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氢能工业链解析——制氢篇
发布时间:2022-12-05 01:26:34 来源:最新亚博

  毕马威我国于9月15日发布《一文读懂氢能工业》陈述,为助力咱们深化了解氢能这一重要清洁动力,咱们将在陈述基础上连续推出氢能工业链解析、海外氢能战略和我国氢能战略等微信文章。此为微信系列的第一篇,聚集氢能工业链上游制氢环节。

  氢能工业链首要包含上游制氢,中游氢储运、加氢站,以及下流多元化的运用场景,例如交通、工业、发电以及修建等范畴(图1)。

  自2020年“双碳”方针提出后,我国氢能工业热度攀升,开展进入快车道。2021年我国年制氢产值约3,300万吨,同比添加32%,成为现在世界上最大的制氢国。

  从产值结构来看(图2),2020年我国氢气总产值到达2,500万吨,首要来历于化石动力制氢(煤制氢、天然气制氢);其间,煤制氢占我国氢能产值的62%,天然气制氢占比19%,而电解水制氢受制于技能和高本钱,占比仅1%。从全球2020年的制氢结构来看(图3),化石动力也是最首要的制氢办法,其间天然气占比59%,煤占比19%。

  现在首要的制氢办法包含化石燃料制氢、工业副产制氢和电解水制氢等三类。化石燃料制氢现在仍是干流,电解水制氢是未来最有开展潜力的绿色氢能出产办法(表1)。

  化石燃料制氢是传统的制氢办法,也是现在世界及我国的干流制氢办法。该办法因为离不开对化石燃料的依靠,仍会排出二氧化碳等温室气体,因而所制氢气不属于清洁氢能范畴。化石动力制氢首要包含煤制氢、天然气制氢、石油制氢、甲醇制氢等,其间煤和天然气制氢又是化石动力制氢的首要办法。

  煤炭现在仍是我国的首要动力之一, 也是我国制氢的首要质料。尽管煤焦化副产的焦炉气也可用于制氢,但煤气化制氢现在在国内氢气出产中占有主导地位。煤气化制氢技能的工艺进程一般包含煤气化、煤气净化、CO改换以及氢气提纯等首要出产环节。煤制氢通过多年的开展,技能老练,被广泛运用于煤化工、石化、钢铁等范畴。特别是化工和化肥职业一直在运用这项技能出产氨。但煤制氢工艺的二氧化碳排放量约是天然气制氢的4倍,需结合碳捕集与封存(CCS)技能才干完成减排。据IEA数据,在煤制氢出产中参加CCS估计将使本钱开销和燃料本钱别离添加5%和130%。我国煤炭资源相对丰厚、本钱较低,装备CCS的煤制氢工艺可所以向清洁制氢中的一个合理过渡。

  天然气制氢是现在全球氢气的首要来历,在北美和中东等区域被广泛运用。与煤制氢设备比较,用天然气制氢产值高,排放的温室气体少,是化石质料制氢道路中较为抱负的制氢办法。工业上由天然气制氢的技能首要有蒸汽转化法、部分氧化法以及天然气催化裂解制氢。但是,我国国内现在天然气约40%依靠进口。国内干流的工业制氢办法依然是煤制氢,天然气制氢之路依然需求要害。降本和技能打破也是天然气制氢的两大关卡。

  工业副产制氢是指将富含氢气的工业尾气作为质料,首要选用变压吸附法(PSA法),收回提纯制氢。现在首要尾气来历有氯碱工业副产气、焦炉煤气、轻烃裂解副产气。与其他制氢办法比较,工业副产品制氢的最大优势在于简直无需额定的本钱投入和化石质料投入,所获氢气在本钱和减排方面有明显优势。因为其丰厚的潜在供给量,被广泛认为是燃料电池开展现阶段可行的供氢解决计划。

  电解水制氢是在直流电下将水分子分解为氢气和氧气,别离在阴、阳极分出,所发生的氢气纯度高(99%)。这是现在最有开展潜力的绿色氢能出产办法,特别是运用可再生动力进行电解水制氢是现在很多氢气来历计划中碳排放最低的工艺,与全球低碳减排的动力开展趋势最为共同。

  现在电解水制氢首要有3种技能道路:碱性电解(AWE)、质子交流膜(PEM)电解和固体氧化物(SOEC)电解。其间碱性电解水制氢技能相对最为老练、本钱最低,更具经济性,已被大规模运用。PEM电解水制氢技能已完成小规模运用,且适应可再动力发电的波动性,功率较高,开展前景好。固体氧化物电解水制氢现在以技能研究为主,没有完成商业化。

  PEM电解设备的双极板需运用镀金或镀铂的钛材料,电堆中心也要运用稀有金属。考虑到阳极侧简单氧化,为增强耐用性,还要运用铱这种地球上最稀有的金属,现在全球的年产能仅7吨左右。阴极侧也需求运用稀有金属铂。稀有金属占PEM电解体系全体本钱的近10%,其高本钱和供给链的局限性成为了现在推行PEM电解技能的首要瓶颈。为防止要害材料供给缺少和降低本钱,PEM电解技能的开展也将尽力削减稀有材料的运用,并用价格低廉的常见材料来代替稀有金属。

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