一、氢能技术

目前美国99%氢气生产来自化石燃料，只有1%的氢气来自电解。^[25]2020年7月，美国能源部发布战略《氢能战略：赋能低碳经济》，不断加快氢技术的研究、开发和部署。2020年11月，能源部发布《氢计划》，旨在开发可负担的清洁氢技术，刺激对清洁氢的商业需求。2021年6月，美国能源部制定了首个氢射击计划“氢能攻关”（Hydrogen Shot），提出在10年内将清洁氢的成本降低80%，至每公斤1美元。

（一）制氢技术

两种最常见的制氢技术是蒸汽-甲烷重整（SMR）和电解（用电分解水）。目前，美国几乎所有商业生产的氢气都来自蒸汽-甲烷重整法（SMR），该制氢技术已被认作是一种广泛应用的工业制氢方法。美国大部分的氢气是通过大规模的天然气重整生产的。电解制氢技术主要利用电流将氢从水中分离出来，这一过程被称为电能转化为气体，这项技术已经成熟，并可用于商业用途。电解本身不产生除氢和氧以外的任何排放物。目前，美国正在研究其他制氢技术，包括采用通过光来制造氢气的微生物、将生物质转化为气体或液体，并分离氢气、利用太阳能技术从水分子中分离氢等。

（二）应用领域

在美国，氢气的应用领域多种多样，比如工业、交通、发电、航空等，其中工业领域使用氢的比例最高，主要用于提炼石油、处理金属、生产肥料和加工食品，炼油厂使用氢来降低燃料中的硫含量。美国国家航空航天局（NASA）在20世纪50年代开始使用液态氢作为火箭燃料。氢燃料电池还可以通过氢原子和氧原子结合来发电。截至2021年10月底，美国113个设施中约有166台燃料电池发电机在运行，总发电能力约为260兆瓦。^[26]

此外，氢动力燃料电池汽车兼具高效性和低排放性，可在减少相关车辆温室气体排放，如卡车、中重型车辆、货车、货车、轮船等发挥重大作用。美国目前大约有48个氢燃料汽车加气站，几乎都在加州。^[27]为平衡电力需求的季节性变化，氢气还可用作长期储存，用于广泛的固定发电领域，包括大规模发电、分布式发电、热电联产（CHP）和备用电源。

（三）未来研发重点领域

使用气化和重整技术生产碳中性氢。化石能源办公室将持续发展CCUS技术，包括电力和工业部门的前期及后期技术，以及直接空气捕获技术。为证实化石燃料、生物质和废塑料制氢的零碳或负碳排放，化石能源办公室将推进制氢过程中燃烧前二氧化碳捕集技术的开发。利用CCUS开发先进气化材料、组件（气化炉、净化系统、膜、催化剂）和系统（小型和大型等离子、热和微波），从而可利用多种燃料（煤、生物质和废塑料）生产低成本的碳中性氢。

大规模氢气运输基础设施。主要有四种大规模氢气输送方式：气态管拖车、管道（气态氢）、液态罐车和化学氢载体。目前美国有超过2 575 公里（1 600英里）的专用氢气输送管道，主要集中在墨西哥湾沿岸。^[28]将研究解决将氢混合到现有天然气基础设施中，并最终用氢替代天然气的设计和材料要求。加速开发与人工智能相结合的新组件、配置和传感器技术，用于实时运行监控和早期故障检测，从而能在商业应用中安全运输氢气。

大规模现场和地质储氢。在实现大规模现场和地质储氢中，将致力于研究以下领域：开发先进的储氢材料和系统来大规模储氢，以支持电力工业和多联产；开发混合天然气氢混合物的管道技术和组件，以确保在现有天然气基础设施内实现可靠输送；开发转化技术（催化剂、材料和工艺），利用氢气生产附加值产品和/或化学产品，特别是氨，以储存能量用于未来的电力生产。

氢气用于发电、燃料、制造。计划开展一系列研究，包括开发氢燃料涡轮机技术，用于一系列领域的潜在改造，比如内燃机、工业燃气涡轮机和用于发电和运输（地面、空中和海洋）的燃烧系统；开发固体氧化物电池作为电解槽（SOEC）运行，以生产用于储存的氢气，以及开发可逆系统，在电力生产需求旺盛时作为固体燃料电池（SOFC）运行；为炼油、冶金、食品加工、水泥、运输和其他部门的氢或衍生化学品的利用制定规范和安全标准；利用液化天然气出口许可审查的工作来确定安全和出口终端的要求，从而支持向对氢具有高需求经济体的出口。