制氢技术有哪些呢?
1、蒸汽甲烷重整
蒸汽甲烷重整(SMR)是一种从主要是甲烷的天然气中生产氢气的方法。它是目前最便宜的工业氢气来源。世界上近50%的氢气是通过这种方法生产的。该过程包括在蒸汽和镍催化剂存在下将气体加热到700–1100°C之间。
产生的吸热反应分解甲烷分子并形成一氧化碳CO和氢气H2。然后一氧化碳气体可以与蒸汽一起通过氧化铁或其他氧化物并进行水煤气变换反应以获得更多量的H2.这个过程的缺点是它的副产品是CO2、CO和其他温室气体的主要大气释放。
根据原料(天然气、富气、石脑油等)的质量,生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2,这是一种可能被捕获的温室气体。
根据原料(天然气、富气、石脑油等)的质量,生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2,这是一种可能被捕获的温室气体。
2、甲烷热解
说明甲烷热解的输入和输出,这是一种生产氢气且无温室气体的高效一步法
甲烷的热解是从天然气中生产氢气的过程。通过流过“气泡塔”中的熔融金属催化剂,氢气分离在一个步骤中进行。这是一种“无温室气体”方法,用于测量潜在的低成本氢气生产,以衡量其扩大规模和大规模运营的能力。 该过程在更高的温度(1065°C或1950°F)下进行。
3、电解
电解包括使用电将水分解成氢气和氧气。水的电解效率为70-80%(转化损失为20-30%) ,而天然气的蒸汽重整的热效率在70-85%之间。 电解的电效率预计将在2030年之前达到82-86% ,同时随着该领域的进展继续加快,同时也保持耐用性。
水电解可以在50–80°C之间运行,而蒸汽甲烷重整需要700–1100°C之间的温度。 两种方法的区别在于使用的一次能源;电力(用于电解)或天然气(用于蒸汽甲烷重整)。
环境影响
截至2020年,大部分氢气由化石燃料生产,导致二氧化碳排放。当排放物释放到大气中时,这通常被称为灰氢,当通过碳捕获和储存(CCS)捕获排放物时,这通常被称为蓝氢。
假设美国上游和中游的甲烷泄漏率和生产通过蒸汽甲烷重整器(SMR)改装了二氧化碳捕获装置。使用具有二氧化碳捕获功能的自热重整器(ATR)可以在令人满意的能源效率下实现更高的捕获率,并且生命周期评估表明,与具有二氧化碳捕获功能的SMR相比,此类工厂的温室气体排放量更低。
经评估,在欧洲应用ATR技术与二氧化碳的综合捕获相比,其温室气体排放量低于燃烧天然气,例如,H21项目报告称,由于二氧化碳强度降低了68%,因此温室气体排放量减少了68%。天然气与更适合捕获二氧化碳的反应器类型相结合。
使用较新的无污染技术甲烷热解生产的氢气通常被称为绿松石氢气。高质量的氢气直接由天然气生产,相关的无污染固体碳不会释放到大气中,然后可以出售用于工业用途或储存在垃圾填埋场。
由可再生能源生产的氢气通常被称为绿色氢气。有两种从可再生能源生产氢气的实用方法。一种是电制气,其中电力用于电解水制氢,另一种是利用垃圾填埋气在蒸汽重整器中制氢。当由风能或太阳能等可再生能源生产时,氢燃料是一种可再生燃料。
通过电解由核能产生的氢有时被视为绿色氢的一个子集,但也可以称为粉红色氢。奥斯卡港核电站于2022年1月达成协议,以每天公斤的数量级供应商业粉红色氢气。
绿氢是利用可再生能源(例如太阳能或风能)发电后通过电解工序制氢,其碳排放可以达到净零。蓝氢也由化石燃料产生,主要来源是天然气。
与绿氢相比,蓝氢电力需求较低,且配套了碳捕集与封存(CCS)技术。由于CCS技术需要相对罕见的地质条件,因此在全球范围内蓝氢比绿氢更难获取。
绿氢的生产成本明显高于蓝氢,尽管蓝氢的固定成本高于绿氢。氢气具有相似的能源效率,生产成本的差异是两个因素造成的:
1、首先,电力的能源成本远高于天然气。以能源为基础,天然气每百万英热单位为3.5美元,相当于电力每兆瓦时12美元,相比之下,补贴前的风能和太阳能成本为每兆瓦时30~40美元。
2、其次,由于绿氢的生产受到零碳能源可用性的限制,它只能在很短的时间内运行。因此,尽管每兆瓦绿氢容量的投资成本低于蓝氢,但低利用率使绿氢的每千克氢气的资本成本高于蓝氢。
通常,根据生产来源和制备过程中的碳排放情况,人们将氢能分为灰氢、蓝氢和绿氢这三种类型
灰氢:是通过化石燃料(煤炭、石油、天然气等)燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等排放。灰氢的生产成本较低,制氢技术较为简单,这种类型的氢气占当今全球氢气产量的份额最大,碳排放量最高。
蓝氢:是将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成的氢气。虽然天然气也属于化石燃料,在生产蓝氢时也会产生温室气体,但是生产过程中使用了碳捕集、利用与封存(CCUS)等先进技术,捕获温室气体,实现了低排放生产。简单来说,蓝氢是在灰氢的基础上,应用碳捕集、利用与封存技术,实现低碳制氢。
绿氢:是通过使用再生能源(例如太阳能、风能、核能等)制造的氢气,例如通过可再生能源发电进行电解水制氢,在生产绿氢的过程中基本没有碳排放,因此这种类型的氢气也被称为“零碳氢气”。
氢能属于可再生能源,氢能是氢在物理与化学变化过程中释放的能量。氢能是氢的化学能,氢在地球上主要以化合态的形式出现,是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,二次能源。工业上生产氢的方式很多,常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等,但这些反应消耗的能量都大于其产生的能量。
可再生能源(英语:RenewableEnergy)为来自大自然的能源,例如太阳能、风力、潮汐能、地热能等,是取之不尽,用之不竭的能源,是相对于会穷尽的不可再生能源的一种能源,对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。
灰氢
灰氢,是通过化石燃料(例如石油、天然气、煤炭等)燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等排放。目前,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%左右。
灰氢的生产成本较低,制氢技术较为简单,而且所需设备、占用场地都较少,生产规模偏小。
蓝氢
蓝氢,是将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成。虽然天然气也属于化石燃料,在生产蓝氢时也会产生温室气体,但由于使用了碳捕捉、利用与储存(CCUS)等先进技术,温室气体被捕获,减轻了对地球环境的影响,实现了低排放生产。
绿氢
绿氢,是通过使用再生能源(例如太阳能、风能、核能等)制造的氢气,例如通过可再生能源发电进行电解水制氢,在生产绿氢的过程中,完全没有碳排放。
绿氢是氢能利用的理想形态,但受到目前技术及制造成本的限制,绿氢实现大规模应用还需要时间。
氢能(Hydrogen Energy)是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能,是一种清洁的二次能源,具有能量密度大、零污染、零碳排等优点,被誉为21世纪的“终极能源”。
氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源,有助于解决能源危机、环境污染等问题,是人类的战略能源发展方向。
氢具有高挥发性、高能量,是能源载体和燃料,同时氢在工业生产中也有广泛应用。现在工业每年用氢量为5500亿立方米,氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥,同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。而液态氢可以作为火箭燃料。
氢能的主要优点有:
燃烧热值高,燃烧同等质量的氢产生的热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源。资源丰富,氢气可以由水制取,而水是地球上最为丰富的资源,演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。
现在有各种不同种类的氢能源,主要是以天然气制造氢的基准去归类的。通常情况下,我们所说的不同氢能源有以下分类。
1.“蓝色氢气”通常是工业副产氢,是天然气制造氢。
2.“灰色氢气”一般是煤制造氢,是指比天然气制造氢的碳排放量更高的产物。
3.“绿色氢气”是我们所说的利用风能,太阳能这类可再生能源制造的氢,这类产物一般碳的排放量是很少的,也更加绿色环保。
现在生态下,“蓝色氢气”跟“绿色氢气”都是我们未来发展的着重方向。绿色氢气对环境保护的作用可以从他的原料开始分析。
一、跟传统的制氢方式相比较,绿色氢气的原材料是绿色的,无论是用水,风能,太阳能这类可再生能源,都是对环境十分友好的。在制造过程中,电解水制氢只会产生氢气和氧气,也不会产生碳氢化合物,基本上不会对环境造成污染。水这种原料,对比其他原料是“无穷无尽”的,而风能,太阳能也是比较环保清洁的。
二、从碳排放量来说,之前的灰色氢气,蓝色氢气或多或少都会制造碳,影响环境,所以大范围的使用绿色氢气,能够减少环境污染。
所以开展绿色氢气的的探索,既是从生产源头方面开始环保节能,也是从生产后的处理也覆盖了环保节能。但是目前绿色氢气也是面临巨大挑战的,他的供应链还不是特别完善,可以提供电解槽膜这类相关工具企业实在太少了,因此我们要建立大规模的电解系统和完善的供应链条,对于氢气的运输,制造绿色氢气各方面,我们仍然需要大量的验证。这样才能大范围的投入生产,让绿色氢气真正普及。