氫氣制取方法對(duì)比分析

目前傳統(tǒng)的氫氣制取方法 主要分為以下幾類：

1.化石燃料制氫：規(guī)模化、低成本人工制氫的最佳途徑

煤氣化制氫是工業(yè)大規(guī)模制氫的首選方式之一，具有工藝成熟、成本低等優(yōu)點(diǎn)。煤氣化 制氫具體工藝過(guò)程是煤炭經(jīng)過(guò)高溫氣化生成合成氣（H2+CO）、CO 與水蒸氣經(jīng)變換轉(zhuǎn)變 為 H2 和 CO2、脫除酸性氣體（CO2+SO2）、氫氣提純等工藝環(huán)節(jié)，可以得到不同純度的 氫氣。近幾年，煤制氫技術(shù)憑借原材料成本低、裝置規(guī)模大的優(yōu)勢(shì)在全世界范圍內(nèi)發(fā)展 迅速，煤制油和煤制烯烴等煤化工行業(yè)的迅速發(fā)展也使煤氣化技術(shù)獲得了更大發(fā)展空間， 尤其是在富煤貧油少氣的我國(guó)。隨著石油價(jià)格上漲，石油加工所需氫氣逐步轉(zhuǎn)由煤制氫 供給，這將推動(dòng)煤制氫規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大。

煤制氫方法的技術(shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)周期相對(duì)較短，并且產(chǎn)氫效率偏低、二氧化碳的 排放量較大，與可持續(xù)、低碳發(fā)展的目標(biāo)相悖。目前，世界范圍內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的煤氣化技術(shù)有十幾種，根據(jù)氣化爐的操作狀態(tài)和流體力學(xué)狀態(tài)的不同可以分為固定床 氣化、流化床氣化和氣流床氣化三類。在更強(qiáng)調(diào)低碳清潔的環(huán)境下，能否低成本并有效 減少碳排放是決定煤制氫技術(shù)發(fā)展前景的關(guān)鍵因素。因此，低成本的碳捕獲、利用與封 存（CCUS）技術(shù)的缺乏限制著煤氣化制氫的低碳化發(fā)展。目前氣流床氣化技術(shù)被廣泛應(yīng) 用及推廣。

我們測(cè)算，煤炭?jī)r(jià)格為 950 元/t 時(shí)，煤制氫成本為 1.11 元/Nm3 或 12.46 元/Kg。測(cè)算依 據(jù)如下：（1）假設(shè)制氫量為 23.4 噸/天，消耗原料煤 179 噸（根據(jù)中國(guó)工程院中國(guó)煤炭清 潔高效可持續(xù)開發(fā)利用戰(zhàn)略研究重大項(xiàng)目的數(shù)據(jù)）。（2）煤炭?jī)r(jià)格以山西產(chǎn)為基準(zhǔn)，2022 年平均價(jià)格為 950 元/噸，電價(jià)采用北京市大工業(yè)用電在高峰及平段銷售電價(jià)的平均值， 為 0.77 元/kWh。外購(gòu)氧氣成本為 0.5 元/m3（3）煤制氫采用水煤漿技術(shù)，建設(shè)投資 2.5 億 元，折舊時(shí)間為 20 年，采用直線折舊法。修理費(fèi)占總投資的 3%，財(cái)務(wù)費(fèi)用占 5%，從成 本構(gòu)成看，對(duì)于煤制氫來(lái)說(shuō)，原料煤炭成本占總成本的比例為 58.34%，氧氣成本占 14.75%， 電費(fèi)成本占 6.55%。

相比于煤制氫，天然氣制氫產(chǎn)量高，碳排放量低，是國(guó)外主要的制氫途徑。工業(yè)上由天 然氣制氫的技術(shù)主要有蒸汽轉(zhuǎn)化法、部分氧化法以及天然氣催化裂解制氫，其中天然氣 蒸汽轉(zhuǎn)化制氫是普遍采取的制氫路線。其主要流程為天然氣預(yù)處理后與水蒸氣高溫重整 制成合成氣，經(jīng)廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽回收熱量，中溫下合成氣中的 CO 進(jìn)一步通過(guò)水蒸氣 變換得到 H2和 CO2，變換氣經(jīng)換熱冷凝除去水，再經(jīng)過(guò)變壓吸附（PSA）分離提純得到 氫氣。由于我國(guó)天然氣產(chǎn)量較低，所以天然氣制氫成本高于美國(guó)、俄羅斯、中東等富產(chǎn) 天然氣的國(guó)家和地區(qū)。

我們測(cè)算，當(dāng)天然氣價(jià)格為 2.87 元/m3，天然氣制氫成本為 2.19 元/m3或 24.63 元/kg。核 心根據(jù)常宏崗《天然氣制氫技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析》可知，天然氣制氫工藝生產(chǎn) 1m3 氫氣需 消耗：原料天然氣 0.48 m3，燃料天然氣 0.12 m3，鍋爐給水 1.7Kg，電 0.2KWh。天然氣 價(jià)格采用北京市工城六區(qū)商業(yè)用氣非采暖季價(jià)格，2.87 元/m3。對(duì)于天然氣制氫來(lái)說(shuō)，天 然氣價(jià)格是最主要的構(gòu)成部分，占 62.84%，該比例遠(yuǎn)高于煤制氫中煤炭成本所占比重， 其次是燃料氣成本，占比為 15.71%，電費(fèi)占 7.02%，因此，原料對(duì)天然氣制氫的影響大 于煤制氫。考慮到煤在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例高達(dá) 70%左右，而天然氣資源供給有限， 主要依賴進(jìn)口，而且含硫量較高，預(yù)處理工藝復(fù)雜，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)天然氣制氫的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)低 于國(guó)外。從這一角度分析，煤制氫在我國(guó)仍優(yōu)于天然氣制氫。

2.工業(yè)副產(chǎn)氫：回收利用工業(yè)副產(chǎn)氣，為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期提供低成本、分布式氫 源

我國(guó)含氫工業(yè)尾氣資源十分豐富，有氯堿副產(chǎn)氫、焦?fàn)t煤氣制氫、煉廠重整制氫、輕烴 裂解制氫（丙烷脫氫 PDH 和乙烷裂解）等多種途徑。我國(guó)煉油、化工、焦化等主要工業(yè) 副產(chǎn)氣中大多含有 H2，且部分副產(chǎn)氣 H2 含量較高。工業(yè)副產(chǎn)氣制氫相較于化石燃料制 氫流程短，能耗低，且與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合緊密，配套公輔設(shè)施齊全，下游 H2利用和儲(chǔ)運(yùn)設(shè) 施較為完善，故工業(yè)副產(chǎn)氣是目前較為理想的氫氣來(lái)源。常見的工業(yè)副產(chǎn)氫方法有煉廠 重整、丙烷脫氫、焦?fàn)t煤氣及氯堿化工等生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的氫氣。燒堿尾氣通過(guò)電解飽和 NaCl 溶液制取，含氫量約為 97%；焦?fàn)t煤氣經(jīng)煤炭高溫蒸餾后獲得，含氫量約為 57%； 丙烷脫氫副產(chǎn)氣通過(guò)丙烷催化脫氫制取，含氫量為 80-92%；煉廠氣以石腦油為原料制取， 含氫量為 14-90%。

氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫凈化回收成本低，環(huán)保性較好，提純后作為燃料電池車用燃料是一條較 好的利用途徑。以氯堿副產(chǎn)氫為原料時(shí)，氫中的主要雜質(zhì)是氯、氯化氫、氧和氮等，具 體制氫流程包括 4 個(gè)工序，即除氯工序、原料氣壓縮工序、脫氧干燥工序及變壓吸附工 序。來(lái)自電解工序的氫氣經(jīng)過(guò)淋洗塔，用硫化鈉溶液噴淋洗滌，除去氫氣中的氯氣。除 去氯氣的含氫尾氣通過(guò)旋風(fēng)分離器除去夾帶的水分，借助氫氣壓縮機(jī)加壓至 0.8MPa，進(jìn) 入汽水分離器除水，再進(jìn)入脫氧器進(jìn)行脫氧反應(yīng)，除去氫氣中的氧氣。由于脫氧過(guò)程中 放出大量熱量，故從脫氧器出來(lái)的氣體先通過(guò)氫氣冷卻器冷卻，再通過(guò)冷卻冷凝器用冷 凍水進(jìn)一步冷卻。冷卻后的氣體通過(guò)變壓吸附除去氮?dú)夂蜕倭侩s質(zhì)氣，最后輸出純度在99.99%以上的氫氣。目前，氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫被譽(yù)為最有可能提供大規(guī)模燃料電池用廉價(jià) 氫源的重要途徑。

焦?fàn)t煤氣約含 55%氫氣，主流制氫工藝是焦?fàn)t煤氣壓縮凈化后采用變壓吸附法直接分離 提純氫氣。焦?fàn)t煤氣是煤煉焦過(guò)程的副產(chǎn)品，初步凈化后的焦?fàn)t煤氣富含體積分?jǐn)?shù) 55%- 60% H2、23%-27% CH4、5%-8% CO、1.5%-3% CO2、3%-5% N2、0. 3%-0.5% O2、2%-3% CnHm 等常量組成，同時(shí)還含有大量雜質(zhì)組份如焦油、苯、萘、氨、氫化氰、有機(jī)硫、無(wú) 機(jī)硫等。變壓吸附制氫工藝流程主要分為四個(gè)工序。第一階段是壓縮，將煉焦廠產(chǎn)生的 焦?fàn)t煤氣壓縮，第二階段是預(yù)處理與凈化，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)冷卻進(jìn)入預(yù)凈化裝置，預(yù)脫除 有機(jī)物、H2S、NH3 等雜質(zhì)。再通過(guò)變溫吸附（TSA）工藝進(jìn)一步脫除易使吸附劑中毒的 組分，如焦油、萘、硫化物。第三階段是變壓吸附（PSA），被認(rèn)為是整個(gè)工藝的核心， 用于除去氫氣以外的絕大部分雜質(zhì)組分。第四階段是氫氣精制，前一道工序獲得的氫氣 一般含有少量氧氣和水分，為了獲得純度達(dá)到 99.999%的高純氫還需要嚴(yán)格控制氧氣含 量。

我們測(cè)算，產(chǎn)氫量 10000m3 /h 的焦?fàn)t煤氣制氫裝置的制氫成本約為 1.39 元/Nm3 或 15.57 元/Kg。假設(shè)該制氫設(shè)備總投資 500 萬(wàn)元，折舊年限為 15 年，折舊方式為直線法。該裝 置 1h 可生產(chǎn) 10000 m3 氫氣，消耗 20850 m3 焦?fàn)t煤氣，耗電 3285kW·h，耗循環(huán)水 346t， 在電費(fèi)為 0.77 元/ kWh、水費(fèi)為 0.3 元/噸、焦?fàn)t煤氣為 0.5 元/ m3 時(shí)，假設(shè)項(xiàng)目運(yùn)行期間 每年人工支出為 150 萬(wàn)元，修理費(fèi)用占總投資的 3%，財(cái)務(wù)費(fèi)用占 5%，設(shè)備一年運(yùn)行 8000h。因此煤焦?fàn)t氣制氫單位成本為 1.39 元/m3。從成本構(gòu)成看，原料焦?fàn)t煤氣占總成本的比例為 75.25%，電費(fèi)占 18.26%。

3.電解水制氫：最理想的制氫路線，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用正在推廣中

目前電解水制氫技術(shù)主要有三種，其中堿性電解水制氫技術(shù)（AKL）最悠久，市場(chǎng)化最 成熟，制氫成本最低；質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫技術(shù)較為成熟，能適應(yīng)可再生能 源波動(dòng)性，是重要的研究方向；固體氧化物電解水制氫（SOE）技術(shù)是能耗最低、能量 轉(zhuǎn)換效率最高的電解水制氫技術(shù)，尚處于不斷改進(jìn)階段。電解水制氫的基本原理是在電 極兩端施加足夠大的電壓時(shí)，水分子在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，在陰極發(fā)生還原反 應(yīng)產(chǎn)生氫氣。該制氫技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、無(wú)污染，所得氫氣純度高，雜質(zhì)含量少，但耗能大， 成本較高。當(dāng)前電解水制氫技術(shù)主要技術(shù)攻關(guān)在于如何降低電解過(guò)程中的能量損耗及提 高能源的轉(zhuǎn)換效率。研究表明最有效的方法是降低電極在反應(yīng)過(guò)程中的過(guò)電位，其重點(diǎn) 攻關(guān)領(lǐng)域主要在電極材料、催化劑及隔膜材料三大領(lǐng)域。

電解水制氫的電力來(lái)源包括火力、風(fēng)力、光伏、水力等，可再生能源是其最理想的電力 來(lái)源。傳統(tǒng)的電解水制氫技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)多采用火電，電價(jià)高并且伴隨著大量的碳排放， 而可再生能源制氫采用的是風(fēng)電、光電等能源，是真正意義上的綠氫制取技術(shù)。通過(guò)利 用棄風(fēng)、棄光電力，電解水制氫可以平抑風(fēng)力、光伏等發(fā)電輸出的波動(dòng)性，減少對(duì)能源 的浪費(fèi)。但就目前來(lái)說(shuō)，可再生能源電解制氫成本較高，因此“綠氫”的制取亟需可再生能 源電解水制氫技術(shù)的進(jìn)一步攻關(guān)，降低制氫成本，助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的推進(jìn)。 風(fēng)電制氫技術(shù)是一種將風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能通過(guò)簡(jiǎn)單處理后直接應(yīng)用到電解水制氫的一 種新型環(huán)保制氫技術(shù)，它被看作一種清潔高效的能源利用模式。該模式的基本思路是將 超出電網(wǎng)接納能力的風(fēng)力發(fā)電量直接送入電解水制氫設(shè)備實(shí)現(xiàn)電-氫轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的氫氣經(jīng) 過(guò)儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)存運(yùn)輸，應(yīng)用于氫燃料電池汽車、化工、醫(yī)療等方面。該技術(shù)利用風(fēng)力發(fā)電 的多余電量來(lái)電解水制氫，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)風(fēng)電上網(wǎng)與電量比例，能最大限度地吸納 棄風(fēng)電量，緩解規(guī)模化風(fēng)電“上網(wǎng)難”的問(wèn)題。

目前國(guó)際上大多數(shù)光伏發(fā)電制氫系統(tǒng)采用太陽(yáng)能光伏板與電解槽間接連接的方式。整套 光伏發(fā)電制氫系統(tǒng)包括光伏陣列、蓄電池、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、電解槽等部件。而直接連接 方式是將光伏陣列輸出的電能直接通入電解槽，省去了蓄電池、DC/DC 等部件，優(yōu)點(diǎn)是 系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單且故障出現(xiàn)頻率更低，但無(wú)法調(diào)節(jié)電壓和電流，若光伏陣列最大功率點(diǎn)的 輸出電壓、電流與電解槽的工作電壓、電流不能很好的匹配，將會(huì)使光伏陣列在偏離最 大功率點(diǎn)的地方運(yùn)行，導(dǎo)致光伏電池的轉(zhuǎn)換效率降低，從而使系統(tǒng)效率下降。因此，直 接連接系統(tǒng)中，光伏陣列與電解槽的合理匹配是難點(diǎn)。另外，直接連接系統(tǒng)中沒(méi)有蓄電 池、DC/DC 轉(zhuǎn)換器等調(diào)節(jié)裝置，這也對(duì)電解槽的寬功率適應(yīng)性也提出了更高要求。

我們測(cè)算，對(duì)于額定產(chǎn)氫量為 1000 Nm3 /h 的電解水制氫裝置，每年運(yùn)行 2000 小時(shí)下， ALK、PEM 電解水制氫單位成本分別為 3.29、4.66 元/Nm3 或 36.99、52.31 元/Kg。固定 投資方面，主要設(shè)備包括：制氫電源、純水制取系統(tǒng)、電解槽系統(tǒng)、儲(chǔ)罐、壓縮機(jī)和充裝 管路系統(tǒng)，其中電解槽系統(tǒng)成本最高，兩種電解槽成本分別為 1000 萬(wàn)、7000 萬(wàn)元，假定 運(yùn)行年限均為 20 年。運(yùn)維投入方面，假設(shè)運(yùn)維所需人員為 12 人，人均年薪為 8 萬(wàn)元； 設(shè)備在 20 年內(nèi)需大修一次，大修成本為固定投資的 20%；每制取 1 Nm3 氫氣，理論消 耗的純水量為 0.8 L，考慮純水制取效率 80%，則消耗的水量為 1 L/ Nm3H2；兩種電解水 制氫技術(shù)所需電耗分別為 4.78 kWh/Nm3、3.69 kWh/ Nm3。經(jīng)測(cè)算，堿性電解水制氫成本 為 3.29 元/ Nm3，其中電費(fèi)成本占 58.08%，電解槽成本占 7.59%；PEM 電解水制氫成本 為 4.66 元/ Nm3，，其中電費(fèi)成本占 31.70%，電解槽成本占 37.59%。可以看出，電解水制 氫經(jīng)濟(jì)性受電價(jià)和電解槽成本影響大。

ALK 制氫經(jīng)濟(jì)性主要受制于電費(fèi)成本，PEM 制氫經(jīng)濟(jì)性主要受制于電解槽和電費(fèi)成本。 在前文測(cè)算條件下，可以看到，電費(fèi)在兩種制氫成本中占比高達(dá) 58.08%和 31.70%，電解 槽成本分別占 7.59%和 37.59%。可以看到在 ALK 制氫中，電費(fèi)的成本是影響單位制氫 成本的最大因素，而電費(fèi)的成本取決于電耗和電價(jià)。在電耗方面，今年 2 月 14 日，隆基 氫能發(fā)布的 ALK 電解槽新品，在電流密度為 2500A/m2 時(shí)，生產(chǎn)每標(biāo)方綠氫耗電 4kWh； 當(dāng)電流密度滿載為 3000A/m2 時(shí)，每標(biāo)方綠氫生產(chǎn)耗電可低至 4.04kWh，測(cè)試過(guò)程中平均 耗電 4.07kWh。伴隨著電耗的降低，即使電價(jià)不變，ALK 制氫的經(jīng)濟(jì)性也將提高。在電 費(fèi)方面，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委數(shù)據(jù)，過(guò)去十年光伏發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)總體下降 69.57%，未來(lái) 光伏發(fā)電成本仍有下降空間，堿性電解水制氫成本或?qū)⒌陀诨剂现茪洌嬲龑?shí)現(xiàn)“綠 氫”經(jīng)濟(jì)性。除了電價(jià)之外，電解槽的價(jià)格也是影響兩種電解水制氫成本的關(guān)鍵，尤其在 PEM 中電解槽成本占比超過(guò) 37%，因此控制電解槽系統(tǒng)成本也是降低綠氫成本關(guān)鍵。

我們以 ALK 制氫技術(shù)所需電耗為 4.2kWh/Nm3 的條件下進(jìn)行測(cè)算，當(dāng)電價(jià)為 0.05 元 /KWh，電解槽設(shè)備為 1000 萬(wàn)元以內(nèi)，設(shè)備每年運(yùn)行 3200h 時(shí)，綠氫制取成本低于灰氫。 在模擬測(cè)算中，當(dāng)設(shè)備每年運(yùn)行 2000h 時(shí)，即使當(dāng)電價(jià)下降到 0.05 元/KWh，電解槽成本 下降至 600 萬(wàn)元，堿性電解水制氫成本為 1.47 元/Nm3，仍然與成本為 1.11 元/Nm3 的煤 制氫技術(shù)有一定差距，因此提高設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、增加設(shè)備利用率是進(jìn)一步降低綠氫制取 成本的關(guān)鍵。在電價(jià)和電解槽價(jià)格一定時(shí)，設(shè)備每年運(yùn)行小時(shí)數(shù)從 2000 提升到 3200 時(shí)， 電解槽成本只要低于 1000 萬(wàn)元，ALK 制氫技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性上就超過(guò)了煤氣化制氫，為綠 氫進(jìn)一步替代灰氫提供了可能。

4.高溫分解制氫：以甲醇裂解制氫為主，適合中小規(guī)模制氫

甲醇裂解制氫工藝簡(jiǎn)單，易于操作，是主要的高溫分解制氫方法。甲醇裂解制氫的工藝 路線是將加壓汽化后的甲醇?xì)馀c水蒸氣混合后，在銅系催化劑的作用下，于 250~300℃ 甲醇裂解轉(zhuǎn)化生成氫氣、二氧化碳及少量一氧化碳和甲烷的混合氣體，作為制取氫氣的 原料氣，再經(jīng)變壓吸附法提純氫氣，采取不同的操作方法可得到純度不同的氫氣，純度 最高可達(dá) 99.9%以上。在實(shí)際應(yīng)用中，甲醇裂解制氫具有操作簡(jiǎn)便，所需設(shè)備少的特點(diǎn)， 并且作為制氫原料的甲醇常溫常壓下呈液態(tài)，儲(chǔ)運(yùn)方便，可以節(jié)約生產(chǎn)成本，所使用的 銅系催化劑也廉價(jià)易得，副產(chǎn)物少。

我們測(cè)算，對(duì)于額定產(chǎn)氫量 2000 Nm3 /h 的甲醇裂解制氫裝置，制氫單位成本為 2.50 元/ Nm3 或 28.06 元/Kg。固定投資方面，相較于其他制氫設(shè)備，甲醇裂解制氫設(shè)備單次投資 小，假設(shè)設(shè)備投入為 400 萬(wàn)元，運(yùn)行年限為 20 年，每年運(yùn)行 8000 小時(shí)。運(yùn)維投入方面， 假設(shè)運(yùn)維所需人員為 12 人，人均年薪為 8 萬(wàn)元，每年維修費(fèi)用為總投資的 3%。根據(jù)《甲 醇制氫技術(shù)及在燃料電池中的應(yīng)用》可知，每制取 1 Nm3 氫氣，理論消耗原料甲醇 0.72Kg， 需要 30Kg 冷卻水，0.4Kg 除鹽水，耗電量為 0.7KWh，假設(shè)甲醇價(jià)格為 2500 元/噸。經(jīng) 測(cè)算，甲醇裂解制氫成本為 2.50 元/ Nm3，其中原料成本占 72.07%，電費(fèi)成本占 21.58%。 甲醇裂解制氫的設(shè)備投資規(guī)模小，適合中小規(guī)模制氫，但甲醇由化石能源制取后需要再 分解制氫，是對(duì)能源的浪費(fèi)。

5.其他制氫方式：技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)性制約其發(fā)展

生物質(zhì)制氫技術(shù)可分為熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法和微生物法，前者已大規(guī)模應(yīng)用。生物質(zhì)是地球種 類最豐富、用途最廣泛且可持續(xù)利用的含碳資源之一，已成為世界第 4 大能源。依據(jù)制 氫原理不同，生物質(zhì)制氫技術(shù)可分為熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法和微生物法，其中熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法制氫 是一種有效且快速的方法，目前已部分實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化生產(chǎn)。微生物法制氫技術(shù)的發(fā)展起 步較晚，其制氫過(guò)程雖然具有流程簡(jiǎn)單、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，但易受其自身副產(chǎn)物或外界環(huán)境 影響，導(dǎo)致整體制氫效率不高，限制了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。以熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法中氣化為例，其 主要工藝流程為：氣化劑(氧氣、蒸汽)與生物質(zhì)原料通過(guò)生物質(zhì)預(yù)處理單元處理后送到生 物質(zhì)氣化裝置中進(jìn)行生物質(zhì)氣化反應(yīng)，并生成原料合成氣，此時(shí)，合成氣中仍含有焦油、 氨氣、苯酚等雜質(zhì)，利用水蒸氣將雜質(zhì)洗去后送入水煤氣變換單元。水煤氣變換氣通常 包含酸性氣體以及大量的雜質(zhì)，需要進(jìn)一步純化。經(jīng)過(guò)純化后的合成氣被送入變壓吸附 裝置中進(jìn)行氣體分離。氣化法 H2產(chǎn)率遠(yuǎn)高于熱解制氫法，總效率高達(dá) 52%。

我們測(cè)算，生物質(zhì)制氫成本介于電解水和煤氣化制氫之間，為 2.28 元/Nm³或 25.59 元/Kg。 根據(jù)《煤氣化、生物質(zhì)氣化制氫與電解水制氫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較》可知，每千克生物質(zhì) 吸附后可得 0.54Nm³氫氣，即 0.0482kg。制氫成本包括原料成本、原料成型成本、氣化成 本、凈化成本、變換成本及 PSA 成本。若把這些成本都折算為原料成本，可得每使用 1Kg 生物質(zhì)制氫的成本為 1.230 元，最終可制得 0.54Nm³氫氣，故測(cè)算出生物質(zhì)制氫成本為 2.28 元/Nm³，即 25.59 元/kg。該成本低于電解水制氫，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在生物質(zhì)豐富的地 區(qū)可推廣應(yīng)用，但目前其受到催化劑活性、成本等限制，氫氣效率較低。

從成本看，短期內(nèi)化石燃料制氫的成本優(yōu)勢(shì)仍會(huì)在大多數(shù)地區(qū)繼續(xù)存在。從規(guī)模來(lái)看， 煤制氫技術(shù)適用于更大規(guī)模的制氫，天然氣制氫技術(shù)其次，電解水適用規(guī)模最小。未來(lái) 一段時(shí)間內(nèi)，氫成本將在很大程度上受到電力和天然氣成本的影響，根據(jù)燃料價(jià)格和電 費(fèi)情況，各主要制氫方式的成本有所不同。在天然氣依賴進(jìn)口并且可再生能源發(fā)展良好 的國(guó)家，用可再生能源生產(chǎn)氫氣可能比用天然氣成本更低；而在國(guó)內(nèi)天然氣資源和 CO2 儲(chǔ)存能力較低的地區(qū)，用配備 CCUS 的煤制氫可能是更經(jīng)濟(jì)的選擇。