氢能源制造技术

氢能源制造技术

氢能源可以由各种化石燃料制得，如石油、天然气和煤。当前在氢的应用中包括氢化处理和氢化裂解，它们在精炼厂中进行处理，以实现对原油的提炼。在化学工业中，氢可以用来制造各种各样的化合物，如氨和甲醇，以及用在冶金处理中。制氢技术包括天然气的蒸发重整、碳氢化合物部分氧化和煤气化等。不过，这些技术均无助于减少对化石燃料的依赖。

水电解是一种成熟的制氢技术，它效率高，但需要用到大量的电力。不过，通过使用太阳能来产生电解氢所需的电，该问题就可以得到解决。此项技术已经足够成熟，可以用于大规模发电和制氢。其他的制氢方案包括非高峰期的水电、核电制氢、直接热分解制氢、热解制氢、热化学循环制氢和光解制氢等。当中的许多技术正处于不同的开发阶段，少数方法已遭废弃。

1、蒸汽重整制氢

最廉价的大规模制氢方法是通过对化石燃料的蒸汽重整，目前的方法使用镍催化剂。依照以下反应式，甲烷首先与水蒸气发生反应，产生一氧化碳和氧气，一氧化碳穿过催化剂，然后与水蒸气发生反应，产生二氧化碳和氢气。

天然气是最廉价的蒸汽重整制氢原料，但其成本仍要比从原油制造汽油的成本高2~3倍。目前，正在开展了一系列工作来研究解决如何提高蒸汽重整的效率和降低制氢成本。

2、部分氧化制氢

另一种制氢方法是部分氧化。该方法涉及膜与氧的反应，产生氢气和一氧化碳，其转换效率要比蒸汽重整的低，这就是为什么蒸汽重整仍处于商业制氢的主导地位的原因。

3、煤气化制氢

煤气化是最古老的制氢方法之一。在天然气变得可用之前，它用于制造“城镇煤气”。煤加热至气态，然后在催化剂的作用下与蒸汽混合，产生合成气体，对该气体进行处理，以提取氢气和其他化学物质或者燃烧发电。当前煤气化研发关注的主要问题是如何减少污染物，如氮和硫的氧化物、汞和一氧化碳。

4、生物材料制氢

通过高温分解和气化处理，氢可以从许多类型的生物材料制得，如农作物和动物的残害，这些物质可以产生碳含量很高的合成气体。使用生物材料而非化石燃料不会产生任何二氧化碳排放。遗憾的是，生物材料制氢的成本比从化石燃料制氢的成本要高得多。从生物材料制氢的生物学处理过程包括发酵、厌氧消化和代谢处理技术等，但这些都根本无法与传统的制氢技术相匹敌。

5、水电解制氢

出于电成本方面的考虑，很少通过水电解法来制氢。只有当需要特别纯的氢时，才利用该技术。电解法的环境方面优势取决于使用何种方法来产生电解水所需的电。如果电解用的电来自电网或核能，那么为了与传统的电源展开竞争，需要大幅降低成本。已有若干个汽车用氢气站，它们利用太阳能板产生的电在站中电解制氢。

6、金属氢化物制氢

氢具有的形成金属氢化物的性能也可以用于能量转换。为了释放氢，必须加热，充气和放气过程中产生的热量是水合物质、氢压以及供热或放热温度的函数。