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1、江西省氢能项目概况一、 制氢技术分析尽管氢是自然界最丰富的元素之，但是天然的氢在地面上却很少有，所以只能依靠人工制取。通常制氢的途径有:从丰富的水中分解氢:从大量的碳氢化合物中提取:从广泛的生物资源中制取氢:或利用微生物去生产氢等等。各种制氢技术均可掌握。但是作为能源使用，特别是普通的民用燃料，首先要求产氢量大，同时要求造价较低，即经济上具有可行性，这是今后制氢技术的选择标准。就长远和宏观而言，氢的主要来源是水，以水裂解制氢应是当代高技术的主攻方向。以下简述几种制氢方法。（一）化石燃料制氢这是目前大量化工用氢的生产方法，如化肥生产的造气，即以煤在气化炉中燃烧，通过水蒸气还原反应，获得氢气。同样
2、，石油、天然气或生物质燃料，均可用类似的方法制取氢。但是，这样的造气效率不高，需要消耗大量能源，并对环境污染较大。以能源换燃料，是得不偿失的。鉴于化石能源的有限性，应尽可能满足有机原料的需要，而不能作为产生氢能的依靠。（二）电解水制氢人们最早的制氢方法就从电解水开始，至今它仍然是工业化制氢的重要方法。尽管改进型的电解槽已把电耗压到了相当低，但还是工业生产中的电老虎。而且电本属二次能源，除了水电，电是用大量燃料换来的，其中经过热能、机械能、电能的转换，本来能耗就不小，再经电解水制成氢，总的能源效率实在太低，以此将氢作能源，无疑也是不可取的。不过现在正继续改进电解水制氢的工艺，并使用丰水期的水电，
3、或利用风能、太阳能等可再生能源来电解水制氢作为这些新能源的贮存手段，自当别论，不能不说是有可取之处。（三）硫化氢制氢在石油炼制、煤和天然气脱硫过程中都有硫化氢产出，自然界也有硫化氢矿藏，或伴随地热等的开采也会产生硫化氢。国外已有硫化氧分解方法，包括气相分解法（干法）和溶液分解法（湿法），能同时获得硫磺和氢气。尽管这种工艺需要一定的高温（约600C）和适当的催化剂，或经过光照等措施，但是能化害为利，综合利用，将不失为一种制氢的好方法。（四）光解海水制氢80年代末，国际上出现了光解海水制氢的方法，以激光诱导MOCVD制膜技术有所突破，制成新型的金属/半导体/金属氧化物光电化学膜，用此种膜作为海水电
4、解的隔膜，能使海水分离制得氢和氧，其电耗低，转换效率已达10%左右，此方法已引起各国科学家的关注。（五）光化制氢利用入射光的能量使水的分子通过分解或水化合物的分子通过合成产生出氢气。在太阳的光谱中，紫外光具有分解水的能量，若选择适当的催化剂，可提高制氨效率。因此在太阳能利用的高技术研究中光化制氢将作为重点。，有的还可将光电、光化转换同时进行，以获得直流电和氢、氧。目前，尽管尚处于实验室研究阶段，但对开辟制氢途径具有很大的吸引力。（六）生物制氢技术利用植物的光合作用制氢和微生物分解有机物制氢。从常见的植物光合作用吸收二氧化碳制造氧的过程，不难理解光合作用的深化。目前，光合作用在多数植物中效率非常
5、低，通常均低于千分之五，这与自然光谱的吸收率有关。在今后的生物工程研究中，提高植物的光合作用效率是突出任务之一，其中除制氧机制外，氢的转换也在其中。至于微生物制氢，自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，只是其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气就会像制造沼气一样。（七）热分解水制氢当水直接加热到很高温度时，例如3000C以上，部分水或水蒸气可以离解为氢和氧。但这种过程非常复杂，远非设想那样简单。其中突出的技术问题是高温和高压。较有希望的是利用太阳能聚焦或核反应的热能。关于核裂变的热能分解水制氢已有各种设想方案至今均未实现。人们更寄希望于今后通过核聚变产生的热能制氢。在美国能
6、源部主持下有劳伦斯一利弗莫尔实验室、通用原子能公司和华盛顿大学等单位参加的核能热化学制氢研究项目已进行了多年，主要是以一种串联磁镜式核聚变堆为热源，用硫碘热化学循环的方法制取氢。此外，原苏联也制订过通过托卡马克核聚变堆进行高温蒸汽电解的制氢方案。所有这些制氢方法，都涉及一系列高技术，但人们仍有信心迎接氢能世界的出现。二、 氢能的概况（一）氢气能量密度高，环保性能好近年来，全球气候变化和化石能源枯竭问题日益突出，作为一种绿色高效的二次能源，氢能具有热值高、无污染、可储存、与可再生能源便捷转换等优点，在交通、工业、建筑等领域具有广阔的应用前景，有望在终端能源消费领域替代石油、天然气等化石能源，有利
7、于保障国家能源安全。（二）国内氢能产业取得了一些突破但仍有大量关键技术、零部件依赖国外。在全球气能产业发展提速背号下，宝内企业持续进行自主研发，但与国际先进水平仍存在明显差距，制氢及氢燃料电池中的催化剂和质子交换膜、储氢环节的液氢加工技术、运氢环节的长距离输送技术和用氢环节的加氢站内关键材料制备技术都掌握在加、美、日、韩、德、法等国家手中，进口依赖高，议价能力差，制约我国氢能产业发展。此外，我国加氢站等基础设施总量不足以支撑氢燃料电池汽车大规模使用，技术和基础设施的双重掣肘导致氢能全产业链成本高。（三）全球范围内正掀起氢能产业发展热潮将极大推动氢能产业发展，在全球加速能源低碳化转型背景下，发达
8、国家结合自身资源禀赋和产业技术现状，逐步明确氢能源在国家能源体系中的定位，加速引导氢能产业健康发展，全球将迎来氢能社会发展热潮。目前我国正处于氢能产业培育期，但国家层面缺乏顶层设计，尚未明确氢能在国家能源战略层面的重要定位，且部分补贴门槛高、落地困难，大量标准尚为空白或已经过时，近期国家相关部委正在组织制定氢能产业规划和氢燃料电池车发展指导意见，将有效推动氢能产业发展。（四）国内传统石化能源企业纷纷布局氢能业务目前，我国氢能产业处在培育期，预计2023年将进入快速发展期。在具体路线图和详细专项规划尚未出台的情况下，国家能源集团、中石油、中石化、国电投等大型传统化石能源企业从加强新能源发电消纳、
9、工业副产氢价值利用等角度出发，超前谋划、抢抓市场机遇，纷纷布局氢气管道、加氢站、油氢电综合智慧能源站等业务，氢能产业已呈现群雄逐鹿态势。（五）氢能尚不具备应用于储能领域的条件目前氢储能系统效率仅为电化学储能的50%左右、抽水蓄能的60%左右。未来随着单项技术的突破和研发体系的构建、配套基础设施的加速建设，技术国产化和量产化程度将不断提高，氢储能系统效率有望提升，但超过电化学储能和抽水蓄能系统效率的难度较大。三、 氢燃料电池汽车的优势氢燃料电池汽车和传统燃油车使用习惯相近，和纯电动车相比也是有一定优势的。（一）充电时间VS加氢时间首先在补能这块，按目前电池容量普遍在50kWh的电动车为例，在快充
10、条件下从低电量充至80%电量，充电时间也得30分钟左右。而氢燃料电池车加注氢气只需要三到五分钟，基本和传统燃油车加注燃油时间相当。（二）续航里程对比续航里程对于新能源车是绕不开的问题，目前绝大部分的纯电车续航里程都比较低，而且还受外界温气温影响，基本适合短途使用。反观氢燃料电池车，拥有更加接近传统汽车的巡航里程，同时动力不弱，可以满足长途行驶，不过这也得看加氢站的覆盖。（三）国家政策对比到2020年年底，纯电动车和插电混合动力汽车的补贴将会完全退出。氢燃料电池汽车是唯一财政补贴不退坡，不限制地方补贴比例上限的车型；并且2020年后，对燃料电池汽车也会持续支持。氢燃料电池汽车看似环保，使用习惯上
11、也更接近传统燃油车，但是面临的诸多问题使得它的发展依旧缓慢。四、 氢能的主要应用领域（一）在电力方面氢能作为多功能载体，可以实现可再生能源体系的整合，不仅用于清洁发电，还能平衡电力需求和可再生能源之间的波动。在可再生能源能力不足或需求高峰时期，氢气成为清洁能源的来源，在发电中起到脱碳的作用。（二）在供暖方面氢气可以与天然气混合使用，所以氢能是未来少数能与天然气竞争的低碳能源之一。通过与天然气混合（低百分比的氢气可以安全地混合到现有的天然气网络中），无需对原有的基础设备进行多少调整，就能提供灵活连续的热能电能，氢能源进而有望取代传统化石燃料。（三）在航空领域航空业每年排放9亿吨以上的二氧化碳，氢
12、能是发展低碳航空的主要途径。氢能在飞机上的应用有以下四种途径:直接在燃气轮机中燃烧，通过燃料电池用于推进或非推进能源系统，燃料电池和燃气轮机的混合动力组合，氢基合成燃料。（四）建筑供热在现有天然气管道中掺杂氢气，满足建筑领域供热需求，同时减少碳排放量。近中期实施中低比例掺氢，在氢气浓度（体积最高为10-20%）相对较低的情况下，无需对基础设施和终端应用进行重大改变，投资成本较低，若混合比例为5%，每年将减少约20万吨二氧化碳排放。（五）氢能治金目前，国内多个大型钢企在推进氢炼钢生产线改造和建设，就已有高炉富氢工艺对现有高炉进行改造，或者建设气基还原工厂，进行氢能炼钢，在为下游提供钢铁产品的同时
13、实现碳减排。预计2060年，氢冶金粗钢产量将达436亿吨，其中采用富氢高炉工艺粗钢产量为226亿吨，气基竖炉工艺粗钢产量为21亿吨，生铁产量将达344亿吨，其中富氢高炉生铁产量为197亿吨，气基竖炉工艺生铁产量为147亿吨。五、 氢能产业国际、国内现状当前世界正经历百年未有之大变局，面对全球气候风险、环境危机和能源安全问题，新一轮科技革命和产业变革正在加速进行，碳达峰碳中和正逐渐成为国际社会共识与一致行动。在全球能源清洁低碳转型发展的大势下，氢能开发利用关键技术不断取得重大突破，展现出广阔的发展前景，受到了多个国家和地区的广泛关注。从国际来看，全球氢能制取、储运和燃料电池等核心技术研发和关键材
14、料制造日渐成熟，产业链逐渐完善，市场规模迅速扩大，氢能基础设施建设明显提速，终端应用成本呈现持续下降趋势，部分区域规模化推广条件基本具备。美国、日本、韩国、欧盟等主要发达国家和地区均将氢能纳入未来能源发展战略，持续加大技术研发与产业化扶持力度，推动氢能清洁、经济、可靠发展和多元化、规模化应用，逐步扩大氢能在终端能源体系中的比重。从国内来看，我国氢能发展已积累了一定的基础，初步掌握了全产业链主要技术和生产工艺，氢能产量居世界首位，可再生能源制氢基础条件领先，部分重点经济圈已出现氢能产业的区域化集聚，以氢燃料电池汽车应用为重点的氢能示范应用已在部分区域实现。近年来，国家高度重视引导氢能产业健康有序
15、发展，氢能在构建清洁低碳、安全高效能源体系中的战略定位更加清晰，在实现碳达峰碳中和目标的进程中将发挥重要的作用。六、 氢能源的缺点（一）氢能源价格昂贵电解和蒸汽重整是氢提取的两个主要过程，非常昂贵。这是其在全球范围内未得到广泛使用的真正原因。如今，氢能主要用于为大多数混合动力汽车提供动力。需要大量的研究和创新才能发现廉价和可持续的方式来利用这种形式的能源。在此之前，氢能将仅保留给富人。（二）储存并发症氯性质之一是它具有较低的密度。实际上，它的密度比汽油小得多。这意味着必须将其压缩为液态，并在较低的温度下以相同的方式存储，以确保其作为能源的有效性和效率。该原因也解释了为什么必须始终在高压下存储和
16、运输氢气，这就是为什么运输和普遍使用远非可行的原因。（三）它不是最安全的能源氢的功率绝对不应被低估。尽管汽油比氢危险一些，但氢是高度易燃和易挥发的物质，经常引起人们对其潜在危险的关注。与气体相比，氢气缺乏气味，这使得几乎不可能进行泄漏检测。要检测泄漏，必须安装传感器。（四）棘手的四处走动由于氢的轻巧，运输氢是一项艰巨的任务。石油可以安全运输，因为它大部分是通过管道推动的。煤炭可以方便地用自卸车运输。当考虑大量运输氢时，氢也带来了挑战，这就是为什么氢主要只以小批量运输的原因。（五）生成氢能取决于化石燃料氢能是可再生的，对环境的影响最小，但是将其与氧气分离需要其他不可再生的资源，例如煤，石油和天然气。生产氢燃料仍需要化石燃料。
