綠氫

楊春蓉

摘要：氫能作為一種熱值高、能量密度大、來源多樣的清潔高效二次能源，被譽為21世紀的“終極能源”。為實現2030年碳達峰、2060年碳中和的目標，大力發展我國綠氫產業化，是時代熱點。本文對綠氫的發展、項目進行分析，并為未來的發展做出一個展望。

關鍵詞：綠氫，能源，制氫

一：氫能源時代

1：氫能源的世界性發展：

氫能被譽為21世紀的“終極能源”。在未來氫能應用中，工業領域是第一位的，其次就是交通。氫燃料汽車的前景十分廣闊。

2：氫能制取技術：

氫能無法直接從自然界中獲取，必須通過制備得到。目前制氫主要是通過煤炭、天然氣等傳統能源制氫，這種制氫模式卻存在高碳排的問題，這種氫能源不能成為綠氫。而光伏、風電等可再生能源制備綠氫，能夠解決傳統能源制氫的高碳排問題。

2.1：氫能分類

從氫能制取工藝的碳排放量劃分，氫能分為灰氫，藍氫，綠氫3類。灰氫的溫室氣體排放量極高，不能減碳。而利用化石燃料制造，結合碳捕捉技術的“藍氫”，相比于“灰氫”，是降低碳排理念上的進步，其作為一種能源策略，只有在無限期地儲存二氧化碳，并且確保其不泄漏回大氣的情況下才起作用。氫能源必須從灰氫到藍氫，再到綠氫的不斷發展，從生產源頭上解決碳排的“綠氫”，才是通向凈零排放的核心路徑。可再生能源制備綠氫，才能解決傳統能源制氫的高碳排放問題。

2.2：制氫技術分類：

氫的制取主要有三種較為成熟的技術路線：一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫;二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副產氣制氫;三是電解水制氫。前兩種技術是灰氫，藍氫制取工藝。而電解水制氫技術是未來最有潛力的制氫技術。

2.3 水電解制氫：

電解水制氫技術主要分為：堿性水電解槽（ALK）、質子交換膜水電解槽（PEM）。由于堿性電解技術成熟且制氫量大，適合吉瓦級綠氫項目。PEM技術靈活迅速，在兆瓦級項目中多有應用，未來隨著技術突破和降本將有望提升規模。

2.4綠氫技術：

綠氫技術是依托堿性電解槽和光伏發電制備，因其真正意義的清潔性而備受行業重視。隨著光伏發電及電解槽成本的下降，綠氫未來有望成為一個帶動當地發展、創造新型就業的規模產業，并在長遠的未來逐步取代石油等化石燃料，重塑全球進出口供需關系格局。

2.5目前綠氫技術發展具有的條件

一是電的低成本。目前光伏發電成本持續降低，已經成為全球最經濟的清潔能源，這為光伏發電電解水制氫解決了成本難題;二是零碳排。電解水制氫是一個高耗能的過程，在我國電力結構中，煤電是主要的發電形式，如果用電網的電來電解水制氫，每制1KG氫氣就會排放40KG左右的二氧化碳，遠大于煤制氫的排放強度。如果用光伏發電來電解水制氫，就沒有碳排放的壓力。

3：氫能成本控制

3.1 氫氣成本：

目前，灰氫，藍氫最主要的來源是煤制氫和天然氣制氫。煤制氫的成本區間大概在0.4元到0.8元每標方;天然氣制氫的成本區間是1元到1.5元每標方。綠氫氣成本2.6～3.6元每標方（電價按0.4～0.55元/kwh）。目前綠氫還無法與傳統制氫競爭，還需要進一步降低制氫成本。

二：我國綠氫的發展和機遇

實現中國碳中和目標，大體上需要136萬億人民幣投入，這將是一個巨大的市場。但我國綠氫產業化應用仍處于發展初期，如何破局，如何降低成本是擺在眼下的問題。需出臺圍繞綠氫成本降本的政策，第一要從土地、租金、貸款等因素著手，充分降低光伏制氫的非技術成本;第二在綠電制氫的過程當中，不再收取過網費、稅費等費用。這兩點對綠氫的發展以及成本的降低，都會有十分大的幫助。

三：綠氫的實施

綠氫廠房的建設，是綠氫落地實施的硬件條件，筆者作為設計院，跟大家分享一個綠氫廠區方案。

3.1 概述

該項目共7個制氫廠房，1個增壓廠房，2個動力廠房，室外儲氫區域，1個220KV站，以及辦公樓。制氫設備實際每小時總產量為130000Nm3/h，每天總產量為57噸/天。

3.2電解水制氫技術方案

3.2.1電解水整體系統工藝流程及反應

電解水制氫設備流程方案示意圖：

氫氣純化系統流程方案示意圖：

3.3堿性電解水制氫系統構成

堿性電解水制氫系統構成如下圖所示，主要構成為氫氧系統、堿性循環系統、補水系統、冷卻水系統等。

四 總結

我國順應全球環保形勢，提出的碳達標，碳中和的目標，必將大大刺激綠氫產業的發展，大量的綠氫廠房建設，是設計院未來的業務主體，豐富自己的知識，為未來搶占市場做好準備吧。

參考文獻：

[1]毛宗強，毛志明，余皓，等。制氫工藝與技術[M].北京：化學工業出版社，2018

[2]曹湘洪.氫能開發與利用中的關鍵問題[J].石油煉制與化工，2017，48（9）：1-6.