绿色氢生产背景介绍

氢能是一种清洁零碳、灵活高效、应用广泛、来源丰富的二次能源,是现代能源体系的重要组成部分,更是实现我国“双碳”目标的重要载体。随着日益严峻的碳减排形势,绿氢受到全球高度关注。

采用化石燃料中制取氢气,虽已形成规模化生产,但从长远来看,不符合可持续发展的需要。利用可再生能源制氢,可以实现氢能全产业链绿色无碳,解决可再生能源消纳问题,是极具潜力的氢能发展路线。

绿色环保

随着时代的发展,社会的进步,人类对能源的利用沿着由高碳到低碳、由低能量密度到高能量密度的路径发展。在此趋势下,绿色氢能源被认为是下一代清洁能源的代表,兼具燃料、储能、化工原料等多种属性,在电力、交通、建筑、化工等多个行业具有广阔的应用空间。

水电解制氢

利用可再生能源电解水制氢是最成熟的绿色制氢技术,电解生成氢气和氧气,制氢过程中无含碳化合物排出,符合绿色可持续发展的理念制得的氢气转换为电能并入电网或直接供给负荷,提高了能源系统的综合利用效率,有助于解决新能源消纳问题,保障电力系统的安全稳定运行。

纳米储氢

储氢技术是氢能利用走向实用化、规模化的关键。近年来,纳米碳在储氢方面已表现出优异的性能,清华大学碳纳米材料研究小组发现一种经处理后表现出显著储氢性能的碳纳米管,它有望成为新的清洁能源———氢能电池的制造材料。

绿氢的制造技术和用途

绿氢的用途广泛,未来发展前景更是不可限量。目前,氢气主要承担工业化工原料角色,但未来交通领域消费潜力巨大,氢气被认为是石油与天然气的清洁替代品。随着技术的突破和产业规模化带来成本下降,氢燃料电池在重卡、重型工程机械、船舶、航空等领域的市场化进程将进一步加快。现阶段,制造绿氢的途径主要有以下三种:

利用可再生能源电解水制氢是最成熟的绿色制氢技术。电解水技术设备简单、技术成熟、无污染,由于其成本相对较高、效率低、能耗大等因素制约了电解水制氢技术的商业化推广。根据电解质种类不同,典型的电解水制氢技术主要分为以下几类:碱性电解、质子交换膜电解、固体聚合物阴离子交换膜电解、固体氧化电解。

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目前,太阳能制氢技术主要有光催化法制氢、光化学制氢、人工光合作用制氢等。利用太阳光制氢,制氢过程与电解水相似,制氢效率快,环境友好,但转化效率低,发展缓慢。太阳能制氢技术仍处于实验室研究阶段,目前美国斯坦福大学、中国清华大学、中国科技大学、中国科学院大连化物所等都在进行光催化制氢技术的相关研究。

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生物质制氢技术是一种高效无污染的生物工程技术,原料丰富、工作环境简单、生产费用低、可再生、低消耗,是未来规模化制氢的重要途径。生物质制氢技术目前主要有微生物法和热化学转化法。微生物法制氢技术包括光发酵法制氢、暗发酵法制氢和光合生物制氢。热化学转化法制氢技术包括生物质气化法制氢、生物质热解法制氢、生物质超临界法制氢。

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绿色氢能装置介绍PDF

以生物质为原料制氢,可以将生物质气化后,经变换工艺、脱碳分离获得纯氢,也可以将生物质通过预处理、酶解和发酵等生化转化过程获得甲烷、甲醇、乙醇等含氢化合物,再经催化反应重整获得高纯氢气。

水电解制氢是以水为原料制备氢气,是一种将电能转化成化学能和热能的化学反应过程。以电能为动力,将阴极和阳极放入水中,将电源正负极与阳极、阴极接通,与水形成同一电路,当电压达到水的分解电压时,在阳极侧生成氧气,在阴极侧生成氢气。

绿色氢能是一种理想的清洁能源,作为解决能源危机与环境问题的重要载体,对于保障我国能源安全稳定,加快构建以新能源为主体的新型能源体系具有重大意义。

氢的规模制备是氢能应用的基础,氢的规模储运是氢能应用的关键, 氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式,这3方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化,而其中储氢研究的重大突破是整个研究体系的关键。

绿色制氢发展潜力巨大,是实现“双碳”目标的重要路径。目前绿色制氢仍面临生产成本高、缺少专用基础设施、制取过程中能量损失严重等难题。