氫能是理想的清潔二次能源，但尚未被大范圍應用，瓶頸就在于產氫成本高、用氫價格高。當前，我國市場上每公斤綠氫售價為50~60元，約是石油、煤炭、天然氣等其他能源價格的十數(shù)倍。全球都在致力于研究開發(fā)低成本綠氫生產技術和應用模式，為5元/公斤的綠氫奮斗。在近日舉辦的石化化工“行業(yè)發(fā)展趨勢與未來”論壇上，上海牧溢投資咨詢有限公司執(zhí)行董事、中國氣候投融資專委會委員曹衛(wèi)球先生介紹了其在低成本制氫方面的觀點和實踐成果。

　　第一類綠氫制備技術是水電解制氫技術。用綠電電解水生產綠氫是一種非常普遍的制氫技術，這類制氫過程中需要大量純水。因為電解水制氫過程中若用低質水，會導致電極很快被腐蝕，縮短壽命。“電解槽中部分部件，如隔膜、催化劑、質子交換膜(PEM)和多孔傳輸層，都可能受到鐵、鉻、銅等水中雜質的破壞。這便要求電解水的電導率小于1微西/厘米，總有機碳小于50微克/升，也就是所謂的純水。”曹衛(wèi)球解釋道。

　　電解水制氫究竟需要消耗多少水?曹衛(wèi)球做了一番計算。如果綠氫每年總產量為2050萬噸，則需消耗1.8億噸純水，也就是需要32個10萬噸的海水淡化工廠，或者24個10萬噸的自來水工廠提供超濾淡水，而每項方案都極為占地耗力。“在缺水地區(qū)，這些基礎設施消耗的水將會和當?shù)氐纳�活用水、農業(yè)用水、工業(yè)用水形成惡性競爭。不但如此，建設此類基礎設施會直接增加本區(qū)域的生態(tài)足跡、碳足跡以及溫室氣體排放總量和排污總量。”曹衛(wèi)球表示。

　　如何降低生態(tài)和環(huán)境影響?曹衛(wèi)球介紹了一種利用海水直接電解制氫的技術。其主要原理是將鎳鐵氫氧化物分層到硫化鎳之上，硫化鎳覆蓋了鎳泡沫芯。鎳泡沫充當導體從電源傳輸電力，鎳鐵氫氧化物電極將水分離成氧氣和氫氣。在電解過程中，硫化鎳形成保護陽極的負電荷層。正如兩塊磁鐵的負端相互推擠一樣，帶負電荷的層會排斥氯離子，防止其到達核心部分的金屬電極。2019年9月，一個初創(chuàng)企業(yè)團隊應用類似的低成本電極保護材料提出了新一代電解水技術，其能效為98.7%，而傳統(tǒng)電解槽的設備能效通常僅有70%~80%。這一技術的另一優(yōu)點是電解槽通電產生氫氣，斷電產生氧氣，氫氣和氧氣的產生有先后順序，避免了氫氧直接反應發(fā)生爆炸的危險，也省去了分離膜的應用，從而大大簡化了電解槽的構造、組裝，降低了運行和維護成本。據(jù)研究人員估計，該設備的生產成本大約是現(xiàn)有技術的一半。

　　第二種技術是采用等離子體直接裂解的方法，從生物甲烷及高濃度污水(包括沼液)中生產氫氣、氮氣、一氧化碳、乙炔等氣體和高純度固體炭黑。該技術制氫過程中每生產一公斤氫耗電在10~20千瓦時，對比今天市面上電解槽每生產一公斤氫的耗電量大于40千瓦時，節(jié)省了一半以上的電力。這種技術將捕集到的甲烷分解成了單質固體碳和氫氣，納米級固體炭黑被生產出來后立即包裝成為一類高附加值的工品，實現(xiàn)了完美的碳捕集與封存和利用(CCUS)過程。另外，該技術不需要任何催化劑，僅需要普通工業(yè)氣體、循環(huán)水和綠色電力即可。通過緊湊的撬裝系統(tǒng)設計，1兆瓦產氫量1噸/日的系統(tǒng)僅占地500~1000平方米。據(jù)曹衛(wèi)球介紹，他正在積極推動相關各方共同搭建產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)并落地試點該項目。

　　第三種技術是從空氣中直接制氫。地球每天約有1200億噸水蒸氣從陸地和海洋進入到大氣環(huán)流之中。這項技術將大規(guī)模水蒸氣收集裝置與電解水裝置相結合，在陰極上產生的氫氣可被收集管道存入存儲裝置。這一精巧的設計讓電極產生氫氣和氧氣的過程被自然隔離開來，因此無需擔心氫氣和氧氣相遇發(fā)生反應。另外，由于水蒸氣的水質接近工業(yè)級純凈水，因此在沿�；蛘吆Ｑ蟓h(huán)境下制氫無需海水淡化工廠和自來水廠的投入，大大節(jié)省了制氫成本。據(jù)曹衛(wèi)球介紹，該技術在大規(guī)模生產過程中需要催化劑的幫助。目前研究團隊正在沙漠地區(qū)礦區(qū)試點生產綠氫作為儲能介質。據(jù)初步數(shù)據(jù)來看，沙漠地區(qū)生產一公斤氫耗電約需40~50千瓦時，這些電可由當?shù)仉x網光伏和風電等發(fā)出的綠電提供。

　　低成本制氫技術將為氫能大規(guī)模應用提供堅實的基礎。曹衛(wèi)球堅信：“時移勢遷，相信在技術的加持下，2025年全球涌現(xiàn)‘5元綠氫’不再是夢想!”