??? 氫氣雖然是一種清潔環(huán)保且的能源,在產(chǎn)生能量的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生碳排放,是未來(lái)替代礦物資源的有效選擇之一,目前氫能汽車與化學(xué)燃料電池正在逐步拉動(dòng)未來(lái)的高純度氫氣需求。但是由于目前的工藝制取氫氣成本過(guò)高且可復(fù)制性不強(qiáng)導(dǎo)致氫能的推廣遇到了技術(shù)上的阻礙。目前以四類制氫方式為主:化石燃料(例如煤)制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、電解水制氫、生物質(zhì)及其他制氫方式,雖然制氫方法多樣,但各存優(yōu)劣。
???? 電解水制氫氣是通過(guò)電能給水提供能量,破壞水分子的氫氧鍵來(lái)制取氫氣的方法。工藝過(guò)程簡(jiǎn)單且無(wú)碳排放,制取效率一般在75%至85%之間,但是電費(fèi)一般占全部成本的80%左右。要想在電解水的過(guò)程中降低成本,一般從兩個(gè)方面著手:提高電解效率和尋找電價(jià)洼地。主要的電解技術(shù)包括堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水(PEM)制氫和固態(tài)氧化物電解水(SOEC)制氫,其中SOEC技術(shù)和PEM技術(shù)能有效提高電解效率,但是其前期投入成本也相應(yīng)提高,SOEC電解槽的成本是堿水法的兩倍到三倍,而PEM技術(shù)電解槽的成本是堿水法的三到五倍。
??? 而規(guī)避高電價(jià)也是一種可操作性較強(qiáng)的方式,根據(jù)2019年年中各省大工業(yè)電價(jià)情況來(lái)看,青海、新疆、甘肅等地的電價(jià)僅為東部地區(qū)的60%左右,遠(yuǎn)低于全國(guó)平均電價(jià)0.5288元/千瓦時(shí)的平均水平。
??? 而西北地區(qū)電價(jià)相對(duì)較低的原因在于風(fēng)電和光伏發(fā)電快速發(fā)展導(dǎo)致其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電網(wǎng)承載能 力,新能源消耗矛盾十分突出。2019年新疆、內(nèi)蒙古棄風(fēng)電量超過(guò)50億千瓦時(shí),全國(guó)平均風(fēng)電利用時(shí)間數(shù)2082小時(shí)。我國(guó)目前正大力推進(jìn)可再生能源,由大 量棄風(fēng)、棄水產(chǎn)生的棄電是發(fā)展電解水制氫的有利條件。 以目前全國(guó)工業(yè)用電平均電價(jià)0.53元每千瓦時(shí)計(jì)算,1Nm3的氫氣成本一般維持在2.6到2.7元之間,但是這就提高了運(yùn)輸成本。
???? 煤制氫技術(shù)主要有催化重整制氫技術(shù)與煤氣化制氫技術(shù)兩種,技術(shù)為成熟。由于我國(guó)煤炭采掘以及加工行業(yè)發(fā)達(dá),因此煤制氫技術(shù)在我國(guó)的運(yùn)用范圍較廣,而氫氣多屬于這些煉化企業(yè)的中間或者附屬產(chǎn)品。焦?fàn)t制氫技術(shù)得到的氫氣純度相對(duì)較低,煤經(jīng)過(guò)干燥、預(yù)熱、軟化等過(guò)程被煉制成焦炭,副產(chǎn)品的焦?fàn)t煤氣中含有氫氣,但煤氣中也有甲烷一氧化碳等氣體。焦?fàn)t煤氣制氫雖然規(guī)模較大,但所制氫氣純度不高(含硫),且制氫的過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境造成污染,如果再經(jīng)過(guò)脫硫脫硝的步驟則增加了制氫的成本。而煤氣化制氫技術(shù)目前是更加主流的制氫方法,其主要原理是先將煤炭與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng),在與水反應(yīng)得到以氫氣和一氧化碳為主的煤氣后,再進(jìn)行脫硫凈化,一氧化碳與水蒸氣繼續(xù)反應(yīng)后生產(chǎn)更多氫氣,后經(jīng)過(guò)分離提純得到一定純度的產(chǎn)品氫。