新能源制氢及氢能应用的发展前景

新能源制氢及氢能应用的发展前景

张,博

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摘要:氢能作为一种清洁能源，在应对全球气候变化以及“双碳”目标中有着巨大作用，许多国家都将氢能纳入国家战略。国内制氢也正从煤炭、石油等传统能源，向着风能、电能、光伏等新能源转变，新能源制氢技术的优势与重要性，逐步凸显。但我国氢能产业发展、新能源制氢以及氢能应用，相对落后于美国、日本等国家，亟待全面提升。本文总结了我国制氢以及氢能利用的最新发展动态以及相关技术的发展现状、趋势，着重探讨了新能源制氢以及氢能利用的发展前景，力求为我国绿色氢能发展提供借鉴，推动国内氢能行业均衡、高水平发展。

关键词:新能源;制氢;氢能利用;发展前景

能源在经济建设和产业发展中的地位十分突出，可以说，失去了能源的支持，较多的产业会停滞不前，社会经济也会陷入困境，所以强调能源的开发与利用是有突出现实价值的。就目前的数据现实，在人类可利用的能源中，化石能源占据着绝对的地位，这些能源的应用价值较大，但是在应用过程中产生的污染也比较大，而且化石能源存在着不可再生的特点，所以从能源可持续利用和环境保护角度出发考虑问题，必须要开发利用具有清洁性且可再生的能源资源。研究表明氢能是清洁能源，而且其具有可再生性，所以积极的开发氢能并在生产实践中做好氢能的利用分析有突出的现实价值。

1氢气制备的工艺方法

氢气作为一种可以利用的重要能源，积极的进行氢气的制备有突出的现实意义。对具体的氢气制备工艺方法做分析发现其可以分为传统制备法和新工艺，以下是具体的介绍。

1.1 氢气的传统制备工艺

从具体的资料研究来看，传统的制备氢气方法有多种，比如水电解法、烃类水蒸气重整制氢法、重油部分氧化重整制氢方法。就这三种方法的具体利用来看，其有着明显的差异。(1)水电解法制氢是比较简单的一种制备氢气的方法，此工艺方法的成熟度比较高，制得的氢气具有比较高的纯度，但是此种方法存在着突出的弊端即效率不高，会造成资源的浪费。(2)烃类水蒸气重制氢法和重油部分氧化重整控制氢方法在目前已经实现了工业化利用。其中烃类水蒸气重整制氢反应是一种强吸热反应，在过程中需要实现外部的持续供热，整个过程的热效率较低，反应温度比较高，在过程中会消耗大量的热，所以存在着资源浪费的问题。重油部分氧化重整控制氢方法虽然在工业制氢中得到了应用，但是其制氢的纯度较低，在能源综合利用方面的效果也不够显著。总之，传统的制氢工艺虽然可以利用，但是远没有达到预期的效果，所以需要不断的进行工艺的改进与革新。

1.2 制氢新工艺

从上文的具体分析来看，传统的制氢方法存在着比较显著的弊端，所以为了实现高效制氢，各个国家都在制氢工艺方面加大了研究，而且取得了不错的成绩。

在20世纪70年代的时候，我国就对甲醇水蒸气重整与氧化重整在统一反应器中的制氢反应进行了分析与研究并取得了突破性进展。从具体的反应结果来看，利用这种制氢方法进行制氢可以有效地解决外供热效率低的问题，所以利用这种方法进行制氢，资源浪费的问题会得到有效的缓解。

中国科学院大连化学物理研究所对烃类氧化重整制氢反应在同一反应床层中的实施进行大量的理论和实践研究也取得了突破性进展。从具体的资料来看，我国已经找出了在烃类氧化重整制氢反应过程中性能表现良好的催化剂，而且在无梯度反应器中对该反应过程进行了具体的观察与分析。从研究结果来看，此种制氢方法有理论实证，而且其结果验证了理论分析，可以说，关于此反应的研究为燃料氢技术的发展打下了坚实的基础。

在氢气的利用范围实现不断扩展后，其需求量有了显著的增加。基于市场的需要，各类型的制氢方法开始在实践中进行利用，其中比较常规的有水电解法、水煤气转化法以及甲烷裂解法等。从这些技术的具体应用来看，其虽然可以获得氢气，但是会消耗大量的不可再生资源，所以是无法长期利用的。基于此，如何实现高效制氢成为了摆在研究人员前面的重要难题。

2 新能源制氢技术现状及发展前景

新能源制氢，是相较于传统制氢技术所提出的新名词，特指的是利用新能源，如化学能、生物质能、风能等清洁、可再生资源进行制氢的技术。传统制氢技术主要是利用化石燃料，制氢过程中会产生与排放大量的温室气体以及污染物，对环境造成较大的负面影响，而新能源制氢则是更为环保、绿色，大部分产物都是氢气，温室气体、污染物较少甚至没有。

2.1国内外氢能发展现状

世界能源转型背景下，美国、日本、欧盟等国家与地区，纷纷支持氢能产业发展，并制定了氢能发展战略。自石油危机之后，美国就异常重视氢能开发与利用，从1990~2020年，美国能源部就陆续增加了氢能燃料电池项目，并以推动利用氢能为发展思路，出台了一系列的政策、文件等，用于加强对氢能的开发、利用和产业发展，还成立了国家实验室进行研究，使得氢能燃料电池项目快速发展，如今已经有超过30个研究项目，投入资金超过数亿美元。“氢能社会”战略，是日本最为重要的国家战略之一，日本更是将发展氢能产业作为重要的经济战略，无是下游的燃料电池，还是上游的制氢、储氢、输氢技术研发与应用等，日本在全球范围内都具有强有力的竞争力，其氢能产业更是位列世界前茅，并完善了国内燃料电池车、家用和工业用燃料电池的相关制度，近几年来正在大力普及家用氢能、工业氢能。我国向世界承诺，争取在2030年实现“碳达峰”、2060年实现“碳中和”，而达成目标的关键，就是实现氢能的大量、持续制取以及各行业中的应用推广，使得氢能在现在与未来发展为重要的新能源途径。现阶段全球能源呈现出“四分天下”的格局——煤炭转型、石油稳定、天然气鼎盛，而氢能已经迈入黄金期，随着碳减排形势日益严峻，氢能更是得到了全球的高度关注，实现新能源制氢以及促进氢能跨越式发展、应用，是我国应对全球能源结构更迭、达成“双碳”目标的必然路线，并将氢能作为十四五规划的重点任务，各地也积极响应号召，大力发展氢能产业。

2.2 生物质制氢技术现状及发展前景

生物质制氢技术除却对环境(1000°C以上的高温)有一定要求以外，可以称得上的理想的制氢技术。一来，我国生物质能非常丰富，无论是城市生活垃圾，还是农林废弃物，都可以作为生物原料的来源，而这些资源的利用，对环境、对经济发展都极为有利;二来生物质制氢技术在我国有着巨大的发展潜力，相较于化石原料制氢能，更为符合当下绿色环保、节能减排的国家政策及发展理念。唯一的缺点就是在研发方面，技术进展较为缓慢，还需要进一步攻克气化制氢、热裂解制氢技术的难关。例如，生物质热裂解制氢具有流程简单、生物质利用率高等优势，美中不足的是热解过程中会产生焦油，这一问题亟待研究解决;微生物降解制氢，是利用微生物降解生物质得到氢气，因为太阳能转化率较低、成本较高尚未得到推广，整体还处于研发阶段;生物质超临界水制氢是将临界水进行热解、水解等一系列化学反应来制取氢气，但该技术还不成熟，仍旧在试验阶段。但这也从侧面说明了，生物质制氢技术绝对是一项具有良好发展前景的制氢技术。

2.3风电、光电制氢技术现状及发展前景

不同于前两项制氢技术，这项技术可以实现零排放，且制出的氢气纯度较高，几乎没有杂物。因而备受各行各业的重视。风能、水能是可再生资源，利用风能、水能发电电解水制氢，既能将不稳定的电能转化为氢气，多样化利用可再生资源制取氢能，又能合理应用资源实现规模化制氢，还能有效节约电力资源，唯一的缺点就是成本较高，与煤制氢技术相比，经济性较低。

近年来，我国不断借鉴美国、日本以及欧盟等，家制氢经验，在国内不断地提高制氢技术研发投资。例如，在风电设施、光伏设施建设中，降低其他组件运行成本，构建可持续、新型产业链运行模式，提高风电、光电制氢技术的经济性，充分地将可再生能源利用起来，减少发电成本。

3 结束语

总而言之，随着新能源制氢技术研发、应用及推广，氢能利用必将迎来大好局面，无论是新能源制氢，还是氢能应用，前景都将十分广阔。

参考文献：

[1]薛秀丽.甲烷化学链重整制氢技术在燃料电池中的应用研究[J].新型工业化,2019,9(12):110-112.