2023年刚刚过去，在持续低迷的全球经济环境下，新能源行业成为为数不多的逆势增长点。在“双碳（碳达峰、碳中和）”目标的指引下，继太阳能、风能后，氢能作为公认的低碳和零碳能源正在脱颖而出。以燃料电池为代表的氢能开发利用技术取得重大突破，全球氢能全产业链关键核心技术趋于成熟。

然而，因为氢能制备、储运及使用的成本居高不下，基础设施配套不足，以及产需脱节等多重因素的影响，氢能产业要实现规模化发展的瓶颈也是肉眼可见，而这也为我们所在的塑料行业带来了一定的新机会。

从氢能产业链来看，氢能产业上游包括制氢，而氢气制备主要通过三种方式完成：

1）电解水（绿氢）；

2）工业副产氢（蓝氢）；

3）化石燃料（灰氢）。

目前主流的制氢手段以化石能源制氢和工业副产制氢为主，技术成熟，且成本相对较低，但存在着碳排放的问题，从环保和可持续性角度来看并非制氢的最优选项。电解水制氢可实现无碳排放，且制取的氢气纯度高，但却面临耗电量大、投入资金高等难题。氢能产业链的中游是氢气的运输和储存，气态运输和储存是主流方式，技术成熟，但储运环节的安全性和效率制约着产业的发展。下游应用主要包括加氢站、电池，最终是氢能汽车。氢能从业者们亟需通过新材料新技术的推广应用，为氢能产业提速。

蒸汽重整器将碳氢化合物分解成氢气（即灰氢）和二氧化碳

绿氢制备技术包括：碱性水电解技术（AEL）、质子交换膜水电解技术（PEM）、阴离子交换膜电解水技术（AEM）等制氢技术。目前，全球市场电解水制氢基本被AEL和PEM瓜分，两者占比分别约为80%和20%。山东东岳未来氢能材料有限公司掌握质子交换膜技术，其产品（见下图）作为固体电解质具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性等优点，是PEM水电解制氢设备的良好选择。

AEM相对来说是一项较新的技术，兼具了AEL低成本和PEM高效率的双重优势，是目前较为前沿的电解水技术之一，也是未来绿氢大规模应用的首选技术之一。然而，AEM至今尚未实现产业化，究其原因，其最大的发展瓶颈在于关键材料的研发，特别是阴离子交换膜。这就到了塑料材料来显身手的时候了。

阴离子交换膜是AEM电解槽的核心部件，膜的性能直接影响了AEM电解槽的稳定性、寿命、运行效率以及生产成本等。目前，AEM膜研发的痛点包括耐化学性、氢氧根离子传导率低、电流密度低、化学稳定性差、无法兼顾性能和使用寿命等。全球范围内只有少数企业和高校在研究开发AEM膜，德国赢创（EVONIK）公司就是其中之一。

电解膜 

赢创正在开发一种名为DURAION®的阴离子交换膜，可实现膜电解工艺的质量三角，即在化学稳定性、机械完整性和离子导电性上实现平衡。在此基础上，赢创还在联合行业内的其他公司，包括科研机构、电解槽开发商、能源公司等，合作推进整套电解系统的开发。目前，赢创与合作伙伴已对DURAION®离子交换膜进行了数千小时的运行测试，DURAION®表现出了卓越的导电性和稳定性，这为大规模部署并采用突破性AEM工艺铺平了道路。

未来，随着相关材料的不断革新，绿氢的制备成本有望持续降低，继而随着规模化的提升，最终实现普及。

储运环节一直是阻碍氢能源降低成本和规模化发展的天然劣势。为了解决氢能源的储运密度、轻量化、安全以及成本问题，高压气态储氢罐也在不断创新与发展，这也是塑料材料和技术正在面临的新机遇。

目前，高压储氢容器主要分为纯钢制金属瓶（I型）、钢制内胆纤维环向缠绕瓶（II型）、铝内胆纤维全缠绕瓶（III型）及塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型）4个类型。后三种采用复合材料的耐压容器，以消除氢气泄露与容器爆破等不安全因素。其中，IV型瓶质量最轻，适合于车载，是未来车用储氢体系发展的主流技术路线，但对于国内绝大多数生产商来讲尚处于研发验证阶段。

内胆是IV型储氢瓶的核心部件之一，为了气瓶的轻量化以及储运量不断提高，内胆的制作以及外部缠绕开始向塑料和碳纤维方向发展。塑料内胆一般采用特殊类型及牌号尼龙材料，由于尺寸较大，其中一种制造工艺通常会将塑料筒身通过焊接的方式连接在一起，这为塑料激光焊接技术以及红外焊接技术提供了用武之地。

塑料激光焊接技术绝大多数应用于小尺寸塑料件的精密焊接，对于焊接长度接近2米的氢瓶塑料内胆，要成功实现激光焊接是非常困难的事情。如此大的塑料件，激光焊接会导致其变形量较大，而变形将会导致激光焊接面无法贴合，焊接工装无法有效将氢瓶压合，无法进行有效的激光焊接，哪怕勉强进行了激光焊接，焊接强度也远远无法满足氢瓶对于爆破压力的要求。塑料激光焊接技术的高成本以及对于塑料件尺寸的高要求，在国内的IV型氢瓶领域，会更多的尝试使用红外焊接技术。莱丹公司提供的红外焊接技术是一种非接触式的清洁型节能型的焊接方式。

在氢运输方面，管道运输是一种更具成本效益的大规模、长距离氢能源运输方式。利用现有天然气管线掺氢和新建纯氢管道输氢都是现实可行的方案。

氢气管道面临的主要挑战是材料的氢腐蚀。现有的输气管道通常为金属材料，在高浓度氢气的高压环境下会造成其性能的劣化，导致氢脆、气体泄漏等问题。因此，目前输氢管道的研究方向主要是纤维增强的聚合物材料。聚合物材料制成的非金属柔性管具有轻质、高强度、耐腐蚀的性能，且具有连续结构，可以生产更长管段。采用全聚合物结构则能保证管道在更高的压力下也不会产生氢脆，大幅降低氢气泄漏风险。国内有东宏管业等企业在布局柔性塑料输氢管材研发。海外有奥地利维也纳塑料管企业PipeLife公司开发出了一种适用于氢气应用的可缠绕增强热塑性工业管道系统SoluForce H2T（见下图），适用于工作压力高达42 bar的氢气应用，在氢运输领域独一无二，也是全球首创。与替代方案相比，这种即用型管道解决方案对绿氢和可持续能源组合的可行性产生了重大影响。

天然气掺氢输送到达终端后，还面临着将管道中的氢分离出来的挑战。膜分离技术凭借着占地面积小，能耗低，简单易操作等优势，成为一种极具优势的H2分离纯化技术。分离膜种类在不断发展，如有机聚合物膜、无机多孔膜、混合基质膜等。有机聚合物膜具有结构多样、成本低、柔性好、制膜工艺相对成熟等优点，是目前唯一大规模使用的H2分离膜。有机聚合物膜按照晶体结构可以分为结晶膜和非结晶膜，结晶膜主要是共价有机框架膜，非结晶膜包括聚砜（PSF）类、聚酰亚胺（PI）类、醋酸纤维素（CA）类、含硅聚合物类、自具微孔聚合物（PIMs）类、聚苯 并咪唑（PBI）类和苯并咪唑连接聚合物（BILP）类等。

塑料新材料在赋能氢能产业链中扮演了至关重要的角色，在未来还将继续助推氢能产业的飞速发展，有很多新材料、新技术都将在氢能产业增长的过程中获得用武之地，扛起能源转型和低碳发展的重任。