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2024-03-07 25 新能源及电力行业报告
氢气目前主要有三种主流制取路径:1)以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制 氢;2)以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢;3)电解水制氢。 此外其他制氢方式包括生物质制氢、太阳能光催化分解水制氢、核能制氢等,但此类制 氢方式多处于试验和开发阶段,尚未形成工业化应用。我国氢能的生产利用已较为广泛, 制成的氢气主要应用在工业原料或生产供热中,工业制氢已经成为较多化工、新能源、 环保企业的主营业务之一。从供给端制氢纯度来看,氢气品质取决于制取工艺和提纯方式,氢气纯化 技术一般包括变压吸附(PSA)、低温分离、膜分离、金属氢化法和氢化脱氢法等, 其中变压吸附工艺成熟成本低,为当前最常用的提纯方式。化石能源制氢通常采用 制取+提纯一体化装置,未区分提纯成本,工业副产氢提纯成本通常为 0.1~0.7 元 /Nm³。经提纯后,煤制氢所得氢气纯度为 99.90%,天然气制氢和工业副产氢纯度 可以达到 99.99%以上,PDH 副产氢和碱性电解水制氢的纯度可达 99.999%。质子 交换膜电解水的产物中纯度最高,可达 99.9995%以上,但尚未实现产业化应用。
从需求端各类用氢标准来看,参考国家标准,质子交换膜燃料电池用氢气的纯 度要求为 99.97%,低于工业用纯氢、高纯氢、超纯氢的纯度要求,但对杂质含量的要求 更为严格,其中 CO 含量要求为高纯氢的 1/5,总硫(以 H2S 计)要求控制在 4ppb 含量 以下,主要是 CO 和硫化物对燃料电池催化剂具有毒化作用。在实际应用中,一般要求 车用主流燃料电池技术质子交换膜燃料电池(PEMFC)需要氢气纯度大于 99.99%,部 分燃料电池厂商要求其燃料电池必须使用水电解制氢,主要考虑到水电解制取的氢气不 含硫成分。双碳背景下,制氢将逐步由灰氢和蓝氢转向绿氢为主。国内现阶段氢气主要由化石 能源制氢或副产氢获得,所获得的氢气多为灰氢和蓝氢,仍然存在一定程度的碳排放和 环境污染。为实现碳减排和化石能源替代的目标,后续主要有两种发展路径:1)发展蓝 氢,即在灰氢制作过程中结合 CCUS 降低碳排放,但化石能源制氢及工业副产氢最多只 能降低 80%碳排放,更多是向绿氢转变中的过渡阶段。2)发展绿氢,即待可再生能源 占比提升、电价成本下降、电解槽技术升级成本下降后,全面推广电解水制氢,通过绿 氢助力深度脱碳,推动双碳目标的实现。
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