绿氢

杨春蓉

摘要：氢能作为一种热值高、能量密度大、来源多样的清洁高效二次能源，被誉为21世纪的“终极能源”。为实现2030年碳达峰、2060年碳中和的目标，大力发展我国绿氢产业化，是时代热点。本文对绿氢的发展、项目进行分析，并为未来的发展做出一个展望。

关键词：绿氢，能源，制氢

一：氢能源时代

1：氢能源的世界性发展：

氢能被誉为21世纪的“终极能源”。在未来氢能应用中，工业领域是第一位的，其次就是交通。氢燃料汽车的前景十分广阔。

2：氢能制取技术：

氢能无法直接从自然界中获取，必须通过制备得到。目前制氢主要是通过煤炭、天然气等传统能源制氢，这种制氢模式却存在高碳排的问题，这种氢能源不能成为绿氢。而光伏、风电等可再生能源制备绿氢，能够解决传统能源制氢的高碳排问题。

2.1：氢能分类

从氢能制取工艺的碳排放量划分，氢能分为灰氢，蓝氢，绿氢3类。灰氢的温室气体排放量极高，不能减碳。而利用化石燃料制造，结合碳捕捉技术的“蓝氢”，相比于“灰氢”，是降低碳排理念上的进步，其作为一种能源策略，只有在无限期地储存二氧化碳，并且确保其不泄漏回大气的情况下才起作用。氢能源必须从灰氢到蓝氢，再到绿氢的不断发展，从生产源头上解决碳排的“绿氢”，才是通向净零排放的核心路径。可再生能源制备绿氢，才能解决传统能源制氢的高碳排放问题。

2.2：制氢技术分类：

氢的制取主要有三种较为成熟的技术路线：一是以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢;二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢;三是电解水制氢。前两种技术是灰氢，蓝氢制取工艺。而电解水制氢技术是未来最有潜力的制氢技术。

2.3水電解制氢：

电解水制氢技术主要分为：碱性水电解槽（ALK）、质子交换膜水电解槽（PEM）。由于碱性电解技术成熟且制氢量大，适合吉瓦级绿氢项目。PEM技术灵活迅速，在兆瓦级项目中多有应用，未来随着技术突破和降本将有望提升规模。

2.4绿氢技术：

绿氢技术是依托碱性电解槽和光伏发电制备，因其真正意义的清洁性而备受行业重视。随着光伏发电及电解槽成本的下降，绿氢未来有望成为一个带动当地发展、创造新型就业的规模产业，并在长远的未来逐步取代石油等化石燃料，重塑全球进出口供需关系格局。

2.5目前绿氢技术发展具有的条件

一是电的低成本。目前光伏发电成本持续降低，已经成为全球最经济的清洁能源，这为光伏发电电解水制氢解决了成本难题;二是零碳排。电解水制氢是一个高耗能的过程，在我国电力结构中，煤电是主要的发电形式，如果用电网的电来电解水制氢，每制1KG氢气就会排放40KG左右的二氧化碳，远大于煤制氢的排放强度。如果用光伏发电来电解水制氢，就没有碳排放的压力。

3：氢能成本控制

3.1氢气成本：

目前，灰氢，蓝氢最主要的来源是煤制氢和天然气制氢。煤制氢的成本区间大概在0.4元到0.8元每标方;天然气制氢的成本区间是1元到1.5元每标方。绿氢气成本2.6～3.6元每标方（电价按0.4～0.55元/kwh）。目前绿氢还无法与传统制氢竞争，还需要进一步降低制氢成本。

二：我国绿氢的发展和机遇

实现中国碳中和目标，大体上需要136万亿人民币投入，这将是一个巨大的市场。但我国绿氢产业化应用仍处于发展初期，如何破局，如何降低成本是摆在眼下的问题。需出台围绕绿氢成本降本的政策，第一要从土地、租金、贷款等因素着手，充分降低光伏制氢的非技术成本;第二在绿电制氢的过程当中，不再收取过网费、税费等费用。这两点对绿氢的发展以及成本的降低，都会有十分大的帮助。

三：绿氢的实施

绿氢厂房的建设，是绿氢落地实施的硬件条件，笔者作为设计院，跟大家分享一个绿氢厂区方案。

3.1概述

该项目共7个制氢厂房，1个增压厂房，2个动力厂房，室外储氢区域，1个220KV站，以及办公楼。制氢设备实际每小时总产量为130000Nm/h，每天总产量为57吨/天。

3.2电解水制氢技术方案

3.2.1电解水整体系统工艺流程及反应电解水制氢设备流程方案示意图：

氢气纯化系统流程方案示意图：

3.3碱性电解水制氢系统构成

碱性电解水制氢系统构成如下图所示，主要构成为氢氧系统、碱性循环系统、补水系统、冷却水系统等。

四总结

我国顺应全球环保形势，提出的碳达标，碳中和的目标，必将大大刺激绿氢产业的发展，大量的绿氢厂房建设，是设计院未来的业务主体，丰富自己的知识，为未来抢占市场做好准备吧。

参考文献：

[1]毛宗强，毛志明，余皓，等。制氢工艺与技术[M].北京：化学工业出版社，2018

[2]曹湘洪.氢能开发与利用中的关键问题[J].石油炼制与化工，2017，48（9）：1-6.