中國儲能網(wǎng)訊：目前，我國氫氣制取以煤制氫方式為主。未來，隨著可再生能源發(fā)電成本持續(xù)降低，采用可再生能源電力制氫，可以實現(xiàn)制氫全過程零碳排放，將是氫氣制取的主流方向。
氫能如何制取
氫能無法像勘探開采石油和煤炭那樣直接獲取，而要通過制氫技術提取。制氫是氫能產業(yè)鏈的第一個環(huán)節(jié)。目前，可以規(guī)?；瘧玫闹茪浞绞街饕幸韵氯N技術路線：一是以煤和天然氣制氫為主的化石能源制氫，二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫等工業(yè)副產制氫，三是電解水制氫。其他制氫技術包括生物質制氫、太陽能光解水制氫等，但這些技術尚未實現(xiàn)規(guī)?；瘧谩?
2024年，我國氫能制取關鍵技術不斷取得突破。單堆兆瓦級質子交換膜電解水制氫裝置實現(xiàn)在光儲氫項目商業(yè)運行；兆瓦級陰離子交換膜電解槽下線，千瓦級產品實現(xiàn)在冶金領域應用；“海洋氫能制儲輸用全鏈條關鍵技術研究及示范驗證”項目開工；兆瓦級電解海水制氫裝置試運行……
化石能源制氫
在各種制氫技術中，煤制氫和天然氣制氫等化石能源制氫是工業(yè)中制氫的主要手段。煤制氫是指在高溫常壓或高溫高壓下，先將煤與水蒸氣或氧氣反應產生氫氣和一氧化碳，再將一氧化碳經水氣變換反應得到氫氣和二氧化碳。制氫過程包括煤的氣化反應、一氧化碳水氣變換、酸性氣體脫除、氫氣提純和廢物處理等，經提純后可制得純度為99.9%的氫氣。
煤制氫技術具有制氫原料豐富、成本較低、技術成熟等優(yōu)勢，在我國氫氣制備份額中占據(jù)最大部分，但該方式伴生的二氧化碳排放較多。我國煤制氫技術處于國際領先水平，但與其相配套的碳捕集與封存技術需進一步提高技術成熟度和經濟性。
我國煤氣化制氫原料煤成本較低，但其裝置規(guī)模較大，設備結構復雜，運轉周期相對短，配套裝置多，裝置投資成本大，且氣體分離成本高，效率偏低。煤焦化副產的焦爐煤氣含氫量相對較少，純度較低，作為獨立制氫技術而言，沒有明顯優(yōu)勢。煤漿電解制氫能效高、設備簡單，具有發(fā)展?jié)摿涂蒲袃r值，目前，電解水煤漿制氫所面臨的困難是較低的產率與效率。煤炭超臨界水氣化制氫具有能效高、清潔低污染等特點，技術可行，經濟性合理。
天然氣是一種主要由甲烷組成的氣態(tài)化石燃料，主要存在于油田及天然氣田，也有少量處于煤層。天然氣制氫目前主要有天然氣蒸汽重整制氫、天然氣部分氧化重整制氫、天然氣自熱重整制氫、天然氣高溫裂解制氫四種技術路線。天然氣制氫具有較大的經濟效益，已發(fā)展成為工業(yè)主流制氫技術之一。
石油是一種由氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的烴類組成的混合物，其主要組成是碳和氫。石油裂解是指在一定條件下，使重質油的分子結構發(fā)生變化，以增加輕質成分比例的加工過程。石油裂解通常分為熱裂化、減黏裂化、催化裂化、加氫裂化等。通常石油不直接用來制氫，而是用石油初步裂解后的產品，如石腦油、重油、石油焦以及煉廠干氣制氫。
工業(yè)副產制氫
工業(yè)副產制氫包括焦爐煤氣、氯堿化工、合成氨、合成甲醇、乙烯裂解、丙烷脫氫等工業(yè)生產中副產的氫氣資源。工業(yè)副產制氫具有氣源來源廣、投資少、技術成熟、成本低等優(yōu)點，副產氫通過變壓吸附、精脫硫等方法進行提純可制取高純度氫氣，目前多數(shù)已在下游應用。
焦爐煤氣的供氫潛力大。焦爐煤氣生產規(guī)模大，生產成本較低，但焦爐煤氣含氫量低，且含一氧化碳、硫化物等有害雜質較多，提純和脫硫成本高，不太適宜于需要高純度氫氣的燃料電池使用。氯堿化工副產氫的純度高，有害雜質較少，適合于燃料電池應用，但氯堿化工企業(yè)較為分散，單個企業(yè)供氫量不大。合成氨與合成甲醇等傳統(tǒng)化工會存在較多的尾氣放空，尾氣中含有18%～55%的氫氣。丙烷脫氫副產氫氫氣含量高，一氧化碳雜質少，但需要進行精脫硫。
電解水制氫
電解水制氫的基本原理是以水作為原料，外部施加電壓，從而形成完整通電回路，電能的輸入打破水分子內部平衡，發(fā)生裂解，氫原子和氧原子進行重構，最終析出氫和氧。電解水制氫系統(tǒng)主要由電解池、電力轉換、水循環(huán)、氣體分離、氣體提純等模塊組成，電解池作為電解水制氫的核心部分，是電氫轉化反應的主要場所，由電解質、隔膜和電極三部分組成。
電解水制氫技術具有工藝簡單、操作方便、清潔低碳且氫氣純度高等特點，相比于其他制氫方式，電解水制氫以水為原料，可最大程度實現(xiàn)零污染制氫目標。目前，電解水制氫有堿性電解水制氫、質子交換膜電解水制氫、固體氧化物電解水制氫以及陰離子交換膜電解水制氫四種技術路線。
●堿性電解水制氫：水分子在直流電作用下發(fā)生氧化還原反應生成氫氣。
●質子交換膜電解水制氫：基于離子交換技術，陰極生成氫氣。無需電解液，安全性和效率較高，可再生能源適應性好。
●固體氧化物電解水制氫：固體氧化物作為電解質，在高溫下工作，利用熱量進行電氫轉換，能量利用效率高且不需貴金屬。
●陰離子交換電解水制氫：陰離子交換膜配合低成本非金屬析氫催化劑，可實現(xiàn)高電導率和大電流密度。
從技術成熟度看，目前，堿性電解水制氫技術成熟度最高，整體技術水平處于領先水平；質子交換膜電解水制氫技術處于小規(guī)模商業(yè)化階段；固體氧化物電解水制氫及陰離子交換膜電解水制氫技術逐漸步入中試階段。
近年來，我國可再生能源制氫發(fā)展備受關注。國家能源局5月發(fā)布的《中國氫能發(fā)展報告（2025）》顯示，截至2024年年底，全國各地累計規(guī)劃建設可再生能源電解水制氫項目超600個，其中，已建成項目超90個，在建項目超80個;年產能約12.5萬噸，主要分布在華北和西北地區(qū)。
2023年6月30日，新疆庫車綠氫示范項目順利產氫。該項目是我國規(guī)模最大的光伏發(fā)電直接制綠氫項目，項目產業(yè)鏈貫通光伏發(fā)電、電解水制氫、氫氣儲存、氫氣輸運、綠氫煉化生產流程等，研制出萬噸級電解水制氫工藝與工程成套技術、綠氫儲運輸工藝技術、智能控制系統(tǒng)研發(fā)等創(chuàng)新成果。
