制氫方式及成本分析，pem水解制氫原理

時(shí)間：2023-02-13來(lái)源：www.fktjpcs.cn

目前，制備氫氣的幾種主要方式包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫（甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等）、石化資源制氫（石油裂解、水煤氣法等）和新型制氫方法（生物質(zhì)、光化學(xué)等）。

通過(guò)比較分析各種制氫方式的成本、優(yōu)劣勢(shì)，我們認(rèn)為：在現(xiàn)階段，選擇成本較低、氫氣產(chǎn)物純度較高的氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的路線(xiàn)，已經(jīng)可以滿(mǎn)足下游燃料電池車(chē)運(yùn)營(yíng)的氫氣需求；在未來(lái)氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展得比較完善的情況下，利用可再生能源電解水制氫。將成為終極能源解決方案。

制氫方式及成本分析，pem水解制氫原理

氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫是現(xiàn)階段最適合的制氫方式，主要基于以下兩點(diǎn)判斷：

1）從制氫工藝的成本和環(huán)保性能角度來(lái)看，氯堿制氫的工藝成本最為適中，且所制取的氫氣純度高達(dá)99.99%，環(huán)保和安全性能也較好，是目前較為適宜的制氫方法。分析如下：

水煤氣法制氫成本最低，適用規(guī)模大，但是二氧化碳排放量最高，且所產(chǎn)生氫氣含硫量高，如果用于燃料電池，會(huì)導(dǎo)致燃料電池催化劑中毒，如果應(yīng)用脫硫裝置對(duì)其產(chǎn)生氫氣進(jìn)行處理，不但增加了額外的成本，對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求也很高；

石油和天然氣蒸汽重整制氫的成本次之，約為0.7~1.6元/Nm3，能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)72%以上，但環(huán)保性不強(qiáng)，未來(lái)可以考慮通過(guò)碳捕捉技術(shù)減少碳排放；

氯堿制氫工藝成本適中，在1.3~1.5元/Nm3之間，且環(huán)保性能較好，生產(chǎn)的氫氣純度高，目前而言適用于大規(guī)模制取燃料電池所使用的氫氣原料，也是可實(shí)現(xiàn)度最高的氫氣來(lái)源。

甲醇裂解和液氨裂解成本較氯堿制氫高50%左右，較化石資源制氫技術(shù)前期投資低、能耗低，較水電解法制氫單位氫成本低。

水電解法制氫成本最高，在2.5~3.5元/Nm3之間，且成本在不斷降低，碳排放量低，且在應(yīng)用水力、潮汐、風(fēng)能的情況下能量轉(zhuǎn)化率高達(dá)70%以上。在未來(lái)與可再生能源發(fā)電緊密結(jié)合的條件下，水電解法制氫將發(fā)展成為氫氣來(lái)源的主流路線(xiàn)。

2）從理論儲(chǔ)備和經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)備的角度來(lái)看，氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫的經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)備能夠滿(mǎn)足長(zhǎng)三角地區(qū)對(duì)于氫氣的需求，全國(guó)范圍來(lái)看也儲(chǔ)備充足。我們通過(guò)統(tǒng)計(jì)氯堿工業(yè)和其他化工原料（天然氣、甲醇、液氨等）的產(chǎn)能，計(jì)算了理想情況下氫氣的理論產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能假設(shè)——

（1）產(chǎn)能利用率為76%；

（2）化工原料和天然氣裂解制氫的部分相當(dāng)于原有產(chǎn)能的3%；

（3）燃料電池乘用車(chē)以豐田Mirai作為數(shù)據(jù)樣本（儲(chǔ)氫量5kg，續(xù)駛里程482km）；

（4）燃料電池物流車(chē)以E-truck為數(shù)據(jù)樣本（儲(chǔ)氫量7.5kg，續(xù)駛里程400km，載重量4-8噸）；

（5）乘用車(chē)年行駛里程數(shù)取值1萬(wàn)公里；

（6）物流車(chē)年行駛里程數(shù)取值12萬(wàn)公里。

我們得出結(jié)論：目前全國(guó)范圍內(nèi)的氯堿工業(yè)制取的氫氣相當(dāng)于76萬(wàn)噸/年的產(chǎn)能，可供34萬(wàn)輛燃料電池物流車(chē)使用一年，或者可供243萬(wàn)輛燃料電池乘用車(chē)使用一年。

如加上現(xiàn)有天然氣、甲醇、液氨裂解產(chǎn)生氫氣的量，約為202萬(wàn)噸/年，可滿(mǎn)足90萬(wàn)輛物流車(chē)或648萬(wàn)輛乘用車(chē)一年的氫氣需求量。

我們以目前燃料電池車(chē)數(shù)量較集中的江蘇上海一帶作為中心，200km、500km作為半徑，劃定了兩種不同的范圍，分別考慮其產(chǎn)能。

可以發(fā)現(xiàn)，在所劃定的200km范圍內(nèi)，氯堿副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能可以供14萬(wàn)輛物流車(chē)或99萬(wàn)輛乘用車(chē)使用；在500km范圍內(nèi)，氯堿副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能可供16萬(wàn)輛物流車(chē)或112萬(wàn)輛乘用車(chē)使用。現(xiàn)階段最佳的制氫和運(yùn)氫方式搭配為：氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫+氣氫拖車(chē)運(yùn)輸，其氫氣成本范圍在17.9~19.2元/kg。

該氫源路線(xiàn)的選擇主要是基于成本和環(huán)保的角度考慮的。此外，通過(guò)測(cè)算氫氣作為燃料的經(jīng)濟(jì)性，我們得出結(jié)論：如果使氫燃料電池車(chē)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力（百公里耗氫成本較百公里耗油成本低20%以上），則氫氣成本需控制在22.78元/kg以下。

現(xiàn)階段影響我國(guó)加氫站終端氫氣售價(jià)的主要因素是氫氣成本價(jià)格（占70%），其中包括氫氣原材料（50%）、氫氣生產(chǎn)運(yùn)輸成本（20%）。

因此，要降低我國(guó)的氫氣售價(jià)，在補(bǔ)貼力度較強(qiáng)的現(xiàn)階段來(lái)看，選擇合適的氫源，并降低氫氣運(yùn)輸與儲(chǔ)藏的成本，是最適當(dāng)?shù)倪x擇；長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著行業(yè)的發(fā)展和補(bǔ)貼額度的下降，通過(guò)提高關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率水平來(lái)降低加氫站的建設(shè)成本則是未來(lái)降低氫氣售價(jià)的明智之選。

現(xiàn)階段加氫站對(duì)運(yùn)輸距離（＜500km,200km為宜）和運(yùn)輸規(guī)模（10t/d）的需求來(lái)看，氫氣最佳的運(yùn)輸方式仍是氣氫拖車(chē)，其成本可以達(dá)到2.3元/kg，而在同等條件下的液氫運(yùn)輸成本可以達(dá)到9.1元/Nm3。

制氫方式及成本分析，pem水解制氫原理