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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(zai)傳統(tong)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)方法中(zhong)(zhong)，煤與天然(ran)氣(qi)(qi)重整等(deng)化(hua)石能源(yuan)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)是現今工(gong)(gong)(gong)業制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)的主(zhu)流。當前化(hua)石能源(yuan)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)工(gong)(gong)(gong)藝成(cheng)熟(shu)，可用(yong)于(yu)大(da)(da)規模(mo)工(gong)(gong)(gong)業生產，且(qie)原料價格(ge)相(xiang)對低(di)廉(lian)，但氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)制(zhi)(zhi)備過程(cheng)中(zhong)(zhong)會排放(fang)大(da)(da)量(liang)CO2和污(wu)染物(wu)。工(gong)(gong)(gong)業副(fu)產氫(qing)(qing)則集中(zhong)(zhong)分(fen)布于(yu)化(hua)工(gong)(gong)(gong)、冶(ye)金(jin)等(deng)領域，其(qi)中(zhong)(zhong)煤氣(qi)(qi)化(hua)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)（圖1）規模(mo)較大(da)(da)，技術(shu)相(xiang)對成(cheng)熟(shu)，且(qie)成(cheng)本(ben)低(di)廉(lian)，但卻面(mian)臨污(wu)染大(da)(da)、制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)純度低(di)等(deng)瓶頸。氯堿副(fu)產制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)因(yin)其(qi)經濟、操作(zuo)簡單(dan)、純度高等(deng)特(te)點(dian)，擁有較好的應用(yong)潛能，但也(ye)存在(zai)產氫(qing)(qing)量(liang)小且(qie)產能分(fen)散的問題(ti)。

化石(shi)能(neng)(neng)(neng)源制(zhi)氫(qing)具有(you)較高(gao)(gao)的(de)碳排量(liang)，其中煤制(zhi)氫(qing)碳排量(liang)最高(gao)(gao)，制(zhi)取1kg H2的(de)碳排量(liang)超過(guo)(guo)20kg CO2。目前我(wo)國(guo)電力大(da)部分來自(zi)火電，因此碳排放很高(gao)(gao)，甚至(zhi)超過(guo)(guo)煤制(zhi)氫(qing)。近年(nian)來，隨著化石(shi)能(neng)(neng)(neng)源制(zhi)氫(qing)耦合碳捕集技術(shu)的(de)發展(zhan)和(he)完(wan)善(shan)，碳排放強度會大(da)幅度下(xia)降，但仍高(gao)(gao)于(yu)可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源制(zhi)氫(qing)，且帶來較高(gao)(gao)的(de)碳捕集成本。

圖1煤氣化制氫工藝流(liu)程圖

2、先進綠色制氫關鍵技術研究進展

2.1、電解水制氫技術

現階段，常用的電解(jie)(jie)水(shui)制氫技(ji)術包括堿性電解(jie)(jie)水(shui)制氫、質子交換膜電解(jie)(jie)水(shui)制氫及固(gu)體氧化(hua)物電解(jie)(jie)水(shui)制氫三大類。

01.堿性電解水制氫

堿性電解(jie)水（AWE）制氫(qing)裝(zhuang)置由電解(jie)槽與輔助系統(tong)構(gou)成，以KOH為電解(jie)液、多(duo)孔膜(mo)為隔(ge)膜(mo)，在直(zhi)流電的(de)刺激下將H2O分解(jie)為H2和O2。堿性電解(jie)水制氫(qing)的(de)優點是(shi)不(bu)需要(yao)貴(gui)金屬作(zuo)為催化(hua)劑，成本相對較(jiao)低(di)，裝(zhuang)備(bei)技術成熟，產品耐久性好(hao)，服役壽命可(ke)達30年。缺(que)點在于所需的(de)隔(ge)膜(mo)較(jiao)厚，電阻較(jiao)大，制氫(qing)的(de)工作(zuo)電流低(di)，設備(bei)體積大等。此(ci)外，由于多(duo)孔膜(mo)透氣(qi)性強，需有效保(bao)證電解(jie)槽兩側的(de)壓(ya)力平衡。更重要(yao)的(de)是(shi)，堿性電解(jie)液會與空氣(qi)中的(de)C O2反應，形成難(nan)容性的(de)碳(tan)酸鹽（如K2C O3、Na2C O3等）。

02.質子交換膜電解水制氫

質子(zi)交(jiao)(jiao)換膜(mo)（PEM）電(dian)解水制(zhi)氫(qing)(qing)采用的(de)(de)質子(zi)交(jiao)(jiao)換膜(mo)很(hen)薄、電(dian)阻較(jiao)小(xiao)，可在高(gao)(gao)效率前提下承受較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)電(dian)流，因此設備體(ti)積和占地面積都遠小(xiao)于(yu)(yu)堿(jian)性(xing)電(dian)解水設備。同時由于(yu)(yu)PEM電(dian)解水采用不透氣的(de)(de)膜(mo)，可承受更大(da)(da)的(de)(de)壓(ya)力(li)，無需(xu)兩側(ce)嚴格的(de)(de)壓(ya)力(li)控制(zhi)，可做到快速啟停，功率調節的(de)(de)幅度和響應速度也遠高(gao)(gao)于(yu)(yu)堿(jian)性(xing)電(dian)解水。當前國外PEM制(zhi)氫(qing)(qing)技(ji)(ji)術已(yi)較(jiao)為成(cheng)熟(shu)，進入市場(chang)化(hua)應用早期。普頓(dun)、西(xi)門子(zi)、ITM Power等代(dai)表性(xing)企(qi)(qi)業已(yi)相繼分布了兆瓦級PEN電(dian)解水系統(tong)產(chan)品，大(da)(da)力(li)推動了其規模(mo)化(hua)應用。中(zhong)國PEM制(zhi)氫(qing)(qing)產(chan)業發展相對(dui)滯(zhi)后，雖部分企(qi)(qi)業已(yi)形成(cheng)具(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)自主化(hua)程度的(de)(de)制(zhi)氫(qing)(qing)樣機，但還(huan)存(cun)在質子(zi)交(jiao)(jiao)換膜(mo)等關(guan)鍵(jian)(jian)材(cai)料的(de)(de)“卡(ka)脖子(zi)”問題。后續應加大(da)(da)力(li)度攻關(guan)低成(cheng)本催化(hua)劑(ji)和氣體(ti)擴散層等關(guan)鍵(jian)(jian)技(ji)(ji)術，提升關(guan)鍵(jian)(jian)設備的(de)(de)效率與壽命(ming)。

03.固體氧化物電解水制氫

固體(ti)(ti)(ti)氧化物（SOEC）電解(jie)水制氫(qing)是一(yi)種高溫(wen)電解(jie)水技術(shu)，操作(zuo)溫(wen)度(du)為(wei)700~1000℃，其結構由(you)多孔的(de)(de)氫(qing)電極、氧電極和一(yi)層致密的(de)(de)固體(ti)(ti)(ti)電解(jie)質組成。由(you)于其工作(zuo)溫(wen)度(du)高，能(neng)夠大大增(zeng)加反應的(de)(de)動力，同時可大幅降低電能(neng)消耗。在(zai)(zai)某些特定場(chang)合，如高溫(wen)氣冷堆(dui)、太陽(yang)能(neng)集熱等(deng)，SOEC電解(jie)水制氫(qing)技術(shu)有(you)較(jiao)大的(de)(de)發揮空間。SOEC電解(jie)水制氫(qing)技術(shu)在(zai)(zai)電耗等(deng)方面(mian)具有(you)不小優勢，但(dan)仍(reng)存(cun)在(zai)(zai)使用溫(wen)度(du)高、投(tou)入大、啟停慢、循環(huan)壽命(ming)低等(deng)技術(shu)壁壘(lei)，尚處于室內驗(yan)證階段，未實現市場(chang)化推廣。目前(qian)除(chu)固體(ti)(ti)(ti)氧化物電解(jie)水外，AWE和PEM制氫(qing)都已獲得(de)規模(mo)化應用。

2.2、太陽能分解水制氫技術

目前(qian)，已(yi)存(cun)在(zai)的太陽能分解(jie)水(shui)制氫涵蓋光(guang)催化(hua)法制氫、光(guang)電化(hua)學法制氫及固(gu)光(guang)熱(re)分解(jie)法制氫三大(da)類(lei)。

01.光催化法制氫

光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)制氫的(de)原(yuan)理是(shi)利(li)用(yong)光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)吸(xi)光(guang)(guang)(guang)特(te)性(xing)，實現(xian)光(guang)(guang)(guang)解水反(fan)應(ying)。光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)在(zai)光(guang)(guang)(guang)照的(de)作用(yong)下(xia)可產生一(yi)定數量的(de)光(guang)(guang)(guang)生電子(zi)(zi)和空穴(xue)，可將吸(xi)附在(zai)催(cui)化(hua)劑(ji)表面的(de)H2O分(fen)子(zi)(zi)還(huan)原(yuan)為(wei)H2（圖2）。光(guang)(guang)(guang)導體材(cai)(cai)料(liao)應(ying)具備的(de)特(te)殊性(xing)能應(ying)涵蓋：①太陽光(guang)(guang)(guang)響應(ying)范(fan)圍(wei)廣；②電子(zi)(zi)和空穴(xue)分(fen)離效率高(gao)；③合(he)適的(de)表面反(fan)應(ying)活性(xing)位；④耐(nai)久性(xing)強等(deng)。光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)制氫具有光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)材(cai)(cai)料(liao)易得、制氫系統簡(jian)便、成本低等(deng)優勢(shi)，具有廣闊的(de)應(ying)用(yong)前景。但光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)現(xian)階段還(huan)處于示(shi)范(fan)研(yan)發階段，普遍存在(zai)制氫效率低、光(guang)(guang)(guang)激電子(zi)(zi)-空穴(xue)對易復(fu)合(he)等(deng)難題，與商(shang)業化(hua)應(ying)用(yong)仍(reng)有較大距離。

圖2光催(cui)化劑分(fen)解水制氫基本過程(cheng)

02.光電化學法制氫

光(guang)電(dian)(dian)化(hua)學(xue)（PEC）制(zhi)氫(qing)在分解水過(guo)程(cheng)中，可產生大量的(de)載流(liu)子，可實現強光(guang)條(tiao)件(jian)下和強電(dian)(dian)解質中的(de)長期耐久性(xing)。迄今為止，已研發的(de)PEC制(zhi)氫(qing)光(guang)電(dian)(dian)極材料(liao)包括：GaAs、InGaN、Mo S2及(ji)金屬硒化(hua)物等(deng)。Mo S2因具(ju)備經濟、合成流(liu)程(cheng)簡易(yi)及(ji)良好的(de)光(guang)電(dian)(dian)效應等(deng)特性(xing)，制(zhi)氫(qing)效果最好。經大量實踐證(zheng)明，經改性(xing)后的(de)Mo S2材料(liao)制(zhi)氫(qing)性(xing)能(neng)(neng)更優，通過(guo)引(yin)入高性(xing)能(neng)(neng)碳(tan)材料(liao)，能(neng)(neng)夠大幅(fu)增加Mo S2表面的(de)活性(xing)位點(dian)，同時(shi)顯著改善其電(dian)(dian)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)。

03.光熱分解法制氫

早在(zai)(zai)1971年，Ford等便率(lv)先(xian)報道了(le)直接光(guang)熱分(fen)解制(zhi)(zhi)氫工藝(yi)，其(qi)主要(yao)原理為：在(zai)(zai)光(guang)照(zhao)下使(shi)系統溫度達到2000K以(yi)上，一步到位直接獲取H2和O2，最(zui)后(hou)再利用分(fen)離裝置獲取純(chun)氫。因(yin)此(ci)，光(guang)熱分(fen)解制(zhi)(zhi)氫（TWSC）的(de)(de)(de)核(he)心在(zai)(zai)于良好的(de)(de)(de)抗溫材料和有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)氣體(ti)分(fen)離設施。為顯(xian)著改善TWSC制(zhi)(zhi)氫的(de)(de)(de)功(gong)效(xiao)和純(chun)度，研(yan)究人員提(ti)出了(le)上百種太陽(yang)能熱化(hua)學制(zhi)(zhi)氫方法，包括HyS、Cu-Cl及(ji)S-I等TWSC制(zhi)(zhi)氫技術。而Cu-Cl制(zhi)(zhi)氫因(yin)其(qi)產氫純(chun)度高(gao)、污染小、節(jie)約等優勢，已(yi)成為當下TWSC制(zhi)(zhi)氫的(de)(de)(de)主流。Pal等于21世紀初建(jian)立了(le)Cu-Cl制(zhi)(zhi)氫模(mo)(mo)型，并成功(gong)應用于全年光(guang)照(zhao)充(chong)足(zu)的(de)(de)(de)Algeria地區，現場(chang)結果顯(xian)示，該模(mo)(mo)型的(de)(de)(de)太陽(yang)能利用效(xiao)率(lv)高(gao)達93%，年制(zhi)(zhi)氫量突破82噸/年。

2.3、生物質制氫技術

目前，生物質制(zhi)氫技術主要包括熱化學法(fa)和生物法(fa)兩大類。

01.熱化學法制氫

當下(xia)主流的(de)(de)熱化學(xue)(xue)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)技(ji)術(shu)有(you)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)催(cui)化氣化、生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)重(zhong)整(zheng)及生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)熱解(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)等(deng)，其工藝流程如圖3所示。生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)催(cui)化氣化制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)研究(jiu)重(zhong)點是提高產(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)的(de)(de)H2純度(du)，由(you)于(yu)氣化過程中(zhong)還產(chan)生(sheng)(sheng)H2S、HCl、堿金屬等(deng)微量(liang)雜質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，反應器中(zhong)需加入吸附劑(ji)加以處理。生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)油重(zhong)整(zheng)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)最早由(you)美(mei)國(guo)NREL于(yu)1997年報(bao)道，其通(tong)過生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)熱裂解(jie)獲(huo)得生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)油，再結合(he)(he)水蒸(zheng)氣重(zhong)整(zheng)進而實現制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。經過多年的(de)(de)創(chuang)新和發(fa)展，已成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)一項舉足輕重(zhong)的(de)(de)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)技(ji)術(shu)。與前者相比(bi)，生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)熱解(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)發(fa)展至今(jin)，技(ji)術(shu)成(cheng)(cheng)(cheng)熟度(du)已相對(dui)(dui)成(cheng)(cheng)(cheng)熟，當前全世界(jie)已有(you)多套商(shang)業(ye)化運(yun)作的(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)熱解(jie)裝(zhuang)置。與其他制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)技(ji)術(shu)相比(bi)，熱化學(xue)(xue)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)優勢顯(xian)著(zhu)，但(dan)也存在(zai)一定的(de)(de)技(ji)術(shu)瓶頸(jing)，如熱化學(xue)(xue)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)成(cheng)(cheng)(cheng)本高，混合(he)(he)產(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)氫(qing)(qing)(qing)(qing)含量(liang)低，含有(you)大量(liang)的(de)(de)CO、H2S及焦油等(deng)雜質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)。這(zhe)些雜質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)均會對(dui)(dui)燃料(liao)電池產(chan)生(sheng)(sheng)一定的(de)(de)損害，因(yin)此混合(he)(he)產(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)適合(he)(he)作為(wei)燃料(liao)或工業(ye)原料(liao)，不(bu)適合(he)(he)于(yu)燃料(liao)電池等(deng)高純氫(qing)(qing)(qing)(qing)應用場景。

圖3生物質熱化學(xue)制氫路線圖

02.生物法制氫

生物(wu)(wu)法制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)體(ti)系包括暗(an)(an)厭氧菌(jun)發(fa)酵(jiao)(jiao)、光(guang)(guang)(guang)合(he)生物(wu)(wu)及(ji)其(qi)耦(ou)合(he)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)等。暗(an)(an)厭氧菌(jun)發(fa)酵(jiao)(jiao)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)是通過厭氧細(xi)菌(jun)在氫(qing)(qing)(qing)(qing)化酶的(de)(de)作用下實現有機物(wu)(wu)分解從而獲取(qu)H2，此(ci)過程可(ke)實現無(wu)光(guang)(guang)(guang)能(neng)產(chan)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。光(guang)(guang)(guang)合(he)生物(wu)(wu)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)則是以(yi)光(guang)(guang)(guang)能(neng)為反應(ying)條(tiao)件，利(li)于(yu)微(wei)(wei)藻等光(guang)(guang)(guang)合(he)微(wei)(wei)生物(wu)(wu)分解水產(chan)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。該(gai)技(ji)術制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)利(li)用的(de)(de)能(neng)源既有生物(wu)(wu)能(neng)也有光(guang)(guang)(guang)能(neng)，因(yin)此(ci)光(guang)(guang)(guang)發(fa)酵(jiao)(jiao)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)效率一(yi)般高于(yu)暗(an)(an)發(fa)酵(jiao)(jiao)。光(guang)(guang)(guang)合(he)-發(fa)酵(jiao)(jiao)耦(ou)合(he)技(ji)術可(ke)兼具暗(an)(an)發(fa)酵(jiao)(jiao)與光(guang)(guang)(guang)合(he)生物(wu)(wu)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)優勢(shi)，不僅能(neng)夠在一(yi)定(ding)程度上減少光(guang)(guang)(guang)能(neng)需求，同時可(ke)大幅增加H2的(de)(de)產(chan)量，是生物(wu)(wu)法制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)主要發(fa)展(zhan)方向。

2.4、核能制氫技術

核(he)能(neng)到氫能(neng)的(de)(de)(de)轉化有多種途徑(jing)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)利用(yong)(yong)(yong)核(he)能(neng)發電(dian)進行電(dian)解(jie)水(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫，也(ye)可(ke)(ke)利用(yong)(yong)(yong)核(he)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)熱(re)來制(zhi)(zhi)(zhi)氫。核(he)能(neng)發電(dian)制(zhi)(zhi)(zhi)氫與普通電(dian)解(jie)水(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫技(ji)術相同，而(er)利用(yong)(yong)(yong)核(he)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆發熱(re)制(zhi)(zhi)(zhi)氫是未來應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)前景廣闊的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)氫技(ji)術，其制(zhi)(zhi)(zhi)氫原(yuan)理見圖4。甲(jia)烷蒸汽(qi)重整（SMR）是工業上主(zhu)要的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)氫方(fang)(fang)法，利用(yong)(yong)(yong)核(he)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)熱(re)作為(wei)蒸汽(qi)重整的(de)(de)(de)熱(re)源時，可(ke)(ke)顯著(zhu)降(jiang)低(di)(di)過程所需甲(jia)烷氣(qi)量和成本。但該技(ji)術仍屬于(yu)化石能(neng)源制(zhi)(zhi)(zhi)氫，會產(chan)(chan)(chan)生(sheng)大量的(de)(de)(de)溫(wen)室氣(qi)體，不(bu)利于(yu)推動碳中(zhong)和進程。高(gao)(gao)溫(wen)電(dian)解(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)氫是以(yi)(yi)核(he)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)蒸汽(qi)為(wei)原(yuan)料，電(dian)耗可(ke)(ke)降(jiang)至2.8kWh/m3，遠低(di)(di)于(yu)傳(chuan)統制(zhi)(zhi)(zhi)氫，但目前仍面臨技(ji)術不(bu)夠成熟和高(gao)(gao)成本等壁壘。而(er)熱(re)化學(xue)循環(huan)分解(jie)水(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫則是利用(yong)(yong)(yong)核(he)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)熱(re)直接制(zhi)(zhi)(zhi)氫，由于(yu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)需在2500℃以(yi)(yi)上的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)下進行，難以(yi)(yi)實際應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)，如(ru)何(he)利用(yong)(yong)(yong)熱(re)循環(huan)將反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)溫(wen)度控制(zhi)(zhi)(zhi)在適(shi)合的(de)(de)(de)范圍內是未來該領域的(de)(de)(de)主(zhu)攻(gong)方(fang)(fang)向。

圖(tu)4核能制氫技(ji)術路線

2.5、海水制氫技術

由于海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)的成分復(fu)雜且缺乏(fa)行之(zhi)有效的催化(hua)(hua)劑，直接(jie)(jie)電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)會(hui)導(dao)致制(zhi)(zhi)(zhi)取(qu)H2時副反應競爭、催化(hua)(hua)劑失(shi)活、隔(ge)膜堵塞等問題(ti)。基于此，諸多專家和學者(zhe)提出(chu)了不(bu)(bu)同的間接(jie)(jie)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)技(ji)術(shu)(shu)(shu)。有研究(jiu)者(zhe)采(cai)用固(gu)體氧(yang)化(hua)(hua)物電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)技(ji)術(shu)(shu)(shu)對(dui)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)進行電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)，將海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)首先(xian)轉化(hua)(hua)為高溫水(shui)(shui)(shui)(shui)蒸氣再電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)，大部分海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)中的雜質不(bu)(bu)會(hui)接(jie)(jie)觸到電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)裝(zhuang)置(zhi)，因此電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)效率相對(dui)較好，但由于固(gu)體氧(yang)化(hua)(hua)物電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)技(ji)術(shu)(shu)(shu)發展滯后，且經濟性差，在(zai)(zai)全球范圍(wei)內的活躍度相對(dui)較低。海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)(hua)-電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)是現(xian)今(jin)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的主流(liu)，其先(xian)通過處理技(ji)術(shu)(shu)(shu)將海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)進行淡(dan)(dan)化(hua)(hua)，在(zai)(zai)結合成熟(shu)的淡(dan)(dan)水(shui)(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)技(ji)術(shu)(shu)(shu)來制(zhi)(zhi)(zhi)取(qu)H2。從多方面考慮，海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)(hua)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)都具備(bei)明(ming)顯優勢，但由于受(shou)相關技(ji)術(shu)(shu)(shu)條件(jian)的限制(zhi)(zhi)(zhi)，該(gai)技(ji)術(shu)(shu)(shu)尚處于實驗室階(jie)段，與實際應用還(huan)有很長的距離。

3、評價與對策

3.1、不同綠色制氫技術特點對比

近年來世(shi)界各國對電解水(shui)制氫(qing)(qing)、生物質制氫(qing)(qing)及核能(neng)制氫(qing)(qing)等工藝進行了大(da)量研究，綠(lv)色(se)制氫(qing)(qing)方法正朝著多樣化方向發展，各種(zhong)新型制氫(qing)(qing)技術(shu)蔚然成(cheng)風，在(zai)推動全球氫(qing)(qing)能(neng)資源(yuan)的利用中扮演著重要(yao)的角色(se)，不同綠(lv)色(se)制氫(qing)(qing)技術(shu)在(zai)適用條件、應用效果(guo)及成(cheng)本投入等方面不盡相同，其各自(zi)工藝特點(dian)如表1所示。

表1不同綠(lv)色制氫技術(shu)特點對比(bi)

3.2、綠色制氫產業化面臨的挑戰

新(xin)型綠色制氫技術(shu)雖在(zai)諸多方面都體現出一定的優勢，但由(you)于相關技術(shu)條件的局限性，在(zai)應用過(guo)程中勢必(bi)會有不(bu)少實際(ji)問題存在(zai)。

（1）首先是(shi)制(zhi)氫裝(zhuang)備及技(ji)術(shu)(shu)方(fang)面(mian)，國內雖已(yi)有相(xiang)關企業(ye)開展相(xiang)應的技(ji)術(shu)(shu)研(yan)發(fa)，但均(jun)處于小批量(liang)試制(zhi)階段，尚(shang)未形成成熟的制(zhi)氫工藝(yi)生產(chan)線，相(xiang)關核心技(ji)術(shu)(shu)成熟度低，系統(tong)設備國產(chan)化程度不(bu)高。

（2）其次(ci)是(shi)經濟(ji)性方面，高投(tou)入成本(ben)仍是(shi)限制(zhi)(zhi)(zhi)部分(fen)綠色制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)技術發(fa)展的最大因素，加之多(duo)數(shu)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)工藝(yi)需添加后續的氫(qing)提純(chun)技術，以獲取高純(chun)度H2，如何(he)有效降低制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)成本(ben)是(shi)未來(lai)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)領域的主要發(fa)展方向。

（3）最(zui)后是標(biao)準體系(xi)方面，當前中國制(zhi)氫產(chan)(chan)業單一(yi)、分散，關鍵(jian)技術指標(biao)多有缺少(shao)，強制(zhi)性(xing)國家標(biao)準較少(shao)，已(yi)難以適應制(zhi)氫產(chan)(chan)業標(biao)準化的(de)需求。

3.3、推動制氫產業有序發展的策略

加強對制氫(qing)核(he)心技(ji)術的研發力度，最優(you)化(hua)提升制氫(qing)技(ji)術效(xiao)率的同時，有效(xiao)改善(shan)光催化(hua)劑、反應器等關鍵材料的耐久(jiu)性，進而實現(xian)H2產量的最大化(hua)。

聚焦低成本催化(hua)(hua)(hua)劑、氣體擴(kuo)散(san)層等關(guan)鍵技術的提(ti)升，提(ti)高制氫裝置效率和(he)壽命的同時，加快實(shi)現(xian)低成本化(hua)(hua)(hua)制氫、產氫及(ji)提(ti)純，最大(da)化(hua)(hua)(hua)實(shi)現(xian)降(jiang)本增效。

打破傳統(tong)制(zhi)氫標(biao)準(zhun)化工作模式，建立系統(tong)完整(zheng)的(de)制(zhi)氫工藝(yi)產(chan)業鏈(lian)，盡快彌補制(zhi)氫標(biao)準(zhun)化工作與技術(shu)發展間的(de)短板，縮小與美日等國(guo)成熟標(biao)準(zhun)體系的(de)差距。

4、展望

新型綠(lv)(lv)色(se)(se)制氫(qing)(qing)雖然在(zai)(zai)眾多(duo)方面都(dou)具備顯著的(de)優勢，但由于受能耗、成本(ben)等方面的(de)限制，部(bu)分(fen)技術(shu)尚未(wei)在(zai)(zai)實(shi)際(ji)生產(chan)中(zhong)得以應用，要想真正(zheng)實(shi)現綠(lv)(lv)色(se)(se)低碳制氫(qing)(qing)并非易事(shi)。建(jian)議從不同角(jiao)度(du)出發，多(duo)管齊下(xia)，共同推動我國綠(lv)(lv)色(se)(se)制氫(qing)(qing)產(chan)業(ye)的(de)有序發展(zhan)。其一(yi)：增強國際(ji)合作，結合我國綠(lv)(lv)色(se)(se)制氫(qing)(qing)產(chan)業(ye)現狀，積極開展(zhan)適合本(ben)國國情的(de)變革(ge)性(xing)制氫(qing)(qing)技術(shu)的(de)研發。其二：深度(du)學科交叉，集成反應動力(li)學、熱力(li)學、氣體分(fen)離及材料耐久性(xing)等多(duo)門學科，賦予(yu)制氫(qing)(qing)工(gong)藝(yi)目標性(xing)和高效性(xing)。其三(san)：理論(lun)實(shi)踐并舉(ju)，加強先進制氫(qing)(qing)技術(shu)的(de)實(shi)用性(xing)評價和經濟可行性(xing)分(fen)析，室內驗證、市場實(shi)踐兩手抓(zhua)，為推動中(zhong)國綠(lv)(lv)色(se)(se)制氫(qing)(qing)工(gong)藝(yi)規模化應用提供有力(li)支撐。