制氢路线与灰氢、蓝氢和绿氢

氢能源与燃料电池

我国氢制取的来源主要是化石能源，目前有以下三种较成熟的技术路线：

⑴以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢。煤制氢技术成熟，通过气化技术将煤炭转化为合成气，再经水煤气变换分离处理以提取高纯度的氢气。可满足大规模化、高稳定性的制氢要求，是当前成本最低的制氢方式。天然气制氢技术中，蒸汽重整制氢较为成熟，也是国际上主流的制氢方式。

⑵以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢。工业副产氢气主要分布在钢铁、化工等行业，通过提纯氢气，能提高资源利用效率和工业产品经济附加值，可降低排放和大气污染。

⑶通过电解水制氢，主要包括碱性水电解槽技术、质子交换膜水电解槽技术和固体氧化物水电解槽技术，其中，碱性电解槽技术最为成熟，生产成本较低，总体上目前电解水制氢产能规模较小。

图1 我国制氢结构¹

此外，还有生物制氢（生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢）和太阳能光催化分解水制氢等有待于突破的新兴技术，主要处于实验开发阶段，尚未具备产业化要求。总体上，制氢不仅需要能源作为“动力”实现制氢，同时能源也可以作为制氢的原材料，图2给出了基于各类能源的制氢过程。

图2 能源到氢气的过程²

为了区分制氢全过程的低碳、清洁程度，凌文院士把不同制氢技术制得的氢气分为三类：灰氢，蓝氢和绿氢，如图3所示。所谓的灰氢，是指煤炭、天然气、化工工厂等碳基能源制备的氢，由于在制备环节有二氧化碳排放的，没有实现低碳，把这种氢定义为灰氢，当前全球主要制氢产能都属于灰氢。蓝氢，是在灰氢的制备过程采用“无碳”技术手段，实现零碳排放，需要二氧化碳的捕捉、利用和封存相关技术支撑，实现蓝氢需要技术的突破发展。水电解制氢是“无碳”制氢技术，同时电力是通过太阳能、水电、风能等可再生能源和核能发电获得，可实现制氢的无碳、绿色，这种氢被称为绿氢，实现绿氢主要受制于可再生能源发电技术和水电解槽技术发展³。

图3 灰氢-蓝氢-绿氢的技术发展路线

¹中国氢能源及燃料电池产业白皮书（2019版）

²本间琢也，上松宏吉著;乌日娜译．绿色的革命：漫画燃料电池[M]．北京：科学技术出版社，2019.1.

³https://mp.weixin.qq.com/s/Mzc2WPsMsY9h0VtehIhNEg

来源：北京市氢燃料电池发动机工程技术研究中心