制氢的方式及优缺点

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。

制氢方法对比

电解制氢 氨分解制氢 甲醇重整制氢 天然气重整制氢 水煤气制氢 含氢废气回收

适用氢气

（NM3/h） 10～50

一个机组 20～60

一个机组 60～3000

500～5000

5000以上

≥200

反应温度（℃） 750～800 230～280 750～800

催化剂 镍系 铜系 镍系

氢气纯度 99.5% 99.99% 99.999% 99.999% 99.99% 99.99%

工艺 成熟（简单） 成熟（简单） 成熟（简单） 成熟（复杂） 成熟（复杂） 成熟（简单）

投资 100NM3/h

130～140万元 （1）100NM3/h 120～130万

（2）500NM3/h 300～350万

（3）1000NM3/h 480～520万 （1）500NM3/h 600～680万

（2）1000NM3/h 800～900万

氢气成本 4元/NM3.·H2 1.5～1.8元/NM3.·H2 1.8～2.2元/NM3.·H2 1.6～1.8元/NM3.·H2

备注

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。

各种制氢方法简介

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氢能是一种二次能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。因此必需将含氢物质力UI后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水（H2O），其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。因此要开发利用这种理想的清洁能源，必需首先开发氢源，即研究开发各种制氢的方法。从长远看以水为原料制取氢气是最有前途的方法，原料取之不尽，而且氢燃烧放出能量后又生成产物水，不造成环境污染。各种矿物燃料制氢是目前制氢的最主要方法，但其储量有限，且制氢过程会对环境造成污染。其它各类含氢物质转化制氢的方法目前尚处次要地位，有的正在研究开发，但随着氢能应用范围的扩大，对氢源要求不断增加，也不失为一种提供氢源的方法。

1.电解水制氢

水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75～85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。目前水电解的工艺、设备均在不断的改进：对电解反应器电极材料的改进，以往电解质一般采用强碱性电解液，近年开发采用固体高分子离子交换膜为电解质，且此种隔膜又起到电解池阴阳极的隔膜作用；在电解工艺上采用高温高压参数以利反应进行等。但水电解制氢能耗仍高，一般每立方米氢气电耗为4．5～5． 5kWh左右。电能可由各种一次能源提供，其中包括矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及海洋能等等，核能、水能和海洋能其资源丰富，能长期利用。我国水力资源丰富，利用水力发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高、成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电解制得氢气并用氢作为中间载能体来调节、贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制得氢气作原料而非作为能源。对电解反应中电极过程、电极材料等方面课题南开大学、首都师范大学等单位均曾开展研究，随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。