中国储能网讯：目前，我国氢气制取以煤制氢方式为主。未来，随着可再生能源发电成本持续降低，采用可再生能源电力制氢，可以实现制氢全过程零碳排放，将是氢气制取的主流方向。
氢能如何制取
氢能无法像勘探开采石油和煤炭那样直接获取，而要通过制氢技术提取。制氢是氢能产业链的第一个环节。目前，可以规模化应用的制氢方式主要有以下三种技术路线：一是以煤和天然气制氢为主的化石能源制氢，二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢等工业副产制氢，三是电解水制氢。其他制氢技术包括生物质制氢、太阳能光解水制氢等，但这些技术尚未实现规模化应用。
2024年，我国氢能制取关键技术不断取得突破。单堆兆瓦级质子交换膜电解水制氢装置实现在光储氢项目商业运行；兆瓦级阴离子交换膜电解槽下线，千瓦级产品实现在冶金领域应用；“海洋氢能制储输用全链条关键技术研究及示范验证”项目开工；兆瓦级电解海水制氢装置试运行……
化石能源制氢
在各种制氢技术中，煤制氢和天然气制氢等化石能源制氢是工业中制氢的主要手段。煤制氢是指在高温常压或高温高压下，先将煤与水蒸气或氧气反应产生氢气和一氧化碳，再将一氧化碳经水气变换反应得到氢气和二氧化碳。制氢过程包括煤的气化反应、一氧化碳水气变换、酸性气体脱除、氢气提纯和废物处理等，经提纯后可制得纯度为99.9%的氢气。
煤制氢技术具有制氢原料丰富、成本较低、技术成熟等优势，在我国氢气制备份额中占据最大部分，但该方式伴生的二氧化碳排放较多。我国煤制氢技术处于国际领先水平，但与其相配套的碳捕集与封存技术需进一步提高技术成熟度和经济性。
我国煤气化制氢原料煤成本较低，但其装置规模较大，设备结构复杂，运转周期相对短，配套装置多，装置投资成本大，且气体分离成本高，效率偏低。煤焦化副产的焦炉煤气含氢量相对较少，纯度较低，作为独立制氢技术而言，没有明显优势。煤浆电解制氢能效高、设备简单，具有发展潜力和科研价值，目前，电解水煤浆制氢所面临的困难是较低的产率与效率。煤炭超临界水气化制氢具有能效高、清洁低污染等特点，技术可行，经济性合理。
天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料，主要存在于油田及天然气田，也有少量处于煤层。天然气制氢目前主要有天然气蒸汽重整制氢、天然气部分氧化重整制氢、天然气自热重整制氢、天然气高温裂解制氢四种技术路线。天然气制氢具有较大的经济效益，已发展成为工业主流制氢技术之一。
石油是一种由气态、液态和固态的烃类组成的混合物，其主要组成是碳和氢。石油裂解是指在一定条件下，使重质油的分子结构发生变化，以增加轻质成分比例的加工过程。石油裂解通常分为热裂化、减黏裂化、催化裂化、加氢裂化等。通常石油不直接用来制氢，而是用石油初步裂解后的产品，如石脑油、重油、石油焦以及炼厂干气制氢。
工业副产制氢
工业副产制氢包括焦炉煤气、氯碱化工、合成氨、合成甲醇、乙烯裂解、丙烷脱氢等工业生产中副产的氢气资源。工业副产制氢具有气源来源广、投资少、技术成熟、成本低等优点，副产氢通过变压吸附、精脱硫等方法进行提纯可制取高纯度氢气，目前多数已在下游应用。
焦炉煤气的供氢潜力大。焦炉煤气生产规模大，生产成本较低，但焦炉煤气含氢量低，且含一氧化碳、硫化物等有害杂质较多，提纯和脱硫成本高，不太适宜于需要高纯度氢气的燃料电池使用。氯碱化工副产氢的纯度高，有害杂质较少，适合于燃料电池应用，但氯碱化工企业较为分散，单个企业供氢量不大。合成氨与合成甲醇等传统化工会存在较多的尾气放空，尾气中含有18%～55%的氢气。丙烷脱氢副产氢氢气含量高，一氧化碳杂质少，但需要进行精脱硫。
电解水制氢
电解水制氢的基本原理是以水作为原料，外部施加电压，从而形成完整通电回路，电能的输入打破水分子内部平衡，发生裂解，氢原子和氧原子进行重构，最终析出氢和氧。电解水制氢系统主要由电解池、电力转换、水循环、气体分离、气体提纯等模块组成，电解池作为电解水制氢的核心部分，是电氢转化反应的主要场所，由电解质、隔膜和电极三部分组成。
电解水制氢技术具有工艺简单、操作方便、清洁低碳且氢气纯度高等特点，相比于其他制氢方式，电解水制氢以水为原料，可最大程度实现零污染制氢目标。目前，电解水制氢有碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、固体氧化物电解水制氢以及阴离子交换膜电解水制氢四种技术路线。
●碱性电解水制氢：水分子在直流电作用下发生氧化还原反应生成氢气。
●质子交换膜电解水制氢：基于离子交换技术，阴极生成氢气。无需电解液，安全性和效率较高，可再生能源适应性好。
●固体氧化物电解水制氢：固体氧化物作为电解质，在高温下工作，利用热量进行电氢转换，能量利用效率高且不需贵金属。
●阴离子交换电解水制氢：阴离子交换膜配合低成本非金属析氢催化剂，可实现高电导率和大电流密度。
从技术成熟度看，目前，碱性电解水制氢技术成熟度最高，整体技术水平处于领先水平；质子交换膜电解水制氢技术处于小规模商业化阶段；固体氧化物电解水制氢及阴离子交换膜电解水制氢技术逐渐步入中试阶段。
近年来，我国可再生能源制氢发展备受关注。国家能源局5月发布的《中国氢能发展报告（2025）》显示，截至2024年年底，全国各地累计规划建设可再生能源电解水制氢项目超600个，其中，已建成项目超90个，在建项目超80个;年产能约12.5万吨，主要分布在华北和西北地区。
2023年6月30日，新疆库车绿氢示范项目顺利产氢。该项目是我国规模最大的光伏发电直接制绿氢项目，项目产业链贯通光伏发电、电解水制氢、氢气储存、氢气输运、绿氢炼化生产流程等，研制出万吨级电解水制氢工艺与工程成套技术、绿氢储运输工艺技术、智能控制系统研发等创新成果。
作者：中国储能网新闻中心
来源：亮报
