电解水制氢使用电力能源的合理性——电解水制氢、天然气制

主要制氢路径及优缺点制氢是一种高效、清洁的能源转换方式，可应用于各个领域，如交通、电力等。

主要的制氢路径包括煤制氢、天然气水蒸气重整制氢、水电解制氢以及生物质制氢等。

下面将对这几种制氢路径的优缺点进行详细介绍。

1.煤制氢：煤制氢是通过加热煤炭并将其与水反应生成氢气。

这种方法主要有煤炭气化和煤燃烧两种方式。

煤制氢具有以下优点：-原料丰富：煤炭是一种广泛分布且资源丰富的能源资源；-生产成本低：在煤炭气化过程中，可以同时产生高温燃烧废气和余热，可用于发电以降低制氢的成本；-可实现二氧化碳回收：通过采用碳捕获和封存技术，可以捕获和封存制氢过程中产生的二氧化碳；-储存和运输方便：由于氢气可以被压缩或液化，使得氢气的储存和运输相对容易。

然而，煤制氢也存在以下缺点：-环境污染：煤炭气化会产生大量的污染物，如二氧化碳、氮氧化物和硫化物等；-碳排放高：煤制氢过程中产生的二氧化碳无法完全捕获和封存，会导致高碳排放；-能源效率低：煤制氢的能源转化效率较低，仅约为60%。

2.天然气水蒸气重整制氢：天然气水蒸气重整制氢是将天然气与水蒸气进行反应，生成氢气和二氧化碳。

这种方法具有以下优点：-原料丰富：天然气是一种广泛分布且资源储量丰富的能源；-温室气体排放低：虽然天然气水蒸气重整过程会生成二氧化碳，但排放量相对较低；-能源效率较高：天然气水蒸气重整制氢的能源转化效率较高。

然而，天然气水蒸气重整制氢也存在以下缺点：-二氧化碳处理难度大：天然气水蒸气重整过程无法完全捕获和封存产生的二氧化碳，处理难度较大；-传输成本较高：天然气水蒸气重整制氢需要建设大规模的管道网络来供应天然气作为原料，传输成本较高。

3.水电解制氢：水电解制氢是通过电解水来产生氢气。

这种方法具有以下优点：-温室气体排放低：水电解制氢过程中无排放任何温室气体；-能源效率较高：水电解制氢的能源转化效率较高；-可再生性：水电是一种可再生能源，可以用于水电解制氢。

然而，水电解制氢也存在以下缺点：-能源依赖性：水电解制氢需要依赖电力供应，如果电力供应来自传统燃煤发电厂，其温室气体排放量可能较高；-电解设备成本高：水电解制氢需要建设昂贵的电解设备，使得制氢成本相对较高。

电解水制氢技术研究进展与发展摘要：随着日益增长的低碳减排需求，氢的绿色制取技术受到广泛重视，利用可再生能源进行电解水制氢是目前众多氢气来源方案中碳排放最低的工艺。

本文梳理了氢能需求和规划的进展、电解水制氢的示范项目情况，重点分析了电解水制氢技术，涵盖技术分类、碱水制氢应用、质子交换膜（PEM）电解水制氢。

研究认为，提升电催化剂活性、提高膜电极中催化剂的利用率、改善双极板表面处理工艺、优化电解槽结构，有助于提高PEM电解槽的性能并降低设备成本；PEM 电解水制氢技术的运行电流密度高、能耗低、产氢压力高，适应可再生能源发电的波动性特征、易于与可再生能源消纳相结合，是电解水制氢的适宜方案。

结合氢储运与电解制氢的技术特征研判、我国输氢需求，提出发展建议：利用西北、西南、东北等区域丰富的可再生能源，通过电解水制氢产生高压氢；氢送入天然气管网，然后在用氢端从天然气管道取气、重整制氢，由此构成绿色制氢与长距离输送的系统解决方案。

一、前言回顾人类所消耗的能源形式，远古时代的钻木取火、农耕时代开始使用的煤炭、工业时代大规模应用的石油与天然气，这些能源载体的变化体现了减碳加氢、碳氢比降低的趋势。

当前，我国碳达峰、碳中和发展目标的提出，将进一步提速减碳的过程。

氢气作为零碳的能源载体，正在得到越来越多的关注：2050年世界上20%的CO2减排可以通过氢能替代完成，氢能消费将占世界能源市场的18%。

氢利用的途径主要是燃料电池移动动力、分布式电站、化工加氢，新兴发展的是氢燃料汽轮机、氢气冶金等。

氢能的利用需要从制氢开始，由于氢气在自然界极少以单质形式存在，需要通过工业过程制取。

氢气的来源分为工业副产氢、化石燃料制氢、电解水制氢等途径，差别在于原料的再生性、CO2排放、制氢成本。

目前，世界上超过95%的氢气制取来源于化石燃料重整[1]，生产过程必然排放CO2；约4%~5%的氢气来源于电解水，生产过程没有CO2排放。

制氢过程按照碳排放强度分为灰氢（煤制氢）、蓝氢（天然气制氢）、绿氢（电解水制氢、可再生能源）。

氢能产生的途径以氢能产生的途径为标题，我们来探讨一下氢能的产生途径和其在能源领域的应用。

氢能作为一种清洁、可再生的能源，具有很高的发展潜力，可以为解决能源危机和环境污染问题提供有效的解决方案。

一、水电解法水电解是目前最常见和成熟的氢能产生方式之一。

通过电解水，将水分解成氢气和氧气两种气体。

这种方法需要使用电力作为驱动力，因此需要大量的电能供应。

然而，如果使用可再生能源如太阳能或风能来提供电力，就可以实现零排放的氢气生产。

二、天然气蒸汽重整法天然气蒸汽重整是一种利用天然气作为原料制备氢气的方法。

通过对天然气进行蒸汽重整反应，产生一氧化碳和氢气。

然后，通过水气变换反应将一氧化碳转化为二氧化碳和更多的氢气。

这种方法相对成本较低，但产生的氢气仍然会排放二氧化碳。

三、生物质气化法生物质气化是利用生物质原料如木材、秸秆等进行热解和气化，产生气体混合物，其中包括氢气。

这种方法具有循环利用废弃物、减少温室气体排放的优势。

然而，由于生物质原料的可获得性和处理成本等问题，生物质气化法的应用还面临一些挑战。

四、核能制氢法核能制氢是利用核能反应产生的热能来驱动水电解过程，从而产生氢气。

核能作为高能量密度的能源，可以提供高效的电力供应。

然而，核能的应用涉及到核安全等问题，需要严格的管理和控制。

五、光解水法光解水是一种利用太阳能将水分解成氢气和氧气的方法。

通过光催化剂吸收太阳光能，激发电子从水中分离出氢离子和氧离子。

这种方法能够实现可持续的氢气生产，但目前仍面临效率较低和光催化剂稳定性等问题。

六、生物制氢法生物制氢是利用微生物等生物体的代谢活动产生氢气的方法。

通过调节微生物的生长环境和代谢途径，可以提高氢气的产量。

这种方法具有可再生性和环境友好性的优势，但需要解决微生物培养和应用的技术难题。

七、碱性水解法碱性水解法是一种通过将金属与水反应来产生氢气的方法。

金属如铝、锌等与水反应时可以释放出氢气。

这种方法的优点是简单易行，但需要消耗金属原料，并产生相应的废弃物。

电解水制氢技术的原理与应用近年来，随着全球性的环保意识逐渐加深，人们对激光制氢、太阳能电池制氢等氢气制备技术的研究也越发广泛。

其中，电解水制氢技术是一种最为常见、实用且投入生产的方法之一。

本文将从电解水制氢技术的原理和应用这两个角度来探讨这种技术。

一、电解水制氢技术的原理电解水的基本原理，就是通过电流的作用使水分子发生离解反应，产生氢气和氧气。

一般来说，电解水分为两个关键步骤：1.阳极反应：2H2O → O2 + 4H+ + 4e-在这个过程中，水分子被分解成了氧气分子、氢离子以及电子。

2.阴极反应：4H+ + 4e- → 2H2在这一步中，电子被传递给氢离子，使得氢离子被还原成了氢气。

由此可见，只要在一定条件下引入电流，即可通过电解水的反应制取氢气。

二、电解水制氢技术的应用氢气，是一种非常有用的天然气体。

它可以应用于许多领域，例如：1.能源领域：氢气为一种高效的能源，其能量密度高、使用效率高，因此在燃料电池、内燃机等方面都有非常广泛的应用。

2.工业领域：氢气可以作为一种高纯化学品，广泛应用于制造高纯度玻璃等过程中。

3.化工领域：氢气可以被用于生产某些化学品，如氨、甲醇等。

由此可见，氢气具有广泛的应用前景。

而电解水制氢技术的优势在于其产生的氢气非常纯净可靠，且可以在需要的时间、地点进行制备。

因此，它在新能源领域中具有很大的潜力。

三、电解水制氢技术存在的挑战不过，电解水制氢技术也存在着一定的挑战。

其中比较明显的有：1.制氢效率：目前的电解水技术的制氢效率仍然不够高，部分来源于电解电流转化的效率上，部分来源于水本身的稳定性。

2.能源消耗：电解水制氢过程需要一定的能源支撑，如果使用的是传统的煤电等化石能源，则会对环境造成不利的影响。

3.成本问题：由于目前的电解水技术尚未走向成熟，相关的设备和制备过程都需要大量的研发投入。

因此，电解水制氢技术的成本问题仍然需要解决。

四、结语电解水制氢技术是一种很有前景的新能源技术，它具有可靠、可控、可持续等优势。

电解水制氢技术及其在能源领域中的应用1. 电解水制氢技术的原理及发展历程电解水制氢技术是将电能转化为化学能的一种方式，利用电解水反应制备氢气。

其反应式为：2H2O + energy → 2H2 + O2。

该技术最早在19世纪提出，但当时受制于电解设备和电能成本等限制，难以实现商业化应用。

随着现代科技的发展，如高效电解设备、低成本电力等条件的满足，电解水制氢技术得以迎来新一轮的发展。

2. 电解水制氢技术的分类及优缺点根据电解的方式，电解水制氢技术可以分为碱性电解方法、酸性电解方法、中性电解方法等几种。

碱性电解法是最为常用的方法，优点是电极反应比较平稳，制氢效率较高，但缺点是电极易受到腐蚀。

酸性电解法是用磷酸或硫酸等酸性溶液电解水，可以得到高纯度的氢气和氧气，但是电极反应不稳定，影响制氢效率。

中性电解法是在中性条件下进行电解，适用于一些对氢气纯度要求不高的生产领域。

但制氢效率比碱性和酸性电解法低。

3. 电解水制氢技术在能源领域中的应用电解水制氢技术在能源领域中有着广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：(1) 储能：制氢用电的副产品是氧气，可以做为燃料电池的氧气供应。

制备氢气后，可以将其压缩储存起来，随时供给其他设备或区域的能源需求。

(2) 燃料电池：制备的氢气可与氧气进行燃烧，在产生能量的同时释放的是水蒸气，无二氧化碳排放。

这使得燃料电池在汽车、船舶、航空等领域的应用逐渐得到推广。

(3) 工业领域：氢气在工业领域有着广泛的应用，如制备电子、金属加工、化工等。

而采用电解水制氢技术作为氢气的来源，可以避免使用传统的化石燃料，减少环境污染，具有可持续发展的重要意义。

4. 电解水制氢技术的挑战与发展电解水制氢技术目前仍面临着一些挑战。

首先是成本问题，由于制备氢气的电子和原子数目较大，需要消耗大量电能。

目前电解水制氢的成本还较高，需要寻找更为经济的电力来源以及电解设备和电解剂的优化和集成研究。

此外，电极的寿命、阳极腐蚀等问题也是影响电解水制氢技术应用的重要因素。

制氢的方式及优缺一、天然气制氢1. 优点：原料丰富：天然气是一种相对普遍的资源，全球范围内都有分布。

技术成熟：天然气制氢技术已经发展得较为成熟，易于大规模生产。

成本相对较低：相较于其他制氢方式，天然气制氢的成本相对较低。

2. 缺点：依赖化石燃料：天然气属于化石燃料，使用该方法制氢会对环境产生一定的影响。

能耗较高：由于是热化学反应，能源消耗相对较高。

二、煤制氢1. 优点：原料丰富：煤是全球储量最丰富的化石能源，可用于大规模制氢。

技术成熟：煤制氢技术经过多年的发展已经相当成熟。

2. 缺点：污染较大：煤制氢过程中会产生大量的二氧化碳和其他污染物，对环境影响较大。

能耗高：与天然气制氢相似，煤制氢的能源消耗也相对较高。

三、工业副产氢1. 优点：来源广泛：工业副产氢可以从多种工业过程中获得，如石油重整、煤气化等。

技术简单：工业副产氢通常从已有工艺中获得，技术难度相对较低。

2. 缺点：供应不稳定：工业副产氢的供应受相关工业生产的影响，可能存在不稳定性。

品质不一：由于来源多样，工业副产氢的品质可能存在差异。

四、重油裂化制氢1.优点：可利用重油资源：重油是一种丰富的能源资源，通过裂化可以转化为氢气。

技术进步：随着技术的进步，重油裂化制氢的效率得到提高。

2.缺点：环境影响：重油裂化过程中会产生一定的污染物，对环境有潜在影响。

高能耗：重油裂化需要高温高压条件，能耗较高。

五、电解水制氢1.优点：环境友好：电解水制氢过程中不产生污染物，是完全清洁的制氢方式。

可再生能源：电解水使用的电能可以来源于可再生能源（如太阳能、风能），符合可持续发展的要求。

2.缺点：高能耗：电解水制氢的能耗较高，目前成本相对较高。

效率问题：目前电解水制氢的效率相对较低，需要进一步的技术提升。

天然气制氢、甲醇制氢与水电解制氢的经济性对比探讨王周【摘要】氢气作为无碳绿色新能源是应对日趋严峻环境危机和构建清洁低碳能源体系的重要载体.目前天然气、甲醇、水制氢是最有竞争力的技术手段,但生物能、太阳能、风能等可再生能源制氢是未来的趋势.对天然气制氢、甲醇制氢及水电解制氢进行了对比探讨,分别从技术特点、制氢纯度、场地要求、投资规模、运行费用及制氢成本等方面进行了分析,认为天然气制氢、甲醇制氢及水电解制氢分别适用于大、中、小规模,制氢成本依次为低、中、高,且分别受天然气价格、甲醇价格及电价影响较大.【期刊名称】《天然气技术与经济》【年(卷),期】2016(010)006【总页数】3页(P47-49)【关键词】天然气制氢;甲醇制氢;水电解制氢;经济性【作者】王周【作者单位】佛山市燃气集团股份有限公司,广东佛山 528000【正文语种】中文氢气作为无碳绿色新能源，具有环保安全、能量密度大、转化效率高、储量丰富和适用范围广等特点，可实现从开发到利用全过程的零排放、零污染，是应对日趋严峻环境危机和构建清洁低碳能源体系的重要载体。

随着石油资源的日益枯竭和能源价格的不断上涨，寻找不依赖化石燃料、储量丰富的廉价可替代能源制氢成为大家共同面临的难题，从长远来看，生物能、太阳能、风能等可再生能源制氢在21世纪将开始逐步具有竞争力，但目前从天然气、甲醇、水等资源中制氢仍然是最有竞争力的技术手段［1］，煤制氢对水和大气污染严重，笔者暂不讨论。

目前国内制氢原料路线的选择，主要取决于原料资源的可得性和原料成本的高低，笔者将以华南某区域的制氢状况来进行分析探讨。

1.1 技术特点天然气制氢工艺复杂，操作条件严格，设备设计制造要求高，技术成熟；甲醇制氢工艺流程简单，相对易操作维护，主体设备为常见化工设备，技术也较为成熟；水电解制氢流程简单，操作简便，甚至可实现无人值守全自动操作。

1.2 制氢纯度天然气制氢与甲醇制氢一般纯度可达到99.999%，而水电解制氢纯度高时可达到99.999 9%。

电解⽔制氢—最理想的绿氢路线！1、制氢路线多样，灰氢仍是主要氢能来源氢⽓可以通过多种⼯艺路线制备，主要包括：（1）化⽯能源制氢：煤⽓化制氢、天然⽓重整制氢、⽯油焦和渣油制氢等；（2）电解⽔制氢：电⼒来源主要包括⽕电、⽔电、风电、光电以及核电等，其中可再⽣能源是理想的电⼒来源；（3）⼯业副产氢：主要包括氯碱⼯业、煤焦化、合成氨、丙烷脱氢等；（4）光催化制氢、⽣物发酵制氢等其他路线：尚处于实验与开发阶段，暂未达到规模制氢要求。

其中煤⽓化制氢、天然⽓重整制氢以及电解⽔制氢是最主要的制氢⽅法。

⽽根据制氢过程中碳排放的不同，⾏业内⼀般将氢能分为灰氢、蓝氢及绿氢：（1）灰氢：使⽤化⽯燃料制取氢⽓，并对释放的⼆氧化碳不做任何处理；（2）蓝氢：使⽤化⽯燃料制取氢⽓，同时对释放的⼆氧化碳进⾏捕集和封存；（3）绿氢：使⽤可再⽣能源发电电解或光解制取的氢⽓。

其中灰氢由于⽣产成本低、技术⼯艺成熟，是当前最主要的氢能来源，但⽆法避免⽣产过程中的碳排放，⽽真正实现“零碳”的绿氢是理想的氢能来源，受限于技术与成本问题，尚未实现⼤规模普及。

近年来，伴随着国内氢能产业的持续发展，中国氢⽓总产量保持着稳定增长的态势，根据中国氢能联盟与⽯油和化学规划院的统计，截⾄2019年我国氢⽓产能约达4100万吨/年。

由于中国丰富的煤炭资源特点，煤制氢是最⾸要的制氢来源，不同于全球范围内18%左右的⽐重，煤制氢在国内占⽐可达六成以上，其次为⼯业副产氢、天然⽓制氢、电解⽔制氢。

根据中国氢能联盟研究院数据，2019年中国氢⽓产量共计3342万吨，其中煤制氢产量2124万吨，占⽐达63.6%；其次为⼯业副产氢、天然⽓制氢，产量分别为708、460万吨，占⽐分别为21.2%、13.8%；电解⽔制氢产量相对较少，仅50万吨，占⽐1.5%。

中国氢⽓产量保持稳定增长态势2019年煤制氢产量占⽐达63.6%从区域分布来看，西北、华北、华东地区是中国主要的制氢产地，合计产能占⽐达75%。

电解水制氢技术及其应用近年来，随着氢能技术的迅速发展，电解水制氢技术逐渐崭露头角，被认为是一种潜力巨大的清洁能源技术。

在这种技术之下，水能被分解为氢气和氧气，氢气则可作为一种高效、清洁的能源，广泛应用于各种领域。

一、电解水制氢的工艺原理电解水制氢的工艺原理十分简单，即利用电力将水分子分解成水蒸气和氢气，即2H2O -> 2H2 + O2。

在实现这种过程中，需要一个电解池，一般来说，会使用一种被称为“化学电池”的设备。

化学电池通常由两个半电池组成，即一个负电极和一个正电极，两者之间隔开一定距离的电解质溶液。

在这个设备中，电极会向水中发射电子，接着将水分子的疏水氧化还原。

简单的说，电极负极会向水中引入电子，接着这些电子就与水分子发生反应：H2O + 2e- -> H2 + 2OH-。

而在正电极的表面，会发生O2 + 2H2O -> 4H+ + 4e-的反应，因此负电极会释放出氢气，而正电极则会释放出氧气。

二、电解水制氢技术的应用领域电解水制氢技术的应用领域是十分广泛的。

首先，在清洁能源领域，作为一种氢能技术，电解水制氢技术可以用于各种领域的能源供应，比如新能源汽车、危险品储存和运输、直接还原和转化废物/ CO2等等。

其次，在化学和材料领域，电解水制氢技术也有着广泛的应用。

以化学制品生产工业为例，电解水制氢可用于提炼钯和白金等金属，也可用于制备氟和氯等元素。

此外，在翻新和建筑领域中，电解水制氢可用于冶炼、水处理、石油加工和废水处理等。

三、电解水制氢技术的市场前景在未来，电解水制氢技术的市场前景可谓十分广阔。

据分析，到2025年，电解水制氢技术有望成为世界最大的清洁能源和能源储存方式，而在2030年，它的市场规模将可能达到400亿美元。

以此来看，电解水制氢技术的市场前景是非常广阔的。

一方面，其被广泛应用于各种能源领域。

另一方面，随着技术和产业的进一步发展，其市场规模将会不断扩大。

在这样健康的市场环境下，电解水制氢技术的发展前景也是非常光明的。

电解水制氢技术电解水制氢技术是当前全球研究热点之一，研发它的目的是利用可再生能源，可靠地生产氢作为清洁能源，为推动清洁能源的应用发挥重要作用。

这项技术可以将水分解为氢气和氧气，从而获得大量清洁能源氢气和可再利用的氧气。

电解水制氢技术的基本原理是，通过给水加电压而将水中的氢原子分离出来，而氧原子被吸收。

在这个过程中，电子会流动到加电的电极上，氢原子会流动到负极上，而氧离子会流动到正极上。

当水分解成氢气和氧气之后，氢气就可以用来生产氢能源，而氧气可以用来回收或储存。

电解水制氢技术具有优势，因为它利用可再生能源制备清洁能源氢气，无需使用燃烧品，可以减少温室气体排放。

电解水制氢技术还可以减少CO2的排放，改善空气质量，减缓全球变暖的势头，以及帮助减少与能源使用相关的环境影响。

目前，电解水制氢技术已经在全球得到广泛的应用，例如在汽车、火车、船舶和飞机的发动机中。

它可以用来替代传统的汽油，柴油和天然气引擎。

电解水制氢技术还可以作为一种储能技术，用于储存量大、灵活性强的可再生能源，如风能、太阳能、水能等。

但电解水制氢技术也存在一些技术挑战，比如电极的选择、电解液的选择和维护、电解质的组成等。

另外，由于氢的储存和运输技术还不成熟，因此现有电解水制氢技术的成本还很高。

未来，电解水制氢技术将会取得很大的进步，并得到更广泛的应用。

这将有助于减少对传统燃料的依赖，减少温室气体排放，促进清洁能源的发展，改善空气质量，减缓全球变暖，并帮助减少与能源使用相关的环境影响。

因此，电解水制氢技术可以为世界上更多的地区推动清洁能源的发展，使得绿色能源的使用更加普及。

总之，电解水制氢技术具有广泛的应用前景，可以有效地减少温室气体排放和燃料消耗，从而有助于减缓全球变暖，保护地球环境。

未来，电解水制氢技术将继续取得很大的进步，并不断推动清洁能源的应用和发展，为改善世界气候作出重要贡献。