氢能工程师面试题目及答案

氢能工程师面试题目及答案

一、选择题（本题型共15题，每题2分，共30分

1.氢能作为一种清洁能源，其主要优点不包括以下哪项？A.燃烧产物是水，无污染B.能量密度高C.可储存和运输D.资源丰富，仅需从自然界直接获取

2.以下哪种方法是目前工业上大规模制备氢气最常用的方法？A.水电解制氢B.化石燃料重整制氢C.光催化制氢D.生物质制氢

3.氢气的储存方式中，属于物理储存的是？A.高压气态储氢B.金属氢化物储氢C.液态储氢D.化学储氢

4.燃料电池中，氢气作为燃料发生的反应是？A.氧化反应B还原反应C.置换反应D.分解反应

5.以下哪种氢能应用场景不属于交通领域？A.氢燃料电池汽车第1页共11页B.氢能火车C.氢能飞机D.氢能供暖

6.电解水制氢过程中，阳极发生的反应是？A.2H₂O+2e⁻→H₂↑+2OH⁻B.2H₂O→O₂↑+4H⁺+4e⁻C.2H⁺+2e⁻→H₂↑D.O₂+4H⁺+4e⁻→2H₂O

7.氢气的爆炸极限范围在空气中约为？A.4%~75%B.5%~75%C.4%~80%D.5%~80%

8.以下哪种材料常被用作氢燃料电池的催化剂？A.铂（Pt）B.铜（Cu）C.铁（Fe）D.铝（Al）

9.质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，质子交换膜的主要作用是？A.传导电子B.传导质子C.催化反应D.分离燃料和氧化剂

10.氢能的能量密度（单位质量）与传统化石燃料相比，大约是？A.是汽油的

2.8倍第2页共11页B.是柴油的

3.2倍C.is天然气的

4.5倍D.是煤炭的

5.0倍

11.以下哪种制氢方法对环境的碳排放最低？A.煤制氢B.天然气重整制氢C.生物质气化制氢D.核能电解水制氢

12.高压气态储氢的压力通常要求达到多少MPa以上？A.20B.30C.50D.

7013.液氢的储存温度约为多少K？A.20B.77C.100D.

27314.以下哪项是氢能在分布式能源系统中的典型应用？A.氢储能调峰B.氢燃料电池公交车C.氢能炼钢D.氢能发电站

15.氢气泄漏检测中，常用的方法不包括？A.氢气传感器检测第3页共11页B.肥皂水检测气泡C火焰检测（点燃泄漏气体）D.气体色谱分析

二、填空题（本题型共10题，每题3分，共30分

1.氢气的分子量为______，标准状态下密度为______kg/m³

2.电解水制氢的两种主要类型是______和______

3.质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心组件包括______、______、气体扩散层和双极板

4.氢燃料电池汽车的续航里程受限于______和______两个关键因素

5.目前全球最大的氢气消费领域是______，主要用于______

6.金属氢化物储氢的基本原理是氢气与金属形成______，释放时发生______反应

7.氢气的热值（高位）约为______MJ/m³（标准状态下），燃烧产物主要是______

8.固体氧化物燃料电池（SOFC）与PEMFC相比，工作温度更______（填“高”或“低”），但启动速度更______（填“快”或“慢”）

9.绿氢是指通过______（能源形式）电解水产生的氢气，其全生命周期碳排放为______

10.氢能产业链通常包括______、______、______和应用四个环节

三、简答题（本题型共8题，每题5分，共40分

1.简述氢能作为二次能源的主要优势

2.对比分析高压气态储氢、液态储氢和金属氢化物储氢的优缺点

3.说明质子交换膜燃料电池（PEMFC）的工作原理及关键性能影响因素第4页共11页4列举至少三种氢气的主要制备方法，并简述其适用场景

4.简述氢燃料电池汽车与传统燃油汽车相比，在环保性和经济性方面的差异

5.说明氢气在储运过程中需要注意的安全问题及应对措施

6.简述绿氢蓝氢和灰氢的定义及主要区别

7.氢能在发电领域的应用方式有哪些？与传统发电方式相比有何特点

四、论述题（本题型共5题，每题8分，共40分

1.论述当前制约氢能产业发展的主要技术瓶颈及可能的解决方向

2.结合氢能产业链，分析在“双碳”目标下，氢能在能源转型中的战略地位及面临的挑战

3.详细阐述质子交换膜（PEM）材料的发展现状及未来趋势，及其对氢燃料电池性能的影响

4.论述绿氢成本下降对氢能应用普及的推动作用，以及目前绿氢成本下降面临的主要障碍

5.分析氢能在工业脱碳（如钢铁、化工行业）中的应用路径及技术难点，举例说明典型案例

五、案例分析题（本题型共4题，每题10分，共40分

1.案例某工业园区计划引入氢能作为能源，目前面临以下问题

①现有电网容量有限，无法满足电解水制氢的电力需求；

②园区内已有较多化石燃料使用设备，如何逐步替换；

③员工对氢能安全知识了解不足请结合氢能产业知识，为该园区制定氢能引入的可行性方案，包括制氢方式选择、设备替换路径及安全培训措施

2.案例某氢燃料电池汽车企业在测试中发现，车辆在低温环境下续航里程明显下降，且启动困难技术团队排查后发现可能与燃料电池第5页共11页堆性能衰减、氢气存储压力变化或热管理系统有关请分析可能的原因，并提出具体的排查和解决步骤3案例某化工企业需要使用高纯度氢气（纯度≥

99.999%）进行化工合成，但目前采用的是灰氢（天然气重整制氢），碳排放较高企业计划转型为绿氢，但面临绿氢供应不稳定、管道建设成本高的问题请为该企业设计绿氢供应及使用方案，包括制氢、储氢、用氢的全流程规划

3.案例某城市规划建设氢能公交示范线，目前考虑两种方案

①采用氢燃料电池公交车建设加氢站；

②采用纯电动公交车，建设充电桩请从环境效益经济性、基础设施建设难度及运营维护成本等方面对比两种方案，并给出推荐方案及理由

六、情景模拟题（本题型共3题，每题15分，共45分

1.情景你作为氢能工程师，在一次氢能设备巡检中，发现氢气管道接口处有微量泄漏，且周围氢气浓度传感器显示已接近报警阈值（但未触发报警）此时你需要立即采取措施，确保现场安全并排查泄漏原因请描述你的具体处理步骤和注意事项

2.情景你的团队正在研发一种新型低成本氢燃料电池催化剂，目前实验数据显示其催化活性接近商用Pt基催化剂水平，但稳定性较差，寿命仅为商用催化剂的1/3作为项目负责人，你将如何调整研发方向和实验方案，以提高催化剂稳定性

3.情景公司接到客户投诉，其使用的氢燃料电池系统在运行中频繁出现“喘振”现象导致停机，影响生产客户要求在必小时内给出解决方案你需要在不了解具体系统型号和运行参数的情况下，先给出可能的原因分析（至少列举三种），并说明后续需要客户配合提供的信息及现场排查步骤第6页共11页答案汇总

一、选择题答案

1.D

2.B

3.A

4.A

5.D

6.B

7.A

8.A

二、填空题答案

1.2；

0.

08992.碱性电解水；酸性电解水（或PEM电解水）

3.质子交换膜；催化剂层

4.储氢量；加氢站数量

5.炼油化工；重油轻质化（或合成氨）

6.金属氢化物；分解

7.

14.3；水（H₂O）

8.高；慢

9.可再生能源（或水电、风电、光伏等）；零碳排放

10.制氢；储氢；运氢

三、简答题答案

1.

①来源广泛（水为原料）；

②燃烧产物无污染；

③能量密度高（单位质量）；

④可作为储能媒介，平抑可再生能源波动；

⑤适用场景广泛（发电、交通、工业等）

2.高压气态储氢优点-技术成熟、成本低；缺点-体积能量密度低、需高强度材料液态储氢优点-体积能量密度较高；缺点-液化能耗高（约30%-40%理论能量）、储存设备复杂金属氢化物储氢优点-可常温储存、储氢量大；缺点-材料成本高、吸放氢动力学性能需优化

3.工作原理氢气在催化剂层被分解为H⁺和e⁻，H⁺通过质子交换膜到达阴极，O₂在阴极得电子与H⁺结合生成H₂O，电子经外电路形成电流影响因素

①质子交换膜导电性；

②催化剂活性与分散度；

③气体扩散层传质能力；

④工作温度与湿度

4.

①化石燃料重整制氢（煤、天然气、生物质）大规模工业应用，适用于现有石化基地；

②水电解制氢清洁环保，适用于可再生能源丰富地区；

③光催化制氢/生物质制氢新能源方向，适用于光照充足或生物质资源丰富地区

5.环保性氢燃料电池汽车尾气仅为水，零碳排放；燃油车排放CO₂、NOx等污染物经济性绿氢成本下降后，氢燃料电池汽车全生命周期成本可能低于燃油车，但初期购车成本较高，燃油车燃料成本随油价波动

6.安全问题

①易燃易爆（爆炸极限4%-75%）；

②泄漏易引发火灾爆第7页共11页炸；

③低温冻伤（液氢-253℃）；

④氢气脆化设备应对措施

①泄漏检测（传感器、肥皂水等）；

②系统压力监控与超压保护；

③惰性气体置换；

④员工安全培训与应急演练

7.绿氢可再生能源电解水制氢，全生命周期零碳排放；蓝氢化石燃料重整制氢+碳捕集利用与封存（CCUS）；灰氢化石燃料重整制氢，无碳捕集，碳排放高区别主要在于制氢过程的碳排放水平

8.应用方式

①氢燃料电池联合循环发电；

②氢燃气轮机发电；

③氢内燃机发电特点

①零碳排放（绿氢时）；

②调峰能力强（可快速启停）；

③适合分布式发电；

④与储能结合可提高电网稳定性

四、论述题答案（要点）

1.技术瓶颈

①绿氢成本高（电解槽效率、催化剂成本）；

②储氢/运氢成本与安全性（高压、液化、金属氢化物）；

③燃料电池寿命与耐久性（Pt催化剂成本、衰减问题）；

④基础设施建设不足（加氢站成本高）解决方向

①新型电解槽技术（如固体氧化物电解池SOEC）；

②低成本催化剂（非Pt基材料）；

③优化储氢材料（如MOFs、化学储氢）；

④规模化降本（产业链协同）

2.战略地位

①能源结构转型核心方向，替代化石能源；

②“双碳”目标下工业脱碳关键路径；

③可再生能源消纳与储能的重要载体；

④构建多能互补系统（电-氢-热）挑战

①技术成熟度不足（储运、燃料电池）；

②成本高；

③基础设施投入大；

④政策与标准体系不完善

3.PEM材料发展现状

①质子交换膜全氟磺酸膜（Nafion）性能优但成本高，非氟膜（如聚酰亚胺、磺化聚合物）成本低但耐温/耐氧化差；

②发展趋势提高耐温性（-40~120℃）、耐氧化稳定性、降低成本（如纳米复合膜）、增强机械强度影响材料性能直接影响质子传导率、水管理、寿命，进而决定燃料电池效率与成本

4.推动作用

①降低绿氢成本可提升氢燃料电池汽车、氢能第8页共11页重卡等应用经济性；

②降低工业用氢成本，推动钢铁、化工等行业脱碳；

③促进制氢设备规模化生产，进一步降本障碍

①电解槽效率提升空间有限；

②催化剂（Pt）及膜材料成本高；

③可再生能源电价波动；

④规模化生产需时间

5.应用路径与难点（以钢铁为例）路径-

①氢气还原氧化铁替代焦炭炼铁；

②氢基竖炉（如Midrex）直接还原铁技术难点

①氢气还原反应速率慢，需高温高压；

②铁氧化物还原过程中金属铁的团聚；

③氢脆问题对设备材料要求高案例宝武集团湛江钢铁氢基竖炉项目，采用天然气重整制氢（蓝氢），逐步过渡到绿氢供应，实现吨钢碳排放下降约30%

五、案例分析题答案（要点）

1.可行性方案

①制氢方式优先选用“可再生能源+分布式电解槽”（如园区光伏配套电解槽），避免依赖电网；

②设备替换采用“以氢代煤/气”分步替换，先替换高能耗设备（如加热炉）再替换动力设备；

③安全培训编制氢能安全手册，开展“理论+实操”培训（如泄漏检测演练），张贴安全警示标识并定期考核

2.可能原因及排查步骤

①燃料电池堆性能衰减检查催化剂是否中毒、膜是否老化，通过循环伏安法（CV）测试催化剂活性；

②氢气存储压力/纯度检测储氢瓶压力传感器，分析氢气纯度（气相色谱）；

③热管理系统检查燃料电池堆温度控制精度（红外测温），排查冷却液流量与温度解决步骤低温环境下，预热燃料电池堆至工作温度（40-80℃），优化氢气存储压力至70MPa（避免压力过低影响扩散），升级热管理系统（如PTC加热）

3.绿氢供应及使用方案

①制氢自建分布式电解槽（如光伏配套）解决供应不稳定；

②储氢采用高压气态储氢（35MPa或70MPa）+小型储氢罐缓冲；

③用氢建设站内氢气纯化装置（变压吸附PSA），确保纯度≥

99.999%；

④全流程规划需考虑电解槽容量匹配生产需求，定期维护第9页共11页设备并制定应急预案

4.方案对比环境效益氢燃料电池公交零排放，纯电动公交依赖电网火电（碳排放较高）；经济性充电桩建设成本低（约10万元/个），加氢站成本高（约300万元/座）；基础设施充电桩可利用现有电网，加氢站需专用气源；运营维护电动公交维护简单，氢燃料电池公交需定期检查燃料电池堆推荐方案短期（1-3年）采用纯电动公交（基础设施投入低），长期（5年以上）若绿氢成本下降且加氢站网络完善，再转型氢能公交

六、情景模拟题答案（要点）

1.处理步骤

①立即疏散周边人员，设置警戒区，禁止火源；

②关闭泄漏点上游切断阀，打开紧急放空阀泄压；

③使用便携式氢气传感器定位泄漏点，用肥皂水检测泄漏接口；

④若泄漏轻微（如接口松动），紧固螺栓；若接口损坏，更换密封件；

⑤泄漏处理后，用氮气置换系统，检测氢气浓度至安全值（＜1%LEL），恢复系统运行并记录注意事项严禁在现场使用非防爆工具，避免产生火花；液氢泄漏时需穿戴防寒手套与护目镜，防止冻伤

2.研发调整方向

①优化催化剂制备工艺（如溶胶-凝胶法、溅射法）提高颗粒分散度；

②掺杂金属离子（如Ni、Co）或复合结构（如Pt基合金）增强稳定性；

③在催化剂表面包覆保护层（如碳涂层）抵抗氧化与腐蚀；

④加速寿命测试，建立稳定性评价模型，针对性改进材料界面结合力

3.可能原因

①燃料电池堆水管理失衡（水淹或脱水）；

②气体扩散层堵塞或破损；

③双极板流道设计不合理导致气流分布不均；

④系统压力波动过大需客户配合信息系统型号及运行参数（电流密度、温度、压力）、“喘振”时电压/电流曲线、历史维护记录排查步骤

①通过电压曲线分析是否为水管理问题（电压骤降且伴有H₂O生成）；

②拆解检查气体扩散层是否存在腐蚀第10页共11页或堵塞；

③模拟流道内气体分布（CFD仿真）；

④检查压力控制系统（阀门响应速度、压力传感器精度）第11页共11页。