20世紀70年代，中東第三次戰爭導致世界范圍內的能源危機后，美國通用汽車公司提出了氫經濟概念，主要為描繪未來氫氣取代石油成為支撐全球經濟的主要能源后，整個氫能源生產、配送、貯存及使用的市場運作體系。經過近40年的發展，氫能利用方面取得了一定成就，氫燃料電池汽車等已經開發并運用，但氫能產業整體上仍處于“示范”階段，各種氫能公共基礎設施建設仍不健全，氫能未進行大規模運用，與氫經濟描繪場景相去甚遠。
1 氫能產業發展現狀
1.1 制氫產業
制氫主要的原理一種是從C-H鍵斷裂，主要從烴類物質（石油，天然氣等）提取，另一種是從O-H鍵斷裂入手制氫，主要為水分解。現階段流行的制氫工藝有電解水制氫，甲烷水蒸汽重整制氫，煤制氫、甲醇制氫、氨分解制氫等，除電解水是從O-H斷裂外，基本都是利用化石能源C-H鍵斷裂制取，嚴格意義上說化石能源制氫除非有除碳措施，并不能達到減排的目的，目前主流的制氫仍是以化石能源制氫為基礎，大約占了目前制氫比重的90%以上，迫切需要一種經濟環保的制氫方法來支撐氫能產業。
由于現在技術水平發電效率在35%左右，電解水制氫效率即使效率最高的SPE法也才90%，總體效率低于30%，經濟性較差，只能利用峰谷期間余電來制取，或者通過可再生的太陽能，風能來進行制取，不適宜進行大規模制氫。
水裂解制氫是最直接的方法，但是研究表明需要2500K以上水的分解才比較明顯，考慮材料耐高溫及氫氧分離技術限制，水直接分解目前技術上不可行。
為達到環保的目的，利用清潔的一次能源核能大規模制氫看來是行之有效的辦法。再通過熱化學方法，把核電廠產生高溫蒸汽與先進的熱化學制氫工藝相結合，達到大規模制氫的目的，這個過程中由核能高溫蒸汽與先進的熱化學方法耦合制氫減少了能量轉換（熱-電）這一中間過程，預期制氫效率可達50%以上。現在主流的熱化學方法制氫體系有：含硫體系，氧化物體系，鹵化物體系，雜化物體系。其中又以美國通用GA公司的IS循環制氫制氫最為著名，并進行了小規模的試驗驗證。該體系流程如圖1所示，要求蒸汽溫度達到850℃左右，可以跟當前研究的高溫氣冷堆進行耦合。
1.2 氫氣的儲存、運輸
良好的氫氣運輸網絡是氫能產業發展的必要基礎條件。氫由于具有易燃易爆的特點，爆炸極限濃度為4.0%～75.6%（體積濃度），同時在高壓下容易使材料發生氫脆，導致氫氣儲存、運輸一直是一個比較棘手的問題。當前主要的氫氣運輸主要通過儲氣罐汽車輸送為主。國內氫氣的儲存仍是以壓縮罐儲存為主，氫能汽車采用的是35MPa或70MPa的高壓氣儲氣罐。運輸基本通過儲氫罐車運輸，有少部分工業園區采用管道直接供給合成氨、石油催化產業，均沒有形成較為廣大的網絡。
歐洲NaturalHy項目、荷蘭的VG2項目、德國的DVGW項目以及美國能源部實施的氫能管道研究發展工程等均研究了摻氫天然氣管道輸送的安全問題。據了解已有管道達到摻氫20%左右，仍能保證安全性。利用現有的天然氣管道進行改造升級，使其能夠輸送氫氣，是氫能快速推廣的一種捷徑。但是由于天然氣目前儲量還是比較豐富，現階段只需要支付開采成本，氫氣沒有價格優勢，氫氣使用普及存在一定阻力。
液化氫氣密度為常溫下的845倍，氫氣液化儲存需要達到超低溫-253℃，但氫氣液化成本高，能量損失大（氫液化所需能量為液化氫燃燒產熱額的30%），且存在蒸發損失，需要極好的絕熱裝置來隔熱，也僅在一些特殊領域有所運用，如航天領域。當前也在研究運用合金儲存，或者芳烴類有機物進行儲存，但目前情況來看儲存的氫氣質量分數都在10%以下，還需要配套催化加氫脫氫設備，現在情況相對于儲氣罐儲存仍沒有優勢。
氫氣輸送與運用的理想狀態是如電能一樣，達到發電量與負荷的平衡狀態，盡量減少儲存環節。預期未來氫能產業發展到一定程度，使氫氣生產與消費達到基本平衡，實現氫氣零儲存的理想的狀況。
1.3 氫能應用領域
現階段氫氣主要用于化工領域，少部分用于交通運輸。化工領域包括合成氨生產，石油催化劑提高油品，醫藥合成中的催化氫化等。交通運輸方面主要運用于氫能汽車，但全球范圍內比重較小。
目前氫能源汽車續航里程已經可以達到400~600km，電池電堆壽命也可達到4000h以上，但由于現在燃油車預計仍在相當一段時間內仍有優勢，以及電動汽車的競爭壓力，加氫站數量限制，基礎配套設施不能滿足需要，氫能汽車未廣泛推廣。
值得關注的是目前開發的燃料電池不僅可用氫氣作為燃料，也可用甲烷，甚至是石油均可作為燃料。且當前氫燃料電池要求的氫氣濃度要達到99.99%以上，這對于氫氣的要求太高，這也限制了氫能汽車的發展。
2 氫能發展主要制約問題
2.1 經濟性問題
化石能源仍在相當一段時間內有競爭力，畢竟基本上支付開采成本就好，而氫氣在地球自然界沒有大規模存在，需要經過加工提取，相對來說成本較高。同時在氫氣運輸上，氫氣管道材料要求較高，氫氣管線成本是普通燃氣管道的2~3倍。加之下游氫能推廣仍處于起步階段，市場不夠廣闊，仍不夠經濟。如果目前沒有環保方面的壓力，化石燃料還是在經濟上有優勢。
2.2 基礎設施不完善
截止2018年底，全球共有369座加氫站。其中歐洲152座，亞洲136座，北美78座。中國目前12座，在建24座。沒有形成較大的氫氣傳輸管道。這極大的限制了氫燃料電池汽車等終端使用。現在國內燃氣管道基本上是天然氣管道，以前含有氫氣的煤氣管道基本上進行了改造，氫氣在成本上并不占有優勢，加之安全問題，并沒有大規模用于居民燃氣。
2.3 安全問題
由于氫氣自身性質，易燃易爆，易泄露等原因，使氫能基礎設施成本加大，民眾的接受認可程度也較低，不利于創造寬松的應用發展環境，使氫氣運用受限。
2.4 技術成熟度不夠
核能制氫技術仍停留在理論上，由于下游需求問題，沒有專門用于制氫的在運的核電廠；碘硫循環等制氫技術也只是在實驗室進行小規模驗證；發展比較成熟的氫燃料電池技術取得了一定成績，但是由于鉑催化劑來源等問題發展受限，短期內跟電動汽車、傳統燃料汽車沒有優勢。
3 氫能發展方向建議
3.1 規模低價的氫氣來源
氫能作為清潔低碳能源，未能大規模應用，成本是大問題，現在制備價格都5元/m3左右，是天然氣的2倍以上，需要從源頭上降低氫氣價格。通過核能蒸汽熱化學循環是未來制氫發展的方向，只有保證穩定，充足的來源才能為下游終端用戶創造良好環境。
3.2 以自然壟斷促進氫氣基礎設施建設
要讓氫能發展成未來社會的必需品，可以參考水、電、天然氣、通訊的發展模式，讓企業通過壟斷，大規模建造氫氣運輸、儲存網絡來降低成本，特別是利用天然氣已有的管道來改造升級，先通過摻氫管道建設，首先讓氫氣可以用起來，有了市場，自然也能促進下游終端開發，即使再不濟，居民生活用氣也是一個大市場。
3.3 氫能發展應先粗獷式的發展
目前火熱的燃料電池技術雖然成果較大，極大的提升了氫能利用效率，但是對于氫氣純度要求太苛刻，一般要達到99.99%以上，使用門檻太高對氫能發展不是好事情。如能開發出純度要求不高的混合氣體燃料電池，或者是直接開發高效率的內燃式的氫氣發動機，或許更能促進氫能產業的發展。在初期發展階段，建議可考慮用氫氣替代一部分天然氣，讓氫能先應用于生活、生產能源，改變社會能源結構，先達到減排作用。
3.4 加大氫能產業的扶持力度
新興產業的發展初期階段都離不開政府政策的支持，政府資金政策扶持可降低投資者初期風險。可采取合作的方式與投資者建設加氫站，補貼氫氣運輸管道建設，獎勵儲氫材料，氫能技術開發研究等。
4 總結
地球豐富的水資源為氫能未來發展提供巨大空間，技術的日趨成熟也為氫能發展提供了保障，氫經濟發展需要足夠的耐心，需等待到大眾已經不能忍受化石能源帶來的一系列問題，氫能將逐漸成為主流。可以想象未來通過清潔的一次能源核能作為制氫能源，通過核蒸汽與碘硫循環等先進的熱化學工藝集合制取廉價氫氣，完善的管道網絡輸送至生產，生活終端，達到制造與消費的平衡，氫經濟最終形成。
