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汽车|制氢、储运、加氢产业链知识大全( 二 )


二、主流制氢源自于传统能源的化学重整
全球来看 ， 目前主要的制氢原料96%以上来源于传统能源的化学重整(48%来自天然气重整、30%来自醇类重整 ， 18%来自焦炉煤气) ， 4%左右来源于电解水 。 日本盐水电解的产能占所有制氢产能的63% ， 此外产能占比较高的还包括天然气改制(8%)、乙烯制氢(7%)、焦炉煤气制氢(6%)和甲醇改质(6%)等 。
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本文插图

图3 全球制氢主要来源(左)、日本制氢主要来源(右)
资料来源: hydrogen analysis resource center
三、煤制氢加碳捕捉将成为主流制氢路线
对比几种主要制氢技术的成本 ， 煤气化制氢的成本最低 ， 为1.67美元每千克 ， 其次是天然气制氢2.00美元/千克 ， 甲醇裂解3.99美元/千克 ， 成本最高的是水电解 ， 达到5.20美元/千克 。 相对于石油售价 ， 煤气化和天然气重整已有利润空间 ， 而电解水制氢成本仍高高在上 。
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图4 主要制氢成本对比(美元)
中国煤炭资源丰富且相对廉价 ， 故将来煤制氢很有可能成为中国规模化制氢的主要途径 。 但煤制氢工艺过程二氧化碳排放水平高 ， 所以需要引入二氧化碳捕捉技术(CCS) ， 以降低碳排放 。 目前二氧化碳捕捉技术主要应用于火电和化工生产中 ， 其工艺过程涉及三个步骤：二氧化碳的捕捉和分离 ， 二氧化碳的输送 ， 以及二氧化碳的封存 。
四、光解水制氢技术看似理想实则困难重重
光解水制氢是一种理想的制氢技术 。 它的原理是直接利用太阳能 ， 在光催化剂的协助下 ， 将水分解产生氢气 。 这种方法直接利用一次能源 ， 没有能源转换所产生的浪费 ， 理论上简单高效 。
光解水制氢技术始自1972年 ， 由日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象 ， 从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性 ， 开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路 。 随着电极电解水向半导体光催化分解水制氢的多相光催化的演变和TiO2以外的光催化剂的相继发现 ， 兴起了以光催化方法分解水制氢(简称光解水)的研究 ， 并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展 。
然而 ， 这种制氢方法面临的技术仍然面临很多问题 。 制氢效率低(不到4%)是最主要的问题 ， 所以它离实际应用还有相当长的距离 。 光催化材料的带隙与可见光能量匹配 ， 光催化材料的能带位置与反应物电极电位匹配 ， 降低光生电子-空穴的复合率是克服这一困难的三大待攻克技术难关 。
五、随着电价下降 ， 将有利于电解水制氢技术发展
电解水制氢成本主要来源于固定资产投资、电和固定生产运维这四项开支 ， 其中电价高是造成电解水成本高的主要原因 ， 电价占其总成本的78% 。 因而电价的下降必将带来氢气成本的大幅下降 。 同时技术发展、规模化效应 ， 都会使氢气成本下降 。
表2 电解水制氢成本构成
2011
2015
2020（预测）
固定资产投资
0.6
0.5
0.4
电价
3.2
2.3
1.4
固定生产运维
0.2
0.1
0.1
其他
0.1
0.1
0.1
Total
4.1
3.2
2
资料来源：DOE
虽然目前水电解制氢成本远高于石化燃料 ， 而煤气化制氢和天然气重整制氢相对于石油售价已经存在利润空间 。 但是用化石燃料制取氢气不可持续 ， 不能解决能源和环境的根本矛盾 。 并且碳排放量高 ， 煤气化制氢二氧化碳排放量高达193kg/GJ ， 天然气重整制氢也有69 kg/GJ ， 对环境不友好 。 而电解水制氢是可持续和低污染的 ， 这种方法的二氧化碳排放最高不超过30 kg/GJ ， 远低于煤气化制氢和天然气重整制氢 。


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