氢元素是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%以上。氢元素热值高，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，理论能量更高；氢元素燃烧反应化学产物是水，排放清洁；氢元素广泛来源于水，地球上获取方便。在21世纪，以电解水制氢为代表的绿色氢能源，大概率将在世界能源舞台上大展拳脚。

图1：氢元素属于第一列能源元素

  根据氢能源的制备方法，氢能源分为灰氢、蓝氢、绿氢三类。灰氢为早期氢能源的启蒙阶段，用化石能源制氢；蓝氢为中期过渡阶段，用化石能源制氢辅之以二氧化碳捕捉与封存；绿氢为最终目标，用可再生能源、核能电解水制氢，实现全过程100%绿色。

  在全球碳中和背景下，利用风光能源多余供给实现全天候水解氢是发展重点，降低制备成本是核心议题。

  当前全球氢气年产能约7000万吨，我国氢气产能约3342万吨，占比近一半。国外市场以天然气制氢（蓝氢）为主占比约为75%，我国以煤制氢（灰氢）为主占60%以上。

图2：我国氢气制取来源

  传统制氢方法方面，可分为煤制氢、工业副产氢、天然气制氢、甲醇制氢，同时还涉及氢气纯化（即利用物理或化学方法，除去氢气中杂质）。

  电解水制氢方面，主要方式为碱性水电解槽和质子交换膜电解槽。我国碱性水电解制氢技术较为成熟，应用比较广泛，但存在单体制氢能力较小、电流密度小、占地面积大等问题；质子交换膜电解制氢技术国内外均处于研发和少量应用阶段，我国质子交换膜制氢技术在设备成本、催化剂技术、质子交换膜本身等方面与国际先进水平差距较大。

  预计我国短期以成熟的碱性水电解制氢技术为主，中长期为碱性、质子交换膜等多种制氢方式并存。其他制氢方式包括生物质制氢、光解水制氢、核能制氢等，但目前仍处于实验研发阶段，尚无规模化应用。