氯堿企業副產氫氣用于氫燃料電池現狀及前景探究

王智穎

摘 要：氫氣是一種具有較高環保價值的能源，氫燃料電池是該能源的主要利用形式之一。本文以嘗試分析氯堿企業副產氫氣用于氫燃料電池現狀及前景，就當前產業規模、主要技術、技術應用以及商業化發展、產業規范、技術突破等內容進行論述，為氫氣的進一步利用提供參考，也為周邊產業的同步發展提供必要支持。

關鍵詞：氯堿企業;副產氫氣;氫燃料電池;產業規模

工業上用電解飽和氯化鈉溶液的方法來制取氫氧化鈉、氯氣和氫氣，并以氫氧化鈉、氯氣和氫氣為原料生產一系列化工產品，稱為氯堿工業，相關工業企業則統稱為氯堿企業。部分氯堿企業作業過程中產生大量副產氫氣，副產氫氣可用于氫燃料電池制作，提升企業綜合效益，就相關技術進行分析十分必要。

1 氯堿企業副產氫氣用于氫燃料電池現狀

1.1 產業規模

氯堿企業副產氫氣的數目較多，在此前學者研究中，2016年、2017年、2018年三年間，我國氯堿企業生副產氫氣分別達到26.6萬t、26.7萬t、27.3萬t的規模，其中約有25萬t/a直接排入大氣。進一步分析又可發現，氯堿企業每消耗1t燒堿，可產生待遇0.025t氫氣，我國2016年、2017年、2018年三年間，燒堿總產能在4200-4300萬t左右，這意味著每年均有大量氫氣產生。自氫氣燃料電池出現后，我國氯堿企業副產氫氣的利用得到一定程度的重視，在有關學者統計中，按每年排入大氣25萬t計算，將浪費的氫氣制備為氫燃料電池可供應12萬輛汽車行駛一年（日均消耗4-5kg氫氣）[1]。2019年的研究中，我國副產氫氣的產能態勢呈現逐年增加的基本區域，2014-2018年，我國氯堿企業副產氫氣產量和利用率變化見表1：

從結果上看，2014年以來我國氯堿企業副產氫氣逐步得到利用，且呈現出逐年增加的特點，2018年底利用率達到10%以上，仍具有提升空間。

1.2 主要技術

從技術角度上看，當前氯堿企業副產氫氣主要通過六種方式復用，第一種多見于各類大型企業，其副產氫氣總量較大，可建立氫能基地，用于發電、制作氫燃料電池;第二種見于中小企業，該類企業將氫氣直接收集、存儲，作為燃料使用;第三種適用于技術密集型企業，該類企業對氫氣進行壓縮提純，面向其他企業提供產品;第四種適用于技術密集型企業，該類企業進行氫氣的二次加工，生成其他化工產品，提升氫氣附加價值;第五種適用于化工企業，該類企業利用氫氣進行石油產品的裂化;第六種適用于大部分企業，可以氫氣為原料之一，進行氨類物質的制備，上述六種模式各具優劣勢，從利用率、環保的角度上看，建立氫能基地，用于發電、制作氫燃料電池最為可行。

從技術方法上看，企業可首先進行氫氣收集，之后對其進行提純和去水等簡單的純化處理，利用氫氣密度較低的特點，直接對反應容器和通道進行升溫，利用具有較強吸附能力的活性炭等物質吸除雜質，完成氫氣純化。純度較高的氫氣可直接供給到陽極，純度較高的氧氣則供給到陰極，上述工作均在封閉的環境下進行，且要求完全避免明火。利用氫氣和電解質之間的反應，實現電子的持續釋放，電子向陰極游動，只要反應持續進行，電池即可持續獲取能量（不考慮電解質老化的情況下），反應過程的產物為純凈水，無其他附加產品、有毒物質，高效環保。在該模式下，副產氫氣利用率和吸收率均較高，氫氣利用率一般在95%以上，噪聲問題也得到控制。

1.3 氫燃料電池技術應用規模和瓶頸

氫燃料電池技術的運用，主要供給新能源汽車，2019年的調查中，我國的氫能源汽車保有量在1.0-1.5萬輛之間，到2030年，我國氫能源汽車保有量可能達到100萬輛以上，該產業的產值也將突破5000億，達到較大規模，按此標準進行計算，全國應建設1000到1500個氫氣補充站，以滿足氫能源汽車的行駛和應用要求。值得注意的是，目前氯堿企業副產氫氣雖然得到應用，但氫燃料電池技術仍有不足，主要體現在三個方面：一是我國的氫能源汽車制造能力相對不足，尚無法保證所有技術實現自主，二是氫能源價格較高，在擁有可選擇余地的情況下，大部分車主仍青睞于傳統能源汽車，三是氫氣補給站建設消耗較大、建設經驗稀缺，難以保證具體工作有效匹配新能源汽車需求以及氫燃料電池技術應用需求，此外，氫能源汽車產業鏈也仍然單薄，抗風險能力差。

2 氯堿企業副產氫氣用于氫燃料電池前景

2.1 商業化發展

氯堿企業副產氫氣用于氫燃料電池制造，前景相對理想，核心方向之一是實現商業化發展。目前我國氯堿產業副產氫氣能源的利用率不高，能夠推行新技術有效利用副產氫氣的多為大型國企、央企，中小型企業、民營企業缺乏進行技術更新的意愿，也缺乏進行技術更新的資金支持。建議在后續工作中，加強對氯堿企業副產氫氣應用技術的推廣，確保各地主要氯堿企業均能夠掌握對應技術，具備氫燃料電池的制備的技術條件。之后進行資源整合，由臨近企業共同出資進行生產線建設，或由第三方企業提供對應服務，目標企業償付對應資金即可。該模式下，產業園區、企業密集區的氯堿企業，可各自投入較少規模的資金，完成副產氯氣的利用，推動氫燃料電池產業的發展。如果區域內氯堿企業減少，可由政府部門進行引導投資，以商貸形式，幫助能夠大量產生氫氣的企業建立氫燃料電池的生產線，企業在未來若干年內每年償付一定額度的貸款即可。該模式能夠也能提升氯堿企業副產氫氣利用率，是氫燃料電池產業獲取更好的商業前景。

2.2 產業規范

產業規范，是指氯堿企業副產氫氣的利用、氫燃料電池的制備產業，應在現有基礎上進一步走向規范，包括國家層面的法律法規，也包括產業層面的技術規范和產品規范等。法律法規的完善，主要依賴立法部門工作，各地市場管理部門以及工商部門等，可進行氯堿企業副產氫氣情況、氫燃料電池制造情況進行綜合分析，根據分析結果，了解氫氣產品質量、安全性等，出具各類技術規范和產品規范。如規定所有企業的氫燃料利用設備，每個月需要進行一次系統檢查，由具有對應資質的第三方和企業自身共同出具安全報告，檢查合格才能用于后續的生產作業。所有氫燃料電池，應符合行業標準，能夠安全、可靠的為氫能源汽車提供動力。其他相關法律法規、技術規范和產品規范等，也按照該思路進行處理，綜合提升指氯堿企業副產氫氣的利用效果，推動氫燃料電池產業發展。

2.3 技術突破

技術問題在我國氯堿企業副產氫氣利用、氫燃料電池產業發展方面并不突出，一方面現有的氫氣利用方法成熟，另一方面氫燃料電池產業規模小，缺乏進行技術突破的必要性。后續工作中，主要強調針對未來產業需求進行技術突破，如氫氣易燃易爆，如何保證氫氣補充站的存儲安全，從技術角度進行氫氣壓縮、提純和制備，如何進一步提升氫氣的利用率等等。在條件允許的情況下，有必要做產業內技術交流，由大型國企和央企牽頭，進行立項研究，積極應對氯堿企業副產氫氣利用、氫燃料電池產業發展的技術問題。

綜上所述，氯堿企業副產氫氣可用于氫燃料電池的制備，前景良好。產業規模上看，我國氯堿企業數目較多，已經初步形成副產氫氣利用的產業，核心技術為電解水的逆反應，以實現化學能向電能的轉化，實現氫燃料電池制備。從前景上看，商業化是技術運用的主要趨勢，此外也應重視產業規范和技術研究。

參考文獻：

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[3]李寧，趙國良，王志元，等.氯堿企業副產氫氣用于氫燃料電池現狀及前景分析[J].中國氯堿，2019（08）：1-3.