氢能制取

谈论氢能，一个常见的误解是：它是一种可以直接开采的能源，如同地下的石油或煤炭。事实上，氢是宇宙中最普遍的元素，却极少单独存在。它更像是一种“能源载体”，需要通过各种技术从水、化石燃料等含氢物质中“制取”出来。因此，“制氢”便成为了整个氢能产业链无可争议的源头与起点。

  氢能无法像勘探开采石油和煤炭那样直接获取，而要通过制氢技术提取。制氢是氢能产业链的第一个环节。目前，可以规模化应用的制氢方式主要有以下三种技术路线：一是以煤和天然气制氢为主的化石能源制氢，二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢等工业副产制氢，三是电解水制氢。其他制氢技术包括生物质制氢、太阳能光解水制氢等，但这些技术尚未实现规模化应用。

化石能源制氢

煤制氢和天然气制氢等化石能源制氢是工业中制氢的主要手段。煤制氢是指在高温常压或高温高压下，先将煤与水蒸气或氧气反应产生氢气和一氧化碳，再将一氧化碳经水气变换反应得到氢气和二氧化碳。制氢过程包括煤的气化反应、一氧化碳水气变换、酸性气体脱除、氢气提纯和废物处理等，经提纯后可制得纯度为99.9%的氢气。 煤制氢技术具有制氢原料丰富、成本较低、技术成熟等优势，在我国氢气制备份额中占据最大部分，但该方式伴生的二氧化碳排放较多。

天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料，主要存在于油田及天然气田，也有少量处于煤层。天然气制氢目前主要有天然气蒸汽重整制氢、天然气部分氧化重整制氢、天然气自热重整制氢、天然气高温裂解制氢四种技术路线。天然气制氢具有较大的经济效益，已发展成为工业主流制氢技术之一。

工业副产制氢

工业副产制氢包括焦炉煤气、氯碱化工、合成氨、合成甲醇、乙烯裂解、丙烷脱氢等工业生产中副产的氢气资源。工业副产制氢具有气源来源广、投资少、技术成熟、成本低等优点，副产氢通过变压吸附、精脱硫等方法进行提纯可制取高纯度氢气，目前多数已在下游应用。

焦炉煤气的供氢潜力大。焦炉煤气生产规模大，生产成本较低，但焦炉煤气含氢量低，且含一氧化碳、硫化物等有害杂质较多，提纯和脱硫成本高，不太适宜于需要高纯度氢气的燃料电池使用。氯碱化工副产氢的纯度高，有害杂质较少，适合于燃料电池应用，但氯碱化工企业较为分散，单个企业供氢量不大。合成氨与合成甲醇等传统化工会存在较多的尾气放空，尾气中含有18%～55%的氢气。丙烷脱氢副产氢氢气含量高，一氧化碳杂质少，但需要进行精脱硫。

电解水制氢

电解水制氢的基本原理是以水作为原料，外部施加电压，从而形成完整通电回路，电能的输入打破水分子内部平衡，发生裂解，氢原子和氧原子进行重构，最终析出氢和氧。电解水制氢系统主要由电解池、电力转换、水循环、气体分离、气体提纯等模块组成，电解池作为电解水制氢的核心部分，是电氢转化反应的主要场所，由电解质、隔膜和电极三部分组成。 

电解水制氢技术具有工艺简单、操作方便、清洁低碳且氢气纯度高等特点，相比于其他制氢方式，电解水制氢以水为原料，可最大程度实现零污染制氢目标。目前，电解水制氢有碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、固体氧化物电解水制氢以及阴离子交换膜电解水制氢四种技术路线。

纵观氢能的发展图景，从当下主流的化石能源制氢到理想的可再生能源电解水制氢，其演进脉络清晰地指向同一个核心——低碳与零碳。氢能作为连接化石能源与可再生能源的重要桥梁，因此决定了它在能源革命中的最终角色。

未来，随着制氢的成本壁垒被逐步攻克，氢能必将从工业原料，拓展为支撑电网平衡、赋能重型交通、实现工业深度脱碳的清洁能源载体。它不仅是实现“双碳”目标的关键拼图，更是构建未来可持续能源体系的核心力量。

文章来源：零碳城市ZeroCarbonCity

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