一文详解现有制氢方式有哪些？

 

化石燃料制氢主要包括天然气制氢和煤制氢两大类，化石燃料制氢的优点是技术成熟、成本低，也是当前的主流方式，但其缺点是碳排放高，双碳政策下这一技术路线未来势必会进行改革。

 

1、天然气制氢

 

天然气的主要加工过程包括常减压蒸馏、催化裂化、催化重整和芳烃生产。同时，包括天然气开采、集输和净化。在一定的压力和一定的高温及催化剂作用下，天然气中烷烃和水蒸气发生化学反应。转化气经过费锅换热、进入变换炉使CO变换成H2和CO2。再经过换热、冷凝、汽水分离，通过程序控制将气体依序通过装有三种特定吸附剂的吸附塔，由变压吸附（PSA）升压吸附N2、CO、CH4、CO2提取产品氢气。降压解析放出杂质并使吸附剂得到再生。

 

2、煤制氢

 

煤炭通过气化转化成合成气，再经水煤气变化分离处理，提取高纯度的氢气。煤制氢按照具体工艺流程有水煤浆气化制氢和干粉煤气化制氢，其中以航天炉技术、清华炉水冷壁技术和华理四喷嘴技术为代表的煤气化技术处于世界领先地位，煤制氢装置合成气生产规模超过20万m3/h,煤气化制氢技术的转化效率在55%——60%,同时合成气装置每生产1m3H2, CO2的排放量约为2.710 kg。

 

 

工业副产氢制氢指利用含氢工业尾气为原料制氢的生产方式。工业含氢尾气主要包括焦炉煤气、氯碱副产气、炼厂干气、合成甲醇及合成氨弛放气等，一般用于回炉助燃或化工生产等用途，利用效率低，有较高比例的富余。

 

有人说工业副产氢是目前的最佳制氢路线，因为其优点显而易见，成本低廉、技术成熟、对环境友好，但显然由于其提纯工艺不够成熟，成品氢杂质过多、纯度不够，因此目前通常只有燃烧等低效利用途径，甚至直接送到火炬排空，所以未来只有攻克提纯这一难点才能真正使工业副产氢得到大规模发展。

 

 

水分解制氢方式主要分为三种，包括电解水制氢、光解水制氢和热解水制氢，其优点是成品纯度高、无碳排放问题对环境友好，但其劣势是成本高，目前难以大规模应用。

1、电解水制氢

 

电解水制氢又称水电解制氢，是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。在技术层面，电解水制氢主要分为碱性水电解（AWE）制氢、固体聚合物PEM水电解，固体聚合物阴离子交换膜（AEM）水电解、固体氧化物（SOE）水电解。其中，AWE 是最早工业化的水电解技术，已有数十年的应用经验，最为成熟；PEM 电解水技术近年来产业化发展迅速，SOE 水电解技术处于初步示范阶段，而 AEM 水电解研究刚起步。

 

2、光解水制氢

 

光解水制氢的原理是光辐射在半导体上，当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度时，半导体内电子受激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体的不同位置将水还原成氢气或者将水氧化成氧气。利用太阳光照射光催化剂分解纯水制取氢气，将太阳能转化为可储存和运输的氢能，是实现“液态阳光”能源计划最为理想的方法之一。关于光催化分解水能否实用化，现阶段存在两大挑战：一是光催化剂的量子效率；二是光催化剂的响应波长的拓展。简单来说，即通过二氧化钛单晶电极光催化分解水，产生氢气的现象。

 

3、热解水制氢

 

热解水制氢的原理是水在高温下直接分解成氢气和氧气，通过中间物将水分解反应分解成几个不同的反应，组成一个循环，最终使水在较低温度下分解产生氢气和氧气。

 

 

生物质制氢主要有生物法制氢和化学法制氢两种。生物法制氢是通过产氢微生物，如厌氧发酵制氢和光合生物制氢，但是产率和稳定性受到限制，大规模生产的可能性较低。而生物质热化学制氢是通过生物质的碳氢化合物组分通过热解转化为合成气（CO、H2）等，然后将CO与H2O反应制取氢气。

 

生物质制氢的优点是成品没有碳排放问题、绿色环保，但缺点是工艺复杂，目前尚不适合大规模应用。

 

 

目前随着各国对碳排放问题和环境污染的重视，所以新型的绿氢制氢方式也不断出现，如垃圾制氢、可再生能源制氢等。前者利用生物废料、垃圾等原料制氢，配合二氧化碳捕捉和密封设备，从大气中吸收二氧化碳，可以最大限度地减少整个过程中的二氧化碳排放。后者包括太阳能制氢、风能制氢等，其本质上是利用太阳能、风能等可再生能源进行电解水、热解水或生物质制氢。