化工进展 ›› 2024, Vol. 43 ›› Issue (2): 882-893.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1497
收稿日期:
2023-08-28
修回日期:
2023-10-07
出版日期:
2024-02-25
发布日期:
2024-03-07
通讯作者:
李振宇
作者简介:
黄晟(1975—),男,研究员,博士生导师,化学工程硕士,公共管理博士,现主要从事环境与化工发展战略、科技教育政策研究工作。E-mail:huangsh@ysu.edu.cn。
HUANG Sheng1(), YANG Zhenli1, LI Zhenyu2()
Received:
2023-08-28
Revised:
2023-10-07
Online:
2024-02-25
Published:
2024-03-07
Contact:
LI Zhenyu
摘要:
碳达峰、碳中和战略的提出为我国各行业绿色低碳转型指明了方向,绿色氢能源有望在交通、化工、发电等多个领域发挥重要作用,推动氢产业发展可成为我国实现双碳目标的有效途径。本文在对美国、欧盟、日本和中国近年来氢产业发展情况进行比较与分析的前提下,提出了中国氢产业链的发展路径。文中指出,我国需要在借鉴发达国家氢产业发展政策的基础上,立足本国国情,统筹谋划构建从制氢、储运、加氢站建设到多场景应用的产业链。综合考虑我国的资源分布情况,加大绿氢产业布局,依据绿氢的绿色能源、绿色材料以及绿色原料的多元属性,推动氢能在交通、化工、冶金、发电等多场景的高效利用,同时我国要加强国际合作,联合研发相关新型技术与基础设施,制定涉氢国际标准,统筹兼顾氢产业经济发展与应对全球气候变暖的双重目标。
中图分类号:
黄晟, 杨振丽, 李振宇. 氢产业链发展的路径分析[J]. 化工进展, 2024, 43(2): 882-893.
HUANG Sheng, YANG Zhenli, LI Zhenyu. Analysis of optimization path of developing China's hydrogen industry[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2024, 43(2): 882-893.
制氢方式 | 化石能源制氢 | 工业副产氢 | 电解水制氢 |
---|---|---|---|
过程 | 利用煤炭、石油和天然气等化石燃料,通过化学热解或者气化生成氢气(灰氢)。利用碳捕集与封存技术(CCS),可以降低制氢过程中的碳排放,从而获取“蓝氢” | 以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢,氢气是工业过程中的副产品 | 以碱性电解水、酸性质子交换膜电解水为代表,通过电解水反应获得氢气与氧气,利用光电、风电等可再生能源电解水,过程中不产生二氧化碳,获取的氢气为绿氢 |
应用情况 | 应用广泛 | 应用广泛 | 应用较少 |
优点 | 成本低,技术成熟 | 成本低,技术成熟 | 制氢纯度高,过程清洁无污染 |
缺点 | 有大量二氧化碳排放 | 氢气纯度低,有大量二氧化碳排放 | 成本高,技术有待进一步研发 |
表1 主要制氢方式具体对比情况
制氢方式 | 化石能源制氢 | 工业副产氢 | 电解水制氢 |
---|---|---|---|
过程 | 利用煤炭、石油和天然气等化石燃料,通过化学热解或者气化生成氢气(灰氢)。利用碳捕集与封存技术(CCS),可以降低制氢过程中的碳排放,从而获取“蓝氢” | 以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢,氢气是工业过程中的副产品 | 以碱性电解水、酸性质子交换膜电解水为代表,通过电解水反应获得氢气与氧气,利用光电、风电等可再生能源电解水,过程中不产生二氧化碳,获取的氢气为绿氢 |
应用情况 | 应用广泛 | 应用广泛 | 应用较少 |
优点 | 成本低,技术成熟 | 成本低,技术成熟 | 制氢纯度高,过程清洁无污染 |
缺点 | 有大量二氧化碳排放 | 氢气纯度低,有大量二氧化碳排放 | 成本高,技术有待进一步研发 |
公司名称 | 型号 | 容积 /L | 工作压力 /MPa | 质量储氢密度 /% | 质量 /kg | 储氢量 /kg |
---|---|---|---|---|---|---|
Hexagon Lincoln Inc | Ⅳ | 64 | 70以上 | 6.0 | 43.0 | 2.60 |
丰田Mirai | Ⅳ | 60 | 70以上 | 5.7 | 42.8 | 2.45 |
国内储氢瓶 | Ⅲ | 52 | 30~70 | 多为4.0~5.0 | 52.0 | 2.10 |
表2 国内外储氢瓶技术参数对比
公司名称 | 型号 | 容积 /L | 工作压力 /MPa | 质量储氢密度 /% | 质量 /kg | 储氢量 /kg |
---|---|---|---|---|---|---|
Hexagon Lincoln Inc | Ⅳ | 64 | 70以上 | 6.0 | 43.0 | 2.60 |
丰田Mirai | Ⅳ | 60 | 70以上 | 5.7 | 42.8 | 2.45 |
国内储氢瓶 | Ⅲ | 52 | 30~70 | 多为4.0~5.0 | 52.0 | 2.10 |
项目 | 碱性电解水(ALK) | 质子交换膜电解水(PEM) | 固体氧化物电解水制氢(SOEC) | 阴离子交换膜电解水(AEM) |
---|---|---|---|---|
优点 | 技术成熟,可选材料多,成本低,商业化程度高 | 产氢纯度高,结构紧凑,响应速度快,电流密度高 | 系统效率高,无需贵金属催化剂 | 无需贵金属催化剂,启停快 |
缺点 | 电流密度小,损耗高,电解质有污染 | 成本高,可用催化剂少 | 技术不成熟,响应慢,寿命短,系统设计困难 | 技术不成熟,处于起步阶段 |
表3 主要电解水技术优缺点对比
项目 | 碱性电解水(ALK) | 质子交换膜电解水(PEM) | 固体氧化物电解水制氢(SOEC) | 阴离子交换膜电解水(AEM) |
---|---|---|---|---|
优点 | 技术成熟,可选材料多,成本低,商业化程度高 | 产氢纯度高,结构紧凑,响应速度快,电流密度高 | 系统效率高,无需贵金属催化剂 | 无需贵金属催化剂,启停快 |
缺点 | 电流密度小,损耗高,电解质有污染 | 成本高,可用催化剂少 | 技术不成熟,响应慢,寿命短,系统设计困难 | 技术不成熟,处于起步阶段 |
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