我國制氫現狀
自2020年“雙碳”目標提出后,我國氫能產(chǎn)業(yè)熱度攀升,發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道。中國是世界上最大的制氫國,2022年我國氫氣產(chǎn)能約為4100萬(wàn)噸/年,產(chǎn)量為3781萬(wàn)噸/年。預測在2030年碳達峰愿景下,我國氫氣的產(chǎn)量預期將超過(guò)5000萬(wàn)噸/年。主要的制氫方式包括化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫和電解水制氫等三類(lèi),目前我國氫制取幾乎都來(lái)自化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫,這兩種制氫路徑技術(shù)成熟、產(chǎn)量大且產(chǎn)能分布廣、成本低,但是大多屬于碳基能源制取的灰氫,其碳排放比較高。煤制氫成本最低,但是排放很高,可再生能源制氫無(wú)碳排放,其成本是煤制氫的三倍。
化石燃料制氫
化石燃料制氫是傳統的制氫方法,也是目前國際及我國的主流制氫方式。該方式由于離不開(kāi)對化石燃料的依賴(lài),仍會(huì )排出二氧化碳等溫室氣體,因此所制氫氣不屬于清潔氫能范疇?;茉粗茪渲饕褐茪?、天然氣制氫、石油制氫、甲醇制氫等,其中煤和天然氣制氫又是化石能源制氫的主要方式。
煤制氫
煤炭目前仍是我國的主要能源之一, 也是我國制氫的主要原料。雖然煤焦化副產(chǎn)的焦爐氣也可用于制氫,但煤氣化制氫目前在國內氫氣生產(chǎn)中占據主導地位。煤氣化制氫技術(shù)的工藝過(guò)程一般包括煤氣化、煤氣凈化、CO變換以及氫氣提純等主要生產(chǎn)環(huán)節。煤制氫經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,技術(shù)成熟,被廣泛應用于煤化工、石化、鋼鐵等領(lǐng)域。特別是化工和化肥行業(yè)一直在使用這項技術(shù)生產(chǎn)氨。但煤制氫工藝的二氧化碳排放量約是天然氣制氫的4倍,需結合碳捕集與封存(CCS)技術(shù)才能實(shí)現減排。據IEA數據,在煤制氫生產(chǎn)中加入CCS預計將使資本支出和燃料成本分別增加5%和130%。中國煤炭資源相對豐富、成本較低,配備CCS的煤制氫工藝可以是向清潔制氫中的一個(gè)合理過(guò)渡。
天然氣制氫
天然氣制氫是目前全球氫氣的主要來(lái)源,在北美和中東等地區被廣泛使用。與煤制氫裝置相比,用天然氣制氫產(chǎn)量高,排放的溫室氣體少,是化石原料制氫路線(xiàn)中較為理想的制氫方式。工業(yè)上由天然氣制氫的技術(shù)主要有蒸汽轉化法、部分氧化法以及天然氣催化裂解制氫。然而,我國國內目前天然氣約40%依賴(lài)進(jìn)口。國內主流的工業(yè)制氫方式仍然是煤制氫,天然氣制氫之路仍然需要契機。降本和技術(shù)突破也是天然氣制氫的兩大關(guān)卡。
工業(yè)副產(chǎn)制氫
工業(yè)副產(chǎn)制氫是指將富含氫氣的工業(yè)尾氣作為原料,主要采用變壓吸附法(PSA法),回收提純制氫。目前主要尾氣來(lái)源有氯堿工業(yè)副產(chǎn)氣、焦爐煤氣、輕烴裂解副產(chǎn)氣。與其他制氫方式相比,工業(yè)副產(chǎn)品制氫的最大優(yōu)勢在于幾乎無(wú)需額外的資本投入和化石原料投入,所獲氫氣在成本和減排方面有顯著(zhù)優(yōu)勢。由于其豐富的潛在供應量,被廣泛認為是燃料電池發(fā)展現階段可行的供氫解決方案。
電解水制氫
電解水制氫是在直流電下將水分子分解為氫氣和氧氣,分別在陰、陽(yáng)極析出,所產(chǎn)生的氫氣純度高(>99%)。這是目前最有發(fā)展潛力的綠色氫能生產(chǎn)方式,特別是利用可再生能源進(jìn)行電解水制氫是目前眾多氫氣來(lái)源方案中碳排放最低的工藝,與全球低碳減排的能源發(fā)展趨勢最為一致。
目前電解水制氫主要有3種技術(shù)路線(xiàn):堿性電解(AWE)、質(zhì)子交換膜(PEM)電解和固體氧化物(SOEC)電解。其中堿性電解水制氫技術(shù)相對最為成熟、成本最低,更具經(jīng)濟性,已被大規模應用。PEM電解水制氫技術(shù)已實(shí)現小規模應用,且適應可再能源發(fā)電的波動(dòng)性,效率較高,發(fā)展前景好。固體氧化物電解水制氫目前以技術(shù)研究為主,尚未實(shí)現商業(yè)化。
PEM電解裝置的雙極板需使用鍍金或鍍鉑的鈦材料,電堆核心也要使用稀有金屬??紤]到陽(yáng)極側容易氧化,為增強耐用性,還要使用銥這種地球上最稀有的金屬,目前全球的年產(chǎn)能僅7噸左右。陰極側也需要使用稀有金屬鉑。稀有金屬占PEM電解系統整體成本的近10%,其高成本和供應鏈的局限性成為了目前推廣PEM電解技術(shù)的主要瓶頸。為避免關(guān)鍵材料供應短缺和降低成本,PEM電解技術(shù)的發(fā)展也將努力減少稀有材料的使用,并用價(jià)格低廉的常見(jiàn)材料來(lái)替代稀有金屬。
森樂(lè )環(huán)保:制高純氫及加氫站一體化
利用光伏發(fā)電制氫,實(shí)現可再生能源與氫能的耦合,初期規劃建設電解水制氫、加氫、儲氫一體化站,制氫能力為100Nm3/h,設計加氫能力為200kg/d,制氫工藝采用堿性電解水制氫工藝路線(xiàn),配置燃料電池發(fā)電示范工程,為燃料電池汽車(chē)提供加氫服務(wù),其余氫氣利用氫氣長(cháng)管拖車(chē)對外銷(xiāo)售,整站年供氫能力約60噸。
技術(shù)特點(diǎn)
參數名稱(chēng) | 參數值 |
制氫能力 | 50~1000kg/d |
加注能力 | 200~1500kg/d |
加注等級 | 35MPa/70MPa |