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氫能是一種二次能源，必須通過化學過程由存在于化合物中的氫元素轉化而來。中國是氫氣（H2）生產大國，2021年我國氫氣總產量超過3000萬噸。當前我國H2主要用于化工領域，其中化石燃料生產的H2占了將近80%，而電解水及其他綠色制氫技術所制H2總量不足1%。現階段，我國能源央企紛紛將構建氫能供給體系作為重要的發展方向。國家電投、中國石油及中國石化等國家能源巨頭，結合自身優勢選擇不同的技術路線，相繼著手在國內布局氫能生產和供給，中船重工及部分民企制氫技術和設備已具備商業化推廣條件。除此之外，我國企業及科研院所也在積極探索其他新型制氫技術或低價制氫技術，但距其產業化應用還有相當長的一段路要走。

1、傳統制氫技術體系概況

在傳統制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫方法中，煤與天然(ran)氣(qi)重整等化(hua)(hua)石能(neng)(neng)源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫是現今工(gong)業(ye)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫的(de)主(zhu)流。當前(qian)化(hua)(hua)石能(neng)(neng)源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫工(gong)藝成(cheng)(cheng)熟(shu)，可用(yong)于大(da)(da)規模工(gong)業(ye)生產(chan)，且原料價(jia)格(ge)相對低廉，但氫氣(qi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)備過(guo)程中會排(pai)放大(da)(da)量CO2和污染物。工(gong)業(ye)副(fu)(fu)產(chan)氫則集中分(fen)布于化(hua)(hua)工(gong)、冶金等領(ling)域，其中煤氣(qi)化(hua)(hua)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫（圖(tu)1）規模較(jiao)大(da)(da)，技(ji)術(shu)相對成(cheng)(cheng)熟(shu)，且成(cheng)(cheng)本低廉，但卻面臨污染大(da)(da)、制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫純度低等瓶頸。氯堿副(fu)(fu)產(chan)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫因其經濟、操作(zuo)簡單、純度高等特點，擁有(you)較(jiao)好的(de)應用(yong)潛能(neng)(neng)，但也存在產(chan)氫量小且產(chan)能(neng)(neng)分(fen)散的(de)問題。

化石能(neng)源制(zhi)(zhi)氫(qing)具(ju)有較高的(de)碳(tan)(tan)(tan)排量(liang)，其中煤制(zhi)(zhi)氫(qing)碳(tan)(tan)(tan)排量(liang)最高，制(zhi)(zhi)取1kg H2的(de)碳(tan)(tan)(tan)排量(liang)超過(guo)20kg CO2。目前我國電(dian)(dian)力大部分來(lai)自火(huo)電(dian)(dian)，因(yin)此(ci)碳(tan)(tan)(tan)排放很(hen)高，甚(shen)至超過(guo)煤制(zhi)(zhi)氫(qing)。近年(nian)來(lai)，隨著化石能(neng)源制(zhi)(zhi)氫(qing)耦合碳(tan)(tan)(tan)捕集(ji)技(ji)術的(de)發展和完善，碳(tan)(tan)(tan)排放強度會大幅(fu)度下降，但仍高于可(ke)再生能(neng)源制(zhi)(zhi)氫(qing)，且帶來(lai)較高的(de)碳(tan)(tan)(tan)捕集(ji)成本。

圖(tu)1煤(mei)氣化(hua)制(zhi)氫工藝流程圖(tu)

2、先進綠色制氫關鍵技術研究進展

2.1、電解水制氫技術

現(xian)階段(duan)，常用的(de)電(dian)解水(shui)制氫(qing)技術包括堿性電(dian)解水(shui)制氫(qing)、質子交換膜電(dian)解水(shui)制氫(qing)及固體(ti)氧化物電(dian)解水(shui)制氫(qing)三大類(lei)。

01.堿性電解水制氫

堿(jian)性(xing)(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)水（AWE）制氫(qing)(qing)裝置由(you)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)槽與輔助系統構(gou)成，以(yi)KOH為(wei)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液、多孔膜(mo)為(wei)隔膜(mo)，在直流電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)刺激下(xia)將H2O分解(jie)(jie)為(wei)H2和O2。堿(jian)性(xing)(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)水制氫(qing)(qing)的(de)(de)優點是不需(xu)要(yao)貴金屬(shu)作為(wei)催化劑，成本相(xiang)對較(jiao)(jiao)低，裝備(bei)(bei)技術成熟，產品耐久性(xing)(xing)(xing)好，服役壽命(ming)可達30年。缺點在于(yu)所需(xu)的(de)(de)隔膜(mo)較(jiao)(jiao)厚，電(dian)(dian)(dian)阻(zu)較(jiao)(jiao)大，制氫(qing)(qing)的(de)(de)工作電(dian)(dian)(dian)流低，設備(bei)(bei)體(ti)積大等(deng)。此外，由(you)于(yu)多孔膜(mo)透氣(qi)性(xing)(xing)(xing)強，需(xu)有效保(bao)證電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)槽兩(liang)側的(de)(de)壓力平衡。更(geng)重要(yao)的(de)(de)是，堿(jian)性(xing)(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液會與空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)C O2反應，形(xing)成難容(rong)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)碳(tan)酸鹽（如(ru)K2C O3、Na2C O3等(deng)）。

02.質子交換膜電解水制氫

質子(zi)交換(huan)膜（PEM）電解水制氫(qing)采用(yong)的(de)(de)質子(zi)交換(huan)膜很薄、電阻較(jiao)(jiao)小，可(ke)在(zai)高(gao)效率(lv)前提下承(cheng)受較(jiao)(jiao)大(da)的(de)(de)電流，因此設(she)備體積和占地面積都遠(yuan)小于堿性(xing)(xing)電解水設(she)備。同時(shi)由(you)于PEM電解水采用(yong)不(bu)透氣(qi)的(de)(de)膜，可(ke)承(cheng)受更大(da)的(de)(de)壓(ya)(ya)力，無需兩側嚴格的(de)(de)壓(ya)(ya)力控制，可(ke)做到快速啟停，功率(lv)調節的(de)(de)幅度和響應(ying)速度也遠(yuan)高(gao)于堿性(xing)(xing)電解水。當前國(guo)外PEM制氫(qing)技(ji)術(shu)已較(jiao)(jiao)為成(cheng)熟，進入市場(chang)化(hua)應(ying)用(yong)早(zao)期。普頓、西門子(zi)、ITM Power等代表性(xing)(xing)企業(ye)已相(xiang)繼分布(bu)了(le)兆瓦(wa)級PEN電解水系統產品，大(da)力推動(dong)了(le)其規模化(hua)應(ying)用(yong)。中國(guo)PEM制氫(qing)產業(ye)發展相(xiang)對滯后(hou)，雖部分企業(ye)已形成(cheng)具有較(jiao)(jiao)高(gao)自主化(hua)程度的(de)(de)制氫(qing)樣(yang)機，但還存在(zai)質子(zi)交換(huan)膜等關(guan)鍵材(cai)料的(de)(de)“卡(ka)脖子(zi)”問(wen)題(ti)。后(hou)續應(ying)加大(da)力度攻關(guan)低成(cheng)本催化(hua)劑和氣(qi)體擴(kuo)散層等關(guan)鍵技(ji)術(shu)，提升關(guan)鍵設(she)備的(de)(de)效率(lv)與壽命。

03.固體氧化物電解水制氫

固(gu)體(ti)氧化(hua)物(wu)（SOEC）電(dian)(dian)(dian)解水制(zhi)氫(qing)是(shi)一種高溫(wen)(wen)電(dian)(dian)(dian)解水技(ji)術(shu)，操作溫(wen)(wen)度(du)(du)為700~1000℃，其(qi)結構由多(duo)孔的(de)氫(qing)電(dian)(dian)(dian)極(ji)、氧電(dian)(dian)(dian)極(ji)和一層(ceng)致密的(de)固(gu)體(ti)電(dian)(dian)(dian)解質組(zu)成。由于(yu)其(qi)工作溫(wen)(wen)度(du)(du)高，能(neng)夠大大增加反應(ying)的(de)動力，同時可(ke)大幅降低電(dian)(dian)(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)。在(zai)某些(xie)特定(ding)場(chang)合，如高溫(wen)(wen)氣冷堆、太陽能(neng)集熱等，SOEC電(dian)(dian)(dian)解水制(zhi)氫(qing)技(ji)術(shu)有(you)較大的(de)發揮空間。SOEC電(dian)(dian)(dian)解水制(zhi)氫(qing)技(ji)術(shu)在(zai)電(dian)(dian)(dian)耗(hao)等方面具有(you)不小優(you)勢，但仍存在(zai)使(shi)用(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)高、投(tou)入大、啟停慢、循(xun)環壽(shou)命低等技(ji)術(shu)壁壘，尚處于(yu)室內驗證(zheng)階段，未實現市場(chang)化(hua)推(tui)廣。目(mu)前除固(gu)體(ti)氧化(hua)物(wu)電(dian)(dian)(dian)解水外(wai)，AWE和PEM制(zhi)氫(qing)都已獲得規(gui)模化(hua)應(ying)用(yong)。

2.2、太陽能分解水制氫技術

目前，已存在的太陽能分解水制氫涵蓋光(guang)催化(hua)法(fa)制氫、光(guang)電化(hua)學法(fa)制氫及固(gu)光(guang)熱(re)分解法(fa)制氫三大類。

01.光催化法制氫

光(guang)(guang)催(cui)化(hua)制氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)原(yuan)理是利用(yong)(yong)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑的(de)(de)吸光(guang)(guang)特性(xing)(xing)(xing)，實現光(guang)(guang)解(jie)水(shui)反應(ying)(ying)。光(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑在光(guang)(guang)照(zhao)的(de)(de)作用(yong)(yong)下可(ke)(ke)產生(sheng)一定數量(liang)的(de)(de)光(guang)(guang)生(sheng)電(dian)子和空穴(xue)(xue)，可(ke)(ke)將吸附在催(cui)化(hua)劑表面的(de)(de)H2O分(fen)子還(huan)原(yuan)為H2（圖2）。光(guang)(guang)導體材料(liao)應(ying)(ying)具備的(de)(de)特殊(shu)性(xing)(xing)(xing)能應(ying)(ying)涵蓋：①太陽光(guang)(guang)響應(ying)(ying)范(fan)圍廣；②電(dian)子和空穴(xue)(xue)分(fen)離(li)效(xiao)率(lv)高；③合(he)(he)適的(de)(de)表面反應(ying)(ying)活性(xing)(xing)(xing)位；④耐久性(xing)(xing)(xing)強等。光(guang)(guang)催(cui)化(hua)制氫(qing)(qing)(qing)(qing)具有(you)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)材料(liao)易(yi)得(de)、制氫(qing)(qing)(qing)(qing)系統簡便、成本低(di)等優勢，具有(you)廣闊的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)前景(jing)。但(dan)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑現階段還(huan)處于示(shi)范(fan)研發階段，普遍存在制氫(qing)(qing)(qing)(qing)效(xiao)率(lv)低(di)、光(guang)(guang)激電(dian)子-空穴(xue)(xue)對(dui)易(yi)復合(he)(he)等難題，與(yu)商(shang)業化(hua)應(ying)(ying)用(yong)(yong)仍(reng)有(you)較大距離(li)。

圖2光催化劑分解水制氫(qing)基本過程(cheng)

02.光電化學法制氫

光(guang)電(dian)化(hua)學（PEC）制氫(qing)在分解水過程(cheng)中，可產生大(da)(da)量的(de)載(zai)流子，可實現強(qiang)光(guang)條件下和強(qiang)電(dian)解質中的(de)長期耐久性(xing)(xing)(xing)(xing)。迄(qi)今為止，已研(yan)發的(de)PEC制氫(qing)光(guang)電(dian)極材料包括：GaAs、InGaN、Mo S2及(ji)金屬硒(xi)化(hua)物等。Mo S2因具備經濟、合成流程(cheng)簡易及(ji)良好(hao)的(de)光(guang)電(dian)效應等特性(xing)(xing)(xing)(xing)，制氫(qing)效果最好(hao)。經大(da)(da)量實踐證明，經改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)后的(de)Mo S2材料制氫(qing)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)更優，通過引入高性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)碳材料，能(neng)夠大(da)(da)幅增加Mo S2表面的(de)活性(xing)(xing)(xing)(xing)位點，同(tong)時(shi)顯著改(gai)善(shan)其電(dian)學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。

03.光熱分解法制氫

早在1971年，Ford等(deng)便(bian)率(lv)先報道了直接光(guang)(guang)熱分(fen)解(jie)制(zhi)氫(qing)工(gong)藝，其(qi)主(zhu)要原理為(wei)：在光(guang)(guang)照下使系(xi)統溫度(du)達(da)到2000K以上，一(yi)步到位直接獲取H2和(he)O2，最后再利(li)用分(fen)離(li)裝置(zhi)獲取純(chun)氫(qing)。因此，光(guang)(guang)熱分(fen)解(jie)制(zhi)氫(qing)（TWSC）的(de)核心在于良好的(de)抗溫材(cai)料(liao)和(he)有效(xiao)的(de)氣(qi)體(ti)分(fen)離(li)設(she)施。為(wei)顯著改善(shan)TWSC制(zhi)氫(qing)的(de)功效(xiao)和(he)純(chun)度(du)，研究人員提出了上百(bai)種太(tai)陽能熱化學制(zhi)氫(qing)方法，包括HyS、Cu-Cl及(ji)S-I等(deng)TWSC制(zhi)氫(qing)技(ji)術。而Cu-Cl制(zhi)氫(qing)因其(qi)產氫(qing)純(chun)度(du)高(gao)、污染小(xiao)、節約(yue)等(deng)優勢，已成為(wei)當下TWSC制(zhi)氫(qing)的(de)主(zhu)流。Pal等(deng)于21世紀初建立了Cu-Cl制(zhi)氫(qing)模(mo)(mo)型(xing)，并成功應用于全年光(guang)(guang)照充足(zu)的(de)Algeria地區，現場結果顯示，該模(mo)(mo)型(xing)的(de)太(tai)陽能利(li)用效(xiao)率(lv)高(gao)達(da)93%，年制(zhi)氫(qing)量(liang)突破82噸/年。

2.3、生物質制氫技術

目前(qian)，生物質制氫技術主要包括熱化學(xue)法和生物法兩大類。

01.熱化學法制氫

當下主流的熱化(hua)(hua)(hua)學制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)技(ji)(ji)術有生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)催(cui)化(hua)(hua)(hua)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)、生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)重(zhong)(zhong)整(zheng)及生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)熱解制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)等，其(qi)工藝流程(cheng)如圖(tu)3所(suo)示。生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)催(cui)化(hua)(hua)(hua)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的研究(jiu)重(zhong)(zhong)點(dian)是提高(gao)產(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)的H2純度(du)，由(you)于氣(qi)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)還產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)H2S、HCl、堿金屬等微量雜質(zhi)(zhi)，反(fan)應器中(zhong)需加(jia)入吸(xi)附劑加(jia)以處(chu)理。生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)油重(zhong)(zhong)整(zheng)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)最早由(you)美國NREL于1997年(nian)報道，其(qi)通(tong)過(guo)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)熱裂解獲得生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)油，再結(jie)合水(shui)蒸氣(qi)重(zhong)(zhong)整(zheng)進而實(shi)現制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。經過(guo)多年(nian)的創(chuang)新和發展，已成(cheng)為一項舉足輕(qing)重(zhong)(zhong)的制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)技(ji)(ji)術。與(yu)前者相比，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)熱解制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)發展至(zhi)今(jin)，技(ji)(ji)術成(cheng)熟度(du)已相對成(cheng)熟，當前全世界已有多套商業化(hua)(hua)(hua)運作的生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)熱解裝(zhuang)置(zhi)。與(yu)其(qi)他制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)技(ji)(ji)術相比，熱化(hua)(hua)(hua)學制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)優勢顯著，但(dan)也存在一定的技(ji)(ji)術瓶頸(jing)，如熱化(hua)(hua)(hua)學制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)成(cheng)本高(gao)，混(hun)合產(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)氫(qing)(qing)(qing)(qing)含(han)量低，含(han)有大量的CO、H2S及焦油等雜質(zhi)(zhi)。這些雜質(zhi)(zhi)均會對燃料(liao)電(dian)池產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)一定的損害(hai)，因(yin)此混(hun)合產(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)適(shi)合作為燃料(liao)或工業原(yuan)料(liao)，不適(shi)合于燃料(liao)電(dian)池等高(gao)純氫(qing)(qing)(qing)(qing)應用(yong)場景(jing)。

圖3生物質熱(re)化學制氫(qing)路線圖

02.生物法制氫

生(sheng)物(wu)(wu)法制(zhi)氫體系(xi)包括暗厭氧(yang)菌(jun)(jun)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)、光(guang)(guang)合(he)(he)生(sheng)物(wu)(wu)及其耦合(he)(he)制(zhi)氫等。暗厭氧(yang)菌(jun)(jun)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)制(zhi)氫是通過(guo)厭氧(yang)細菌(jun)(jun)在氫化酶的(de)(de)作(zuo)用下實現(xian)(xian)有(you)機(ji)物(wu)(wu)分解(jie)從而獲取H2，此過(guo)程(cheng)可(ke)(ke)實現(xian)(xian)無(wu)光(guang)(guang)能(neng)(neng)產(chan)氫。光(guang)(guang)合(he)(he)生(sheng)物(wu)(wu)制(zhi)氫則是以光(guang)(guang)能(neng)(neng)為反應(ying)條件，利于微(wei)藻(zao)等光(guang)(guang)合(he)(he)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)分解(jie)水產(chan)氫。該技(ji)術制(zhi)氫利用的(de)(de)能(neng)(neng)源既(ji)有(you)生(sheng)物(wu)(wu)能(neng)(neng)也有(you)光(guang)(guang)能(neng)(neng)，因此光(guang)(guang)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)制(zhi)氫效率一(yi)般高于暗發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)。光(guang)(guang)合(he)(he)-發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)耦合(he)(he)技(ji)術可(ke)(ke)兼具暗發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)與光(guang)(guang)合(he)(he)生(sheng)物(wu)(wu)制(zhi)氫的(de)(de)優勢(shi)，不僅能(neng)(neng)夠在一(yi)定程(cheng)度上減(jian)少光(guang)(guang)能(neng)(neng)需(xu)求，同時可(ke)(ke)大(da)幅增加(jia)H2的(de)(de)產(chan)量，是生(sheng)物(wu)(wu)法制(zhi)氫的(de)(de)主要發(fa)(fa)(fa)展方向。

2.4、核能制氫技術

核(he)能(neng)到氫(qing)(qing)(qing)能(neng)的(de)轉化(hua)有多種途徑(jing)，可(ke)以(yi)利(li)用(yong)(yong)核(he)能(neng)發電進行(xing)電解水制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)，也可(ke)利(li)用(yong)(yong)核(he)反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)產(chan)(chan)生的(de)熱(re)來制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)。核(he)能(neng)發電制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)與普通(tong)電解水制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)技(ji)(ji)術相同，而利(li)用(yong)(yong)核(he)反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)發熱(re)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)是未來應(ying)(ying)用(yong)(yong)前(qian)景(jing)廣闊的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)技(ji)(ji)術，其制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)原理(li)見圖4。甲(jia)烷蒸汽(qi)重(zhong)整（SMR）是工業上(shang)主(zhu)要的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)方法，利(li)用(yong)(yong)核(he)反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)產(chan)(chan)生的(de)熱(re)作為(wei)蒸汽(qi)重(zhong)整的(de)熱(re)源時，可(ke)顯(xian)著降低過程所需甲(jia)烷氣(qi)量和成(cheng)(cheng)本(ben)。但該(gai)技(ji)(ji)術仍屬于化(hua)石能(neng)源制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)，會產(chan)(chan)生大量的(de)溫(wen)(wen)室氣(qi)體(ti)，不(bu)利(li)于推(tui)動碳中和進程。高溫(wen)(wen)電解制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)是以(yi)核(he)反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆(dui)產(chan)(chan)生的(de)高溫(wen)(wen)蒸汽(qi)為(wei)原料(liao)，電耗(hao)可(ke)降至2.8kWh/m3，遠低于傳統(tong)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)，但目前(qian)仍面臨技(ji)(ji)術不(bu)夠(gou)成(cheng)(cheng)熟和高成(cheng)(cheng)本(ben)等壁壘。而熱(re)化(hua)學循環(huan)分(fen)解水制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)則是利(li)用(yong)(yong)核(he)反(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)產(chan)(chan)熱(re)直(zhi)接制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)，由于反(fan)(fan)應(ying)(ying)需在2500℃以(yi)上(shang)的(de)高溫(wen)(wen)下(xia)進行(xing)，難以(yi)實際應(ying)(ying)用(yong)(yong)，如(ru)何利(li)用(yong)(yong)熱(re)循環(huan)將(jiang)反(fan)(fan)應(ying)(ying)溫(wen)(wen)度控制(zhi)(zhi)(zhi)在適合的(de)范(fan)圍內是未來該(gai)領域的(de)主(zhu)攻方向。

圖4核能制氫技(ji)術路線

2.5、海水制氫技術

由于海(hai)(hai)水(shui)(shui)的(de)成分復雜(za)且缺乏(fa)行(xing)(xing)之有(you)效的(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑，直接電(dian)解(jie)(jie)(jie)海(hai)(hai)水(shui)(shui)會導(dao)致(zhi)制(zhi)(zhi)(zhi)取(qu)H2時副反應(ying)競爭、催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑失(shi)活(huo)、隔(ge)膜堵(du)塞等問題。基于此(ci)，諸(zhu)多專(zhuan)家和學者(zhe)提出了(le)不(bu)同的(de)間接海(hai)(hai)水(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫技(ji)術(shu)(shu)。有(you)研究(jiu)者(zhe)采用(yong)(yong)固(gu)體氧化(hua)(hua)(hua)物電(dian)解(jie)(jie)(jie)技(ji)術(shu)(shu)對海(hai)(hai)水(shui)(shui)進行(xing)(xing)電(dian)解(jie)(jie)(jie)，將海(hai)(hai)水(shui)(shui)首先轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)為(wei)高(gao)溫水(shui)(shui)蒸氣再電(dian)解(jie)(jie)(jie)，大部分海(hai)(hai)水(shui)(shui)中的(de)雜(za)質(zhi)不(bu)會接觸(chu)到電(dian)解(jie)(jie)(jie)裝(zhuang)置，因此(ci)電(dian)解(jie)(jie)(jie)效率相對較好，但由于固(gu)體氧化(hua)(hua)(hua)物電(dian)解(jie)(jie)(jie)技(ji)術(shu)(shu)發展滯后，且經(jing)濟(ji)性(xing)差，在全球范(fan)圍內(nei)的(de)活(huo)躍(yue)度相對較低。海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)(hua)(hua)-電(dian)解(jie)(jie)(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)氫是現(xian)今海(hai)(hai)水(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫技(ji)術(shu)(shu)的(de)主流，其先通過處理技(ji)術(shu)(shu)將海(hai)(hai)水(shui)(shui)進行(xing)(xing)淡化(hua)(hua)(hua)，在結合成熟的(de)淡水(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫技(ji)術(shu)(shu)來制(zhi)(zhi)(zhi)取(qu)H2。從多方面考慮，海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)(hua)(hua)制(zhi)(zhi)(zhi)氫都具備(bei)明顯優勢，但由于受相關技(ji)術(shu)(shu)條件的(de)限制(zhi)(zhi)(zhi)，該技(ji)術(shu)(shu)尚處于實驗室階段，與實際應(ying)用(yong)(yong)還有(you)很長的(de)距離(li)。

3、評價與對策

3.1、不同綠色制氫技術特點對比

近年來(lai)世界(jie)各(ge)國對電解水制(zhi)(zhi)氫、生物質(zhi)制(zhi)(zhi)氫及核能(neng)制(zhi)(zhi)氫等工(gong)藝進行了大量研究，綠色(se)制(zhi)(zhi)氫方(fang)法正朝著多樣化(hua)方(fang)向發展，各(ge)種新型制(zhi)(zhi)氫技(ji)術(shu)蔚然成風，在推動全(quan)球氫能(neng)資源的利用(yong)中(zhong)扮演(yan)著重要的角色(se)，不同綠色(se)制(zhi)(zhi)氫技(ji)術(shu)在適用(yong)條(tiao)件、應用(yong)效(xiao)果(guo)及成本(ben)投入等方(fang)面不盡相同，其各(ge)自(zi)工(gong)藝特點如表1所示。

表1不同綠色制(zhi)氫技術特點(dian)對比

3.2、綠色制氫產業化面臨的挑戰

新(xin)型(xing)綠色制氫技術雖在(zai)諸多方面都體(ti)現出一定(ding)的(de)優勢，但由于相(xiang)關技術條(tiao)件的(de)局(ju)限性，在(zai)應用過程中勢必會(hui)有不少實際問題存在(zai)。

（1）首先是(shi)制(zhi)(zhi)氫裝(zhuang)備及(ji)技(ji)術方面，國內雖已有相(xiang)(xiang)關企業(ye)開展(zhan)相(xiang)(xiang)應的技(ji)術研發，但均處于小(xiao)批量試制(zhi)(zhi)階段，尚未形成(cheng)成(cheng)熟的制(zhi)(zhi)氫工(gong)藝生產線，相(xiang)(xiang)關核心技(ji)術成(cheng)熟度(du)低，系統設備國產化程(cheng)度(du)不高(gao)。

（2）其次(ci)是(shi)經濟性方(fang)面(mian)，高(gao)投入(ru)成(cheng)本仍是(shi)限制部分綠色(se)制氫技術發展的最(zui)大因素，加(jia)之多數制氫工藝需(xu)添加(jia)后續(xu)的氫提純(chun)(chun)技術，以獲(huo)取(qu)高(gao)純(chun)(chun)度(du)H2，如(ru)何有效降(jiang)低制氫成(cheng)本是(shi)未來(lai)制氫領域的主(zhu)要(yao)發展方(fang)向。

（3）最(zui)后是標準(zhun)體(ti)系方面，當前中國制(zhi)氫產(chan)業(ye)單一、分散，關(guan)鍵技(ji)術指(zhi)標多(duo)有缺少(shao)，強制(zhi)性國家(jia)標準(zhun)較(jiao)少(shao)，已難以適應制(zhi)氫產(chan)業(ye)標準(zhun)化的需求。

3.3、推動制氫產業有序發展的策略

加(jia)強對制氫(qing)核心技(ji)術(shu)(shu)的研發力度，最(zui)優化(hua)(hua)提升制氫(qing)技(ji)術(shu)(shu)效率的同時，有效改善光催化(hua)(hua)劑、反應器等關鍵(jian)材(cai)料(liao)的耐久性，進而(er)實現H2產量的最(zui)大(da)化(hua)(hua)。

聚焦低(di)成(cheng)本催化劑(ji)、氣(qi)體擴散層等關鍵(jian)技(ji)術的(de)提(ti)升，提(ti)高(gao)制氫裝置(zhi)效率和壽命的(de)同時(shi)，加快實(shi)現(xian)低(di)成(cheng)本化制氫、產氫及提(ti)純，最大化實(shi)現(xian)降本增效。

打破(po)傳(chuan)統制(zhi)氫標準化工(gong)作模式，建立(li)系統完整的制(zhi)氫工(gong)藝產業鏈(lian)，盡快彌補制(zhi)氫標準化工(gong)作與技(ji)術(shu)發(fa)展間的短板，縮(suo)小與美(mei)日等國成熟(shu)標準體系的差距。

4、展望

新(xin)型綠(lv)色(se)(se)(se)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)雖然在(zai)眾(zhong)多方面(mian)都具備顯著的優勢，但由于受能耗(hao)、成本(ben)等方面(mian)的限制(zhi)，部分(fen)(fen)技術尚(shang)未在(zai)實(shi)(shi)(shi)際生產(chan)(chan)中得以應(ying)(ying)(ying)用，要想真正(zheng)實(shi)(shi)(shi)現(xian)綠(lv)色(se)(se)(se)低碳(tan)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)并非易事。建議從不同(tong)角度(du)出發(fa)，多管齊下，共同(tong)推(tui)動(dong)我國綠(lv)色(se)(se)(se)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)產(chan)(chan)業的有序(xu)發(fa)展。其(qi)一(yi)：增強國際合(he)作，結合(he)我國綠(lv)色(se)(se)(se)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)產(chan)(chan)業現(xian)狀，積極開(kai)展適合(he)本(ben)國國情的變(bian)革性(xing)(xing)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)技術的研發(fa)。其(qi)二(er)：深(shen)度(du)學科(ke)交叉(cha)，集(ji)成反應(ying)(ying)(ying)動(dong)力學、熱力學、氣體分(fen)(fen)離及材料耐(nai)久性(xing)(xing)等多門(men)學科(ke)，賦予制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)工藝目標性(xing)(xing)和高效性(xing)(xing)。其(qi)三：理論實(shi)(shi)(shi)踐并舉，加強先進制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)技術的實(shi)(shi)(shi)用性(xing)(xing)評價(jia)和經濟(ji)可行(xing)性(xing)(xing)分(fen)(fen)析(xi)，室內驗證、市場實(shi)(shi)(shi)踐兩手抓，為(wei)推(tui)動(dong)中國綠(lv)色(se)(se)(se)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)工藝規(gui)模(mo)化應(ying)(ying)(ying)用提供有力支(zhi)撐(cheng)。