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氫(qing)能(neng)是(shi)一種二次(ci)能(neng)源，必須通(tong)過化(hua)(hua)學(xue)過程(cheng)由存在(zai)于化(hua)(hua)合物中(zhong)的氫(qing)元素轉化(hua)(hua)而(er)來。中(zhong)國(guo)是(shi)氫(qing)氣(qi)（H2）生(sheng)(sheng)產大國(guo)，2021年(nian)我(wo)(wo)國(guo)氫(qing)氣(qi)總產量超過3000萬t。當(dang)前(qian)我(wo)(wo)國(guo)H2主要(yao)用于化(hua)(hua)工領(ling)域，其(qi)中(zhong)化(hua)(hua)石燃料(liao)生(sheng)(sheng)產的H2占了將近80%，而(er)電解水及(ji)(ji)其(qi)他(ta)(ta)綠色制氫(qing)技(ji)術(shu)所(suo)制H2總量不足1%。現階段(duan)，我(wo)(wo)國(guo)能(neng)源央企(qi)紛紛將構建氫(qing)能(neng)供給體系作為重要(yao)的發展方向。國(guo)家電投、中(zhong)國(guo)石油(you)及(ji)(ji)中(zhong)國(guo)石化(hua)(hua)等國(guo)家能(neng)源巨頭，結(jie)合自身(shen)優勢選擇不同的技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)，相繼著手在(zai)國(guo)內布局(ju)氫(qing)能(neng)生(sheng)(sheng)產和(he)供給，中(zhong)船重工及(ji)(ji)部分民企(qi)制氫(qing)技(ji)術(shu)和(he)設備已具備商(shang)業化(hua)(hua)推廣條件。除(chu)此之(zhi)外，我(wo)(wo)國(guo)企(qi)業及(ji)(ji)科研院所(suo)也在(zai)積(ji)極探索其(qi)他(ta)(ta)新型制氫(qing)技(ji)術(shu)或低價制氫(qing)技(ji)術(shu)，但距其(qi)產業化(hua)(hua)應用還有(you)相當(dang)長的一段(duan)路(lu)要(yao)走。

1傳統制氫技術體系概況

在(zai)傳統(tong)制(zhi)(zhi)(zhi)氫方(fang)法中，煤與天然氣重整(zheng)等(deng)化(hua)(hua)石(shi)能源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)氫是現今工(gong)業制(zhi)(zhi)(zhi)氫的(de)(de)主流。當前(qian)化(hua)(hua)石(shi)能源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)氫工(gong)藝成熟(shu)，可用于大(da)規模工(gong)業生產，且原料價格相(xiang)對(dui)低(di)廉，但(dan)(dan)氫氣制(zhi)(zhi)(zhi)備過程中會排(pai)放大(da)量(liang)CO2和(he)污(wu)染物(wu)。工(gong)業副產氫則集(ji)中分布(bu)于化(hua)(hua)工(gong)、冶金等(deng)領域，其中煤氣化(hua)(hua)制(zhi)(zhi)(zhi)氫（圖(tu)1）規模較(jiao)大(da)，技(ji)術相(xiang)對(dui)成熟(shu)，且成本低(di)廉，但(dan)(dan)卻(que)面臨污(wu)染大(da)、制(zhi)(zhi)(zhi)氫純(chun)度(du)(du)低(di)等(deng)瓶頸。氯堿副產制(zhi)(zhi)(zhi)氫因其經濟、操作(zuo)簡單(dan)、純(chun)度(du)(du)高(gao)(gao)(gao)等(deng)特點，擁有(you)較(jiao)好的(de)(de)應用潛能，但(dan)(dan)也(ye)存在(zai)產氫量(liang)小(xiao)且產能分散(san)的(de)(de)問題(ti)。化(hua)(hua)石(shi)能源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)氫具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)碳排(pai)量(liang)，其中煤制(zhi)(zhi)(zhi)氫碳排(pai)量(liang)最(zui)高(gao)(gao)(gao)，制(zhi)(zhi)(zhi)取1kg H2的(de)(de)碳排(pai)量(liang)超過20kg CO2。目前(qian)我國電力大(da)部(bu)分來(lai)自火電，因此碳排(pai)放很高(gao)(gao)(gao)，甚至超過煤制(zhi)(zhi)(zhi)氫。近年來(lai)，隨著化(hua)(hua)石(shi)能源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)氫耦合碳捕集(ji)技(ji)術的(de)(de)發展和(he)完善，碳排(pai)放強度(du)(du)會大(da)幅度(du)(du)下降，但(dan)(dan)仍高(gao)(gao)(gao)于可再生能源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)氫，且帶來(lai)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)碳捕集(ji)成本。

2先進綠色制氫關鍵技術研究進展

2.1電解(jie)水制氫(qing)技術(shu)

現階段，常(chang)用的電(dian)(dian)(dian)解水(shui)制氫技術包括堿性電(dian)(dian)(dian)解水(shui)制氫、質子交(jiao)換膜(mo)電(dian)(dian)(dian)解水(shui)制氫及固體氧化(hua)物電(dian)(dian)(dian)解水(shui)制氫三大(da)類。

2.1.1堿(jian)性電解(jie)水制(zhi)氫

堿(jian)(jian)性(xing)(xing)電(dian)解(jie)(jie)水（AWE）制氫(qing)裝置由電(dian)解(jie)(jie)槽(cao)與輔(fu)助系統構成(cheng)(cheng)(cheng)，以KOH為電(dian)解(jie)(jie)液、多孔(kong)(kong)膜(mo)(mo)為隔(ge)膜(mo)(mo)，在直流電(dian)的(de)刺激下將H2O分解(jie)(jie)為H2和O2。堿(jian)(jian)性(xing)(xing)電(dian)解(jie)(jie)水制氫(qing)的(de)優點是不(bu)需要貴金屬作為催化劑，成(cheng)(cheng)(cheng)本相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)，裝備技(ji)術成(cheng)(cheng)(cheng)熟，產品耐久(jiu)性(xing)(xing)好(hao)，服(fu)役壽命可達30年。缺(que)點在于所需的(de)隔(ge)膜(mo)(mo)較(jiao)厚，電(dian)阻較(jiao)大，制氫(qing)的(de)工作電(dian)流低(di)，設備體(ti)積大等。此外，由于多孔(kong)(kong)膜(mo)(mo)透氣性(xing)(xing)強，需有效保證電(dian)解(jie)(jie)槽(cao)兩側的(de)壓力平(ping)衡。更重要的(de)是，堿(jian)(jian)性(xing)(xing)電(dian)解(jie)(jie)液會與空氣中(zhong)的(de)CO2反應，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)難容性(xing)(xing)的(de)碳酸鹽（如K2CO3、Na2CO3等）。

2.1.2質(zhi)子交換膜電解水制(zhi)氫(qing)

質子(zi)交換膜(mo)(mo)（PEM）電(dian)(dian)解水(shui)制(zhi)氫(qing)采用(yong)的(de)(de)質子(zi)交換膜(mo)(mo)很薄、電(dian)(dian)阻較小，可(ke)(ke)在(zai)高(gao)(gao)效(xiao)率前(qian)(qian)提下承(cheng)受(shou)較大(da)的(de)(de)電(dian)(dian)流，因此設(she)備(bei)體(ti)積和占地面積都(dou)遠(yuan)小于堿性電(dian)(dian)解水(shui)設(she)備(bei)。同時(shi)由于PEM電(dian)(dian)解水(shui)采用(yong)不透氣(qi)的(de)(de)膜(mo)(mo)，可(ke)(ke)承(cheng)受(shou)更(geng)大(da)的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)，無(wu)需(xu)兩側嚴格(ge)的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)控制(zhi)，可(ke)(ke)做到快速(su)啟停，功(gong)率調節(jie)的(de)(de)幅度和響應(ying)速(su)度也遠(yuan)高(gao)(gao)于堿性電(dian)(dian)解水(shui)。當前(qian)(qian)國(guo)外(wai)PEM制(zhi)氫(qing)技術已(yi)(yi)較為成熟(shu)，進(jin)入市場化(hua)(hua)應(ying)用(yong)早期。普(pu)頓、西門子(zi)、ITM Power等(deng)代(dai)表(biao)性企業已(yi)(yi)相(xiang)繼(ji)分(fen)(fen)布了兆(zhao)瓦級PEN電(dian)(dian)解水(shui)系統產(chan)品，大(da)力(li)推動(dong)了其規(gui)模化(hua)(hua)應(ying)用(yong)。中國(guo)PEM制(zhi)氫(qing)產(chan)業發(fa)展(zhan)相(xiang)對滯后(hou)，雖部分(fen)(fen)企業已(yi)(yi)形成具有(you)較高(gao)(gao)自主化(hua)(hua)程度的(de)(de)制(zhi)氫(qing)樣(yang)機，但還存在(zai)質子(zi)交換膜(mo)(mo)等(deng)關鍵材料的(de)(de)“卡脖子(zi)”問題。后(hou)續應(ying)加大(da)力(li)度攻關低成本催化(hua)(hua)劑和氣(qi)體(ti)擴散層等(deng)關鍵技術，提升關鍵設(she)備(bei)的(de)(de)效(xiao)率與壽命(ming)。

2.1.3固體氧化物(wu)電(dian)解水制氫

固(gu)體氧(yang)化物(wu)(wu)（SOEC）電解(jie)水(shui)制(zhi)氫(qing)(qing)是一種(zhong)高溫電解(jie)水(shui)技術，操作溫度(du)為700~1000℃，其結構由(you)多(duo)孔的氫(qing)(qing)電極、氧(yang)電極和(he)一層致密的固(gu)體電解(jie)質組成(cheng)。由(you)于其工作溫度(du)高，能夠大大增加反應的動(dong)力，同時(shi)可大幅降低電能消耗。在某(mou)些特定(ding)場合(he)，如高溫氣(qi)冷堆、太陽能集熱等(deng)(deng)，SOEC電解(jie)水(shui)制(zhi)氫(qing)(qing)技術有較大的發揮空間。SOEC電解(jie)水(shui)制(zhi)氫(qing)(qing)技術在電耗等(deng)(deng)方面(mian)具(ju)有不小(xiao)優(you)勢(shi)，但仍存(cun)在使用(yong)溫度(du)高、投入大、啟停慢、循環(huan)壽命低等(deng)(deng)技術壁壘(lei)，尚處于室內驗證階段，未實現市(shi)場化推(tui)廣。目(mu)前除固(gu)體氧(yang)化物(wu)(wu)電解(jie)水(shui)外，AWE和(he)PEM制(zhi)氫(qing)(qing)都已(yi)獲得規模化應用(yong)。

2.2太陽能分解水制氫(qing)技術

目前，已存在(zai)的太陽(yang)能(neng)分解(jie)水制(zhi)氫(qing)涵蓋光(guang)催化法(fa)(fa)制(zhi)氫(qing)、光(guang)電化學法(fa)(fa)制(zhi)氫(qing)及固光(guang)熱分解(jie)法(fa)(fa)制(zhi)氫(qing)三大類。

2.2.1光(guang)催化(hua)法制氫(qing)

光(guang)催化(hua)(hua)(hua)制氫(qing)的(de)原理是利用(yong)光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑的(de)吸光(guang)特性(xing)(xing)，實現(xian)光(guang)解水(shui)反應(ying)(ying)(ying)。光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑在(zai)光(guang)照的(de)作用(yong)下(xia)可(ke)產生一定數量(liang)的(de)光(guang)生電子(zi)和(he)空(kong)(kong)穴，可(ke)將吸附在(zai)催化(hua)(hua)(hua)劑表(biao)面的(de)H2O分子(zi)還(huan)原為H2（圖2）。光(guang)導體材料(liao)應(ying)(ying)(ying)具(ju)備的(de)特殊性(xing)(xing)能應(ying)(ying)(ying)涵蓋：①太陽光(guang)響應(ying)(ying)(ying)范圍(wei)廣(guang)；②電子(zi)和(he)空(kong)(kong)穴分離效率高；③合適的(de)表(biao)面反應(ying)(ying)(ying)活性(xing)(xing)位；④耐久性(xing)(xing)強等。光(guang)催化(hua)(hua)(hua)制氫(qing)具(ju)有(you)光(guang)催化(hua)(hua)(hua)材料(liao)易(yi)得、制氫(qing)系(xi)統簡(jian)便、成本(ben)低(di)等優勢，具(ju)有(you)廣(guang)闊(kuo)的(de)應(ying)(ying)(ying)用(yong)前(qian)景。但光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑現(xian)階段還(huan)處于示范研(yan)發階段，普遍存在(zai)制氫(qing)效率低(di)、光(guang)激電子(zi)-空(kong)(kong)穴對(dui)易(yi)復合等難題，與(yu)商業(ye)化(hua)(hua)(hua)應(ying)(ying)(ying)用(yong)仍有(you)較(jiao)大距(ju)離。

2.2.2光(guang)電化(hua)學法制氫

光電化學（PEC）制(zhi)氫(qing)在分解水過程(cheng)中，可產(chan)生大量(liang)的(de)載流子，可實現強光條件下和(he)強電解質中的(de)長期(qi)耐久性(xing)(xing)(xing)。迄今為止，已研發的(de)PEC制(zhi)氫(qing)光電極(ji)材料包括：GaAs、InGaN、MoS2及金屬硒化物(wu)等。MoS2因具備經濟(ji)、合成流程(cheng)簡易及良好(hao)的(de)光電效(xiao)應(ying)等特性(xing)(xing)(xing)，制(zhi)氫(qing)效(xiao)果最好(hao)。經大量(liang)實踐證明，經改性(xing)(xing)(xing)后的(de)MoS2材料制(zhi)氫(qing)性(xing)(xing)(xing)能更優，通過引入高性(xing)(xing)(xing)能碳(tan)材料，能夠大幅增加(jia)MoS2表面的(de)活性(xing)(xing)(xing)位點，同時顯著改善其電學性(xing)(xing)(xing)能。

2.2.3光熱分解法制氫

早在(zai)1971年(nian)，Ford等(deng)便率先(xian)報道(dao)了直(zhi)接光(guang)熱分(fen)解(jie)制(zhi)氫(qing)(qing)工藝，其主要原理為：在(zai)光(guang)照下使(shi)系(xi)統溫(wen)度達到2000K以上(shang)，一(yi)步(bu)到位直(zhi)接獲取H2和O2，最(zui)后(hou)再利用(yong)分(fen)離裝(zhuang)置獲取純氫(qing)(qing)。因(yin)(yin)此，光(guang)熱分(fen)解(jie)制(zhi)氫(qing)(qing)（TWSC）的(de)核(he)心在(zai)于(yu)良(liang)好(hao)的(de)抗(kang)溫(wen)材料和有效(xiao)的(de)氣體分(fen)離設施。為顯著改(gai)善TWSC制(zhi)氫(qing)(qing)的(de)功(gong)效(xiao)和純度，研究人員提出了上(shang)百種太(tai)陽(yang)能熱化學制(zhi)氫(qing)(qing)方法，包括HyS、Cu-Cl及S-I等(deng)TWSC制(zhi)氫(qing)(qing)技術。而Cu-Cl制(zhi)氫(qing)(qing)因(yin)(yin)其產氫(qing)(qing)純度高、污(wu)染小、節約等(deng)優(you)勢(shi)，已成(cheng)為當下TWSC制(zhi)氫(qing)(qing)的(de)主流。Pal等(deng)于(yu)21世(shi)紀(ji)初(chu)建立了Cu-Cl制(zhi)氫(qing)(qing)模型，并(bing)成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)于(yu)全年(nian)光(guang)照充足的(de)Algeria地區，現場結果顯示，該模型的(de)太(tai)陽(yang)能利用(yong)效(xiao)率高達93%，年(nian)制(zhi)氫(qing)(qing)量突破82 t/a。

2.3生物質制氫技術

目前，生物質制氫技術主要包括熱化學法和生物法兩大類。

2.3.1熱化學法(fa)制氫

當下主(zhu)流的(de)(de)熱化(hua)(hua)學(xue)(xue)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)有生(sheng)(sheng)物質(zhi)(zhi)(zhi)催化(hua)(hua)氣化(hua)(hua)、生(sheng)(sheng)物質(zhi)(zhi)(zhi)重(zhong)(zhong)整(zheng)及生(sheng)(sheng)物質(zhi)(zhi)(zhi)熱解(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)等(deng)(deng)，其(qi)工藝(yi)流程(cheng)如(ru)圖3所示。生(sheng)(sheng)物質(zhi)(zhi)(zhi)催化(hua)(hua)氣化(hua)(hua)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)的(de)(de)研究(jiu)重(zhong)(zhong)點是(shi)提高產(chan)(chan)物中(zhong)的(de)(de)H2純度(du)，由(you)于(yu)(yu)氣化(hua)(hua)過程(cheng)中(zhong)還產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)H2S、HCl、堿金屬(shu)等(deng)(deng)微(wei)量(liang)雜(za)(za)(za)質(zhi)(zhi)(zhi)，反應器中(zhong)需(xu)加(jia)入吸(xi)附劑(ji)加(jia)以處(chu)理。生(sheng)(sheng)物油(you)重(zhong)(zhong)整(zheng)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)最(zui)早由(you)美國(guo)NREL于(yu)(yu)1997年報(bao)道，其(qi)通過生(sheng)(sheng)物質(zhi)(zhi)(zhi)熱裂解(jie)獲得生(sheng)(sheng)物油(you)，再結合水蒸(zheng)氣重(zhong)(zhong)整(zheng)進而實現制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)。經過多年的(de)(de)創新和發展，已(yi)(yi)成為一項舉(ju)足輕重(zhong)(zhong)的(de)(de)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)。與前者相(xiang)比，生(sheng)(sheng)物質(zhi)(zhi)(zhi)熱解(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)發展至今，技(ji)(ji)術(shu)(shu)成熟(shu)度(du)已(yi)(yi)相(xiang)對成熟(shu)，當前全世界已(yi)(yi)有多套(tao)商業(ye)化(hua)(hua)運作的(de)(de)生(sheng)(sheng)物質(zhi)(zhi)(zhi)熱解(jie)裝(zhuang)置(zhi)。與其(qi)他制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)相(xiang)比，熱化(hua)(hua)學(xue)(xue)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)優(you)勢顯(xian)著，但也存在一定的(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)瓶頸(jing)，如(ru)熱化(hua)(hua)學(xue)(xue)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)成本高，混合產(chan)(chan)物中(zhong)氫(qing)(qing)含量(liang)低，含有大量(liang)的(de)(de)CO、H2S及焦油(you)等(deng)(deng)雜(za)(za)(za)質(zhi)(zhi)(zhi)。這些雜(za)(za)(za)質(zhi)(zhi)(zhi)均會對燃料電(dian)池產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)一定的(de)(de)損害，因此混合產(chan)(chan)物適(shi)合作為燃料或工業(ye)原料，不適(shi)合于(yu)(yu)燃料電(dian)池等(deng)(deng)高純氫(qing)(qing)應用場(chang)景(jing)。

2.3.2生(sheng)物法制(zhi)氫

生物(wu)(wu)法制氫(qing)體系(xi)包括暗厭氧(yang)菌發(fa)(fa)(fa)酵、光(guang)合(he)(he)生物(wu)(wu)及其耦合(he)(he)制氫(qing)等。暗厭氧(yang)菌發(fa)(fa)(fa)酵制氫(qing)是通過厭氧(yang)細菌在氫(qing)化酶的(de)作用(yong)下實現有機物(wu)(wu)分解從而獲取H2，此(ci)過程可(ke)實現無光(guang)能(neng)(neng)(neng)產氫(qing)。光(guang)合(he)(he)生物(wu)(wu)制氫(qing)則是以光(guang)能(neng)(neng)(neng)為(wei)反(fan)應條件(jian)，利(li)(li)于(yu)微藻(zao)等光(guang)合(he)(he)微生物(wu)(wu)分解水產氫(qing)。該(gai)技術(shu)制氫(qing)利(li)(li)用(yong)的(de)能(neng)(neng)(neng)源既有生物(wu)(wu)能(neng)(neng)(neng)也有光(guang)能(neng)(neng)(neng)，因此(ci)光(guang)發(fa)(fa)(fa)酵制氫(qing)效率一(yi)般高于(yu)暗發(fa)(fa)(fa)酵。光(guang)合(he)(he)-發(fa)(fa)(fa)酵耦合(he)(he)技術(shu)可(ke)兼具暗發(fa)(fa)(fa)酵與光(guang)合(he)(he)生物(wu)(wu)制氫(qing)的(de)優勢，不僅能(neng)(neng)(neng)夠在一(yi)定程度上減少光(guang)能(neng)(neng)(neng)需求，同時(shi)可(ke)大幅增(zeng)加(jia)H2的(de)產量(liang)，是生物(wu)(wu)法制氫(qing)的(de)主要發(fa)(fa)(fa)展方向。

2.4核能制氫技術

核(he)(he)能(neng)到氫(qing)(qing)能(neng)的(de)轉化有多種途徑，可(ke)(ke)以(yi)(yi)利(li)(li)用(yong)核(he)(he)能(neng)發(fa)電(dian)進(jin)行電(dian)解(jie)(jie)水(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)，也可(ke)(ke)利(li)(li)用(yong)核(he)(he)反(fan)應(ying)(ying)(ying)堆產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)(re)來制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)。核(he)(he)能(neng)發(fa)電(dian)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)與普通電(dian)解(jie)(jie)水(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)技術相同，而(er)利(li)(li)用(yong)核(he)(he)反(fan)應(ying)(ying)(ying)堆發(fa)熱(re)(re)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)是(shi)未來應(ying)(ying)(ying)用(yong)前景廣闊的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)技術，其制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)原(yuan)理見圖(tu)4。甲烷(wan)蒸(zheng)汽(qi)重整（SMR）是(shi)工(gong)業上(shang)主要的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)方(fang)法，利(li)(li)用(yong)核(he)(he)反(fan)應(ying)(ying)(ying)堆產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)(re)作為蒸(zheng)汽(qi)重整的(de)熱(re)(re)源時，可(ke)(ke)顯著(zhu)降低(di)過程(cheng)所需(xu)甲烷(wan)氣量和成本。但該技術仍(reng)屬(shu)于化石能(neng)源制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)，會產(chan)生(sheng)大量的(de)溫(wen)室(shi)氣體(ti)，不利(li)(li)于推動碳中和進(jin)程(cheng)。高(gao)溫(wen)電(dian)解(jie)(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)是(shi)以(yi)(yi)核(he)(he)反(fan)應(ying)(ying)(ying)堆產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)溫(wen)蒸(zheng)汽(qi)為原(yuan)料，電(dian)耗(hao)可(ke)(ke)降至(zhi)2.8kWh/m3，遠低(di)于傳統制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)，但目前仍(reng)面臨(lin)技術不夠成熟和高(gao)成本等壁壘。而(er)熱(re)(re)化學循環(huan)分解(jie)(jie)水(shui)(shui)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)則是(shi)利(li)(li)用(yong)核(he)(he)反(fan)應(ying)(ying)(ying)的(de)產(chan)熱(re)(re)直接制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)，由于反(fan)應(ying)(ying)(ying)需(xu)在2500℃以(yi)(yi)上(shang)的(de)高(gao)溫(wen)下(xia)進(jin)行，難以(yi)(yi)實際應(ying)(ying)(ying)用(yong)，如(ru)何利(li)(li)用(yong)熱(re)(re)循環(huan)將反(fan)應(ying)(ying)(ying)溫(wen)度控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)在適合(he)的(de)范圍內是(shi)未來該領域(yu)的(de)主攻方(fang)向。

2.5海水制氫技術

由(you)于海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)成分復(fu)雜且缺乏(fa)行(xing)之有效(xiao)的(de)(de)催化(hua)劑，直(zhi)接電解(jie)海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)會導致制(zhi)(zhi)取(qu)H2時副反應競(jing)爭(zheng)、催化(hua)劑失活(huo)、隔膜堵(du)塞等問題。基于此(ci)，諸(zhu)多(duo)專家和學者提(ti)出了不(bu)同的(de)(de)間接海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)。有研(yan)究者采用固體氧化(hua)物電解(jie)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)對海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)進行(xing)電解(jie)，將海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)首先(xian)轉化(hua)為(wei)高溫水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)蒸氣再電解(jie)，大部分海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)中的(de)(de)雜質不(bu)會接觸到電解(jie)裝置，因此(ci)電解(jie)效(xiao)率相對較好，但(dan)(dan)由(you)于固體氧化(hua)物電解(jie)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)發展滯后，且經濟性差，在全球范圍內的(de)(de)活(huo)躍度相對較低。海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)-電解(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)是現今(jin)海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)主(zhu)流，其先(xian)通過處(chu)理技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)將海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)進行(xing)淡(dan)化(hua)，在結合(he)成熟的(de)(de)淡(dan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)來制(zhi)(zhi)取(qu)H2。從(cong)多(duo)方面考(kao)慮，海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)都具備明顯優勢，但(dan)(dan)由(you)于受(shou)相關技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)條(tiao)件的(de)(de)限制(zhi)(zhi)，該技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)尚處(chu)于實驗室階段，與實際應用還有很長的(de)(de)距(ju)離。

3評價與對策

3.1不同綠色制氫技術特(te)點對比

近年來世界各國對電(dian)解水制(zhi)(zhi)氫(qing)、生物(wu)質制(zhi)(zhi)氫(qing)及(ji)核能(neng)制(zhi)(zhi)氫(qing)等工(gong)藝(yi)進行了大量研(yan)究，綠色制(zhi)(zhi)氫(qing)方法正朝著(zhu)多樣化方向發展，各種新型制(zhi)(zhi)氫(qing)技(ji)術蔚然成(cheng)風，在(zai)(zai)推動全球氫(qing)能(neng)資源的利用中(zhong)扮演著(zhu)重要(yao)的角(jiao)色，不(bu)同綠色制(zhi)(zhi)氫(qing)技(ji)術在(zai)(zai)適用條件、應用效果及(ji)成(cheng)本投(tou)入等方面(mian)不(bu)盡相同，其(qi)各自工(gong)藝(yi)特(te)點(dian)如表1所示。

3.2綠色制氫產業化面臨的挑戰(zhan)

新型綠色(se)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)技術(shu)(shu)雖(sui)在(zai)(zai)諸多(duo)方(fang)(fang)面都體(ti)現出(chu)一定的(de)(de)(de)(de)優勢，但由于相(xiang)關(guan)技術(shu)(shu)條件的(de)(de)(de)(de)局限(xian)性，在(zai)(zai)應(ying)用過程中(zhong)勢必(bi)會有(you)不少(shao)實際問題存(cun)在(zai)(zai)。（1）首先是制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)裝備及技術(shu)(shu)方(fang)(fang)面，國內(nei)雖(sui)已有(you)相(xiang)關(guan)企業(ye)開展(zhan)相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)技術(shu)(shu)研發(fa)，但均處于小批量試制(zhi)(zhi)階(jie)段，尚未形(xing)成(cheng)成(cheng)熟的(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)工藝(yi)生(sheng)產線，相(xiang)關(guan)核心技術(shu)(shu)成(cheng)熟度(du)(du)低，系統設(she)備國產化程度(du)(du)不高。（2）其次是經濟性方(fang)(fang)面，高投入(ru)成(cheng)本(ben)仍是限(xian)制(zhi)(zhi)部分(fen)(fen)綠色(se)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)技術(shu)(shu)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)最(zui)大因素，加之多(duo)數(shu)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)工藝(yi)需添加后(hou)續(xu)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)提純技術(shu)(shu)，以獲取高純度(du)(du)H2，如何有(you)效降(jiang)低制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)成(cheng)本(ben)是未來(lai)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)發(fa)展(zhan)方(fang)(fang)向。（3）最(zui)后(hou)是標(biao)準(zhun)體(ti)系方(fang)(fang)面，當(dang)前中(zhong)國制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)產業(ye)單一、分(fen)(fen)散，關(guan)鍵(jian)技術(shu)(shu)指標(biao)多(duo)有(you)缺(que)少(shao)，強制(zhi)(zhi)性國家(jia)標(biao)準(zhun)較(jiao)少(shao)，已難以適應(ying)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)產業(ye)標(biao)準(zhun)化的(de)(de)(de)(de)需求。

3.3推動(dong)制氫產業有序(xu)發展(zhan)的策(ce)略

加強對制氫(qing)(qing)核心(xin)技(ji)術(shu)的(de)(de)研發(fa)力度，最優化(hua)(hua)提(ti)(ti)升(sheng)制氫(qing)(qing)技(ji)術(shu)效(xiao)(xiao)率的(de)(de)同(tong)時，有效(xiao)(xiao)改善(shan)光催化(hua)(hua)劑、反(fan)應器等(deng)關(guan)鍵(jian)材料的(de)(de)耐久性(xing)，進而實現H2產(chan)量的(de)(de)最大(da)化(hua)(hua)。聚焦低(di)(di)成(cheng)本(ben)催化(hua)(hua)劑、氣體(ti)擴(kuo)散層等(deng)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)的(de)(de)提(ti)(ti)升(sheng)，提(ti)(ti)高制氫(qing)(qing)裝置(zhi)效(xiao)(xiao)率和壽命的(de)(de)同(tong)時，加快實現低(di)(di)成(cheng)本(ben)化(hua)(hua)制氫(qing)(qing)、產(chan)氫(qing)(qing)及提(ti)(ti)純，最大(da)化(hua)(hua)實現降(jiang)本(ben)增效(xiao)(xiao)。打破傳統制氫(qing)(qing)標準(zhun)化(hua)(hua)工作模式，建立系統完(wan)整的(de)(de)制氫(qing)(qing)工藝產(chan)業鏈，盡快彌(mi)補制氫(qing)(qing)標準(zhun)化(hua)(hua)工作與技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)間的(de)(de)短板，縮小與美日等(deng)國成(cheng)熟(shu)標準(zhun)體(ti)系的(de)(de)差距(ju)。

4展望

新型綠(lv)色(se)制(zhi)(zhi)氫(qing)雖然在眾多方面都具備顯著(zhu)的(de)(de)(de)(de)優(you)勢，但由于受能耗、成本等(deng)方面的(de)(de)(de)(de)限制(zhi)(zhi)，部(bu)分技術(shu)尚(shang)未在實際生產(chan)中得以(yi)應用(yong)，要想(xiang)真正(zheng)實現(xian)綠(lv)色(se)低碳制(zhi)(zhi)氫(qing)并(bing)非(fei)易(yi)事。建(jian)議(yi)從不(bu)同角度(du)出發，多管齊(qi)下，共(gong)同推動我國(guo)(guo)綠(lv)色(se)制(zhi)(zhi)氫(qing)產(chan)業(ye)的(de)(de)(de)(de)有序發展(zhan)。其一：增強國(guo)(guo)際合(he)作，結合(he)我國(guo)(guo)綠(lv)色(se)制(zhi)(zhi)氫(qing)產(chan)業(ye)現(xian)狀(zhuang)，積極開展(zhan)適合(he)本國(guo)(guo)國(guo)(guo)情的(de)(de)(de)(de)變(bian)革性(xing)(xing)制(zhi)(zhi)氫(qing)技術(shu)的(de)(de)(de)(de)研發。其二：深(shen)度(du)學(xue)科(ke)交叉，集(ji)成反應動力(li)學(xue)、熱力(li)學(xue)、氣體分離及材料(liao)耐久(jiu)性(xing)(xing)等(deng)多門學(xue)科(ke)，賦予制(zhi)(zhi)氫(qing)工藝目標(biao)性(xing)(xing)和高效性(xing)(xing)。其三：理論實踐并(bing)舉，加強先進制(zhi)(zhi)氫(qing)技術(shu)的(de)(de)(de)(de)實用(yong)性(xing)(xing)評價和經濟可行性(xing)(xing)分析(xi)，室(shi)內(nei)驗(yan)證、市場實踐兩手抓，為(wei)推動中國(guo)(guo)綠(lv)色(se)制(zhi)(zhi)氫(qing)工藝規模化(hua)應用(yong)提供有力(li)支撐。