資源の熱化学改質から来、水の電気分解からわずか 4% しか来なかった。 石炭ガスと天然ガスは、人工水素の生産に使用される主要原料であり、それぞれ 62% と 19% を占めています。 水素製造は水分解による水素製造が日本の水素産業では特別な地位を占め、塩水電気分解水素製造能力は、人工水素製造能力の 63 ％を占めています。
2.3 石炭ガス化水素製造は、大きな開発可能性を秘めています
石炭ガス化とは、高温、通常の圧力、または加圧状態でガス生成物を形成するガス化剤を使用した石炭の反応を指します。 石炭・合成ガス産業、石炭・石油産業の発展により、石炭・水素生産は、大規模かつ低コストで年々増加し、水素製造コストは約 20 元 /kg となっています。 また、化学製品（合成アンモニア、メタノールなど）の製造工程において、水素を含むリラクゼーションガスから純度 99% 以上の工業用水素を回収する装置が成熟し、増加しています。
地下石炭ガス化水素製造は、開発の可能性が高く、石炭をクリーンな方法で変換して利用するための効果的な方法でもあります。 地下石炭ガス化水素製造技術は、資源利用率が高く、表面環境へのダメージが少ないという利点があります。 これは、自国の豊富な石炭の資源構造特性に適合しているが、石油やガスの不足にも対応している。 しかし、この技術はまだ調査段階にあり、商業利用からはまだ長い道です。
3 水素の効率的な貯蔵および輸送技術は焦点である 開発の
水素エネルギーの実用化を実現する鍵は、安全で効率的な水素貯蔵・輸送技術です。 水素エネルギーの貯蔵方法には、主に低温液体水素貯蔵、高圧ガス水素貯蔵、固体水素貯蔵、有機液体水素貯蔵などがある。 水素貯蔵法は水素貯蔵密度が異なる。水素貯蔵法はガス水素貯蔵密度が最も小さく、水素水素水素貯蔵法は水素貯蔵密度が最も大きい。
3.1 低温液体水素貯蔵のコストが高い
水素エネルギーの実用化を実現するためには、産業水素の大規模で安価な生産・貯蔵・輸送が基盤となっています。 気体水素は -253 ℃で液体で、液体水素の密度は気体水素の 845 倍です。 液体水素貯蔵の重量比は 5.0 ％〜 7.5 ％で、容積容量は約 0. 04 kgH 2/L である 水素液化は高価で、液体水素製造コストの約 3 分の 1 を占めるため、エネルギー消費量が多い（ 4~10kWh/kg ）。 液体水素貯蔵容器は液体水素の沸騰そして気化を避けるために非常に高い絶縁容量を有する必要がある。
現在、液体水素は主に宇宙ロケット推進用燃料として使われており、貯蔵タンクやトレーラーは私の国の航空宇宙分野などで使われています。 人間空間の開発により、液体水素貯蔵容器が大きくなり、 1,000 m3 以上の貯蔵容量を持つ大型液体水素絶縁貯蔵タンクを建設することができます。
3.2 高圧ガス水素貯蔵技術は成熟している
高圧ガス水素貯蔵は、現在最も広く使用されている、最も成熟した水素貯蔵技術です。 その貯蔵方法は工業水素を高圧抵抗性の容器に圧縮することである。 高圧ガス水素貯蔵装置には、主に固定水素貯蔵タンク、長管ガスボンベ、長管束、スチール製シリンダー、車両搭載水素貯蔵容器があります。
スチール製シリンダは、最も一般的に使用される高圧ガス水素貯蔵容器で、単純構造、圧縮水素調製のための低エネルギー消費、高速充填および吐出速度、さらに安全性能が低く、容量が少ないという欠点があります。 現在、中国で建設中の水素補給ステーションは、一般的にロングチューブガスシリンダーグループの水素貯蔵装置を使用しています。
3.3 ソリッドステート水素貯蔵技術はまだ成熟していません
固体水素貯蔵は、高圧ガスおよび低温液体水素貯蔵法の欠点を効果的に克服できる水素貯蔵法として最も有望な方法です。 水素貯蔵量密度が高く、操作が簡単で、輸送が便利で、低コストで安全性が高いという利点があります。 水素燃料電池車など、厳密な量の要求がある場合に適しています。 固体水素貯蔵技術は、物理的な吸着水素貯蔵と化学水素水素貯蔵に分けることができる。 前者は金属有機フレームワーク（ MOF ）とナノ構造炭素材料に細分化でき、後者はチタン、マグネシウム、ジルコニウム、レアアースなどの金属製の樹状状状、ボロハイドルドや有機ハイドルドなどの非金属製の樹状に細分化することができます。
水素金属水素水素水素貯蔵は、水素の高密度、高純度、高信頼性（高圧や低温条件は不要）、水素貯蔵プロセスの簡素化などの利点を有しています。 主な原則は、低圧条件で適切な金属製の水素を選択し、水素を別の物質（水素貯蔵合金）と結合して準化合物状態を形成することです。 現在、水素金属貯蔵は研究段階にあり、まだ商業化されていません。 主に次の要因によって制限されています。 (1) 水素貯蔵合金は高価で、 (2) 構造は複雑です。 水素貯蔵プロセス中に大量の熱が放出されるため、蓄電装置に熱交換装置を追加する必要がある。 (3) 水素化物自体は安定性が低く、有害な不純物成分を発生しやすい。 繰り返し使用した後、性能は著しく低下します。 (4) 水素貯蔵の質は比較的低いです。 質量で測定した場合、産業水素の 2% から 4% しか貯蔵できません。
3.4 有機液体水素貯蔵は大いに注目された
有機液体水素貯蔵技術は、不飽和液体有機物の水素生成と脱水素反応を可逆的に行うことで水素貯蔵を実現します。 この水素貯蔵方法に良質、大量の水素の貯蔵の密度、安全、容易な長距離輸送および長期貯蔵の利点がある。 有機液体水素貯蔵技術は研究開発段階にあり、要求の厳しい技術要件、高い費用、低い脱水素効率、容易なコーキングおよび非活性化のような不利な点をまだ有する。
触媒水素化装置と脱水素装置の設備コストが高い。 脱水素反応は、低圧および高温の異種環境条件下で完了する必要があります。 熱伝達と質量伝達と反応平衡限界によって制限される脱水素反応効率は低く、側方反応が発生しやすく、結果として純粋な水素生成物が生成されます。 また、高温条件下では脱水素触媒の孔構造が容易に破壊され、コーキングや非活性化が可能となります。
4 水素産業インフラ
産業水素輸送の主な手段は、高圧ガスまたは液体水素のパイプライン輸送です。 長距離パイプラインでは、パイプライン鋼と高圧水素の適合性に関する基礎研究を行い、パイプラインの運用と管理方法を革新して長距離高圧大規模水素パイプラインの建設を実現する必要があります。
4.1 パイプライン水素輸送は初期段階です
パイプライン水素混合技術と水素油の共同輸送技術は、長距離および大規模な水素輸送を実現する上で重要なつながりです。 世界的なパイプライン水素輸送は早い時期に開始されましたが、開発に時間がかかりまし ヨーロッパは 80 年以上間長距離パイプラインによって水素を運ぶ。 現在、全長約 1,500 キロメートルの水素パイプラインを有しており、その中で約 400 キロメートルの長さを持つフランス・ベルギーの水素パイプラインは世界最長となっています。 米国の既存の水素パイプラインの長 さは 720 キロで、天然ガスパイプラインの長さよりもずっと短くなっています（約 55 × 10 、 4 キロ）。
当社の国では、全長 25 km 、年間ガス伝送能力 10.04 × 10 4 t の Sinopec Luoyang Refining や Chemical Jiyuan-Luoyang 水素パイプラインなど、多くの水素パイプラインがすでに稼動しています。 五海銀川コークス炉ガスパイプラインの全長は 216.4 km で、年間のガス透過能力は 16.1 × 10 8 m 3 で、主にコークス炉ガスと水素混合ガスの輸送に使用されます。
4.2 水素供給ステーションの水素・オイル共同建設
水素産業市場の拡大が続く中、水素産業の連鎖は、継続的に改善される傾向にある。 現在、水素燃料自動車の開発が急速に進み、産業水素需要が大幅に増加しており、水素補給ステーションの建設も加速しています。
2017 年末時点で、世界各地で 328 の水素補給ステーションが稼働しています。そのうち、ヨーロッパでは 139 、アジアでは 119 、北米では 68 、南米とオーストラリアでは 1 ステーションが稼働しています。
「中国の水素エネルギー産業インフラ整備に関するブルーブック」では、私の国の中長期水素供給ステーション建設と燃料電池車の開発目標を策定しました。 私の国は 2030 年までに 100 の水素の給油所および 1,000 を造ると期待される。 2018 年 2 月現在、中国は合計 31 の水素補給ステーションを建設し、そのうち 12 か所が稼働しています。
水素ステーションの主な設備には、水素貯蔵装置、圧縮装置、充填装置、ステーション制御システムなどがある。 現在、水素補給ステーションの世界平均建設コストは 200 万ドルから 500 万ドルで、その中でコンプレッサのコストが最も高く、総コストの約 30% を占めています。 中国の水素補給ステーションの建設コストは、 200 万ドルから 250 万ドル（ 35 MPa の水素化能力）の比較的低い。 そのため、産業用水素コンプレッサのローカリゼーションプロセスを加速し、水素補給ステーションの建設コストを削減し、水素産業の発展を促進する必要があります。
世界の水素補給ステーションが急速に発展すると予測され、 2025 年には 1,000 以上のステーションが存在する。 同時に、ドイツ、日本、その他の国々が採用している共同建設モデルなど、水素供給ステーションとガスステーションの共同建設の実現可能性を検討する。 中国広東省雲府で複数の水素補給ステーションとガスステーションの共同建設試験を実施。 将来的には、水素供給ステーション、ガソリンスタンド、ガソリンスタンド、充電ステーションの 4 ステーション共同建設モデルが登場する可能性が高い。
