PDF《我国将制定氢能产业发展路线图！》

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12 图3 全球制氢主要来源(左)、日本制氢主要来源(右)

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. 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. 页面

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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. 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69kg/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30kg/GJ,远低于煤气化制氢和天然气重整制氢. 页面

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12 我国可再生能源丰富,每年弃水弃风的电量都可以用于电解水.我国拥有水电资源3.78亿千瓦,年发电量达到2800 亿千瓦时.水电由于丰水器和调峰需要,产生了大量的弃水电能.我国风力资源也非常丰富,可利用风能约2.53亿千 瓦时,相当于水力资源的2/3.但风电由于其不稳定的特性,较难上网,因此每年弃风限电的电量规模庞大.如果将 这部分能源充分利用起来,有利于电解水制氢的发展. 中游储运 氢是所有元素中最轻的,在常温常压下为气态,密度仅为0.0899kg/m3,是水的万分之一,因此其高密度储存一直 是一个世界级难题.氢能的存储有以下方式:低温液态储氢、高压气态储氢、固态储氢和有机液态储氢等,这几种储 氢方式有各自的优点和缺点.氢输运又分为气氢输送、液氢输送和固氢输送. 页面