为什么可再生能源先制氢再制电

水电解制氢有上百年的历史了，是一个成熟的技术。目前水电解制氢的最大挑战是能耗，目前获得1标准立方氢气的综合电耗在5.2-6度，所以水电解制氢是所有制氢中成本最高的。由于电解水的主要成本由电价决定，所以电价是制约发展的主要因素。目前最好的办法是利用可再生能源的来制氢，把电网无法消纳的电来制氢，这样电的成本就很低，制得的氢气作为能源使用，整个过程没有碳排放。

第二个制约的因素是设备成本，大型水电解制氢设备的成本相对于其他方式也偏高。

第三个因素是设备大型化，目前能制造出来的单台最大为1000立方，应用于能源来说还是太小。设备大型化后可以降低设备制造成本。

其他的因素就是市场应用，水电解在氢气作为能源前只有用于特殊工业应用，没有市场支撑导致技术研发进步缓慢，单体制造成本下降困难。

水电解的优点是，技术成熟，工艺简单，气体纯度高，是目前唯一一种能与可再生能源衔接制氢方式。

近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间，东芝多位高管对澎湃新闻表示，除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外，东芝非常看好氢能在中国的发展前景。

放眼全球，日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出，到2030年要确立国内可再生能源制氢技术，构建国际氢能供应链，长期目标是利用碳捕获（CCS）技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言，用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能，无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。

日本能源转型历程

“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发，进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品，已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝（中国）有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示，早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下，该公司内部近十年间全面提升氢能体系，东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。

据介绍，东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合，启动时间不到5分钟，高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。

东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上

典型场景如东芝的新氢能综合应用中心，利用太阳能电解水制备氢气，并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样，不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳，而且，因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料，从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。

当突发灾难时，这套小型分布式能源亦可大显身手，作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。

纯氢固然样样好，但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解，上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。

张童表示，全球可再生能源快速发展，但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国，风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大，弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来，在需要时再调取，就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来，制出来的氢完全是绿色的。”

他认为，在该领域，东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累，目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段，东芝呼吁政府对全行业予以政策支持，鼓励更多企业参与氢能产业链的完善，并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下，氢能成本才能随着规模化效应快速下降。

氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场，使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求，并联合中国合作伙伴一起开拓市场。

实际上，东芝对于“终极能源解决方案”的认识，在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者，旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因，东芝最终选择剥离核电资产。

今年10月，日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布，日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前，日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。

“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声，很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道，福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前，日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能，但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增，欧洲主要国家纷纷选择弃核。

宫崎洋一称，除了重点业务氢能之外，目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术，可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言，在水电领域，东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队，已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机；光伏领域，东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用，住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用；地热领域，东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备，以设备容量计处于全球第一。

福岛氢能研究基地（FH2R）

在日本国立的新能源产业技术综合开发机构（NEDO）牵头下，东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地（FH2R）已于今年2月底建成。

FH2R系统概览

该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置，正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统，还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。

校对：刘威

通过直接电解纯水产生高纯氢气(不加碱)，电解池只电解纯水即可产氢。通电后，电解池阴极产氢气，阳极产氧气，氢气进入氢/水分离器。氧气排入大气。氢/水分离器将氢气和水分离。氢气进入干燥器除湿后，经稳压阀、调节阀调整到额定压力(0.02~0.45Mpa可调)由出口输出。电解池的产氢压力由传感器控制在0.45Mpa左右，当压力达到设定值时，电解池电源供应切断压力下降，低于设定值时电源恢复供电。

在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产

一、电解水制氢

多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供：①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等，②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂，③制取多晶硅、锗等半导体原材料，④油脂氢化，⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。

二、水煤气法制氢

用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气（C+H2O→CO+H2—热）。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氢量在80%以上的气体，再压入水中以溶去CO2，再通过含氨蚁酸亚铜（或含氨乙酸亚铜）溶液中除去残存的CO而得较纯氢气，这种方法制氢成本较低产量很大，设备较多，在合成氨厂多用此法。有的还把CO与H2合成甲醇，还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。

三、由石油热裂的合成气和天然气制氢

石油热裂副产的氢气产量很大，常用于汽油加氢，石油化工和化肥厂所需的氢气，这种制氢方法在世界上很多国家都采用，在我国的石油化工基地如在庆化肥厂，渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气

也在有些地方采用（如美国的Bay、way和Batan Rougo加氢工厂等）。

四、焦炉煤气冷冻制氢

把经初步提净的焦炉气冷冻加压，使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用（如前苏联的Ke Mepobo工厂）。

五、电解食盐水的副产氢

在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。

六、酿造工业副产

用玉米发酵丙酮、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢（97%以上），把普氢通过用液氮冷却到—100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质（如少量N2）可制取纯氢（99.99%以上），像北京酿酒厂就生产这种副产氢，用来烧制石英制品和供外单位用。

七、铁与水蒸气反应制氢

但品质较差，此系较陈旧的方法现已基本淘汰

电解水制氢一公斤需要56度电。

电解水制氢1公斤耗电约56度左右。所以水解制氢成本取决于电价。2.1公斤氢气的热值约当于33KWh（度）电，氢燃料电池电堆发电效率一般在40%～60%区间工作。

“电解水制氢需要消耗大量电能，目前电解水制氢每制取1公斤氢气要消耗56千瓦时的电，经济性问题较大，需要继续降低成本。”在李毅中看来，“灰氢”变“蓝氢”的关键是二氧化碳的捕集、储存还有利用，应抓紧研发攻关和产业化。

电的信息：

“氢源是最需要高质量保证供应的环节，应着力寻求降低可再生能源制氢的制造、使用成本，形成低成本、长寿命、成规模的水电解制氢流程，同时也希望国家和产业本身在政策法规、标准上，积极创造良好环境”。

薛贺来认为，对氢气的管理也亟待“松绑”，专门用于加氢站加注的氢气是否可以摘掉“危化品”的帽子，获得政策支持。

工业尾气中的氢回收提纯利用。李毅中说，若干工业尾气中含有一定数量的氢可供回收，氢气是石油化工的宝贵资源，用氢气来加氢精制、加氢炼化可以提高产品的质量和效率。

近期，光伏行业龙头企业隆基股份进军氢能领域的消息一出就引爆资本市场，关于光伏制氢的探讨也日趋活跃。实际上，近两年已有不少企业非常看好并积极介入这一新兴领域。

1、隆基股份。隆基早在2018年就开始关注和布局可再生能源电解制氢，近三年来，与国内、海外知名科研机构、权威专家进行了深入的研发课题合作，在电解制氢装备、光伏制氢等领域形成了技术积累。2021年3月末，隆基股份通过全资子公司隆基绿能创投与上海朱雀投资合资成立西安隆基氢能科技有限公司，进行氢能产业化布局。

2、阳光电源。逆变器龙头阳光电源是国内开展光伏制氢研究最早的光伏上市公司之一。公司表示已经成立了专门的氢能事业部，并与中国科学院大连化学物理研究所在先进PEM电解制氢技术、可再生能源与电解制氢融合、制氢系统优化等方面展开深入合作。在具体光伏制氢项目方面：2019年7月，阳光电源在山西晋中榆社县签订了一个300MW光伏和50MW制氢综合示范项目；2019年9月，山西省屯留区200MW光伏发电项目（一期）开工暨二期500MW光伏制氢项目签约仪式。

3、宝丰能源。2019年起，高端煤基新材料领军企业宝丰能源开始启动制氢项目。2020年4月，该公司的“太阳能电解水制氢储能及综合应用示范项目”在宁夏宁东基地开工建设。该项目将涉及太阳能电解水制氢、氢气储运、加氢站、氢能交通示范应用、与现代煤化工耦合制高端化工新材料等多个领域。该项目总投资14亿元，合计年产氢气1.6亿标方/年，副产氧气0.8亿标方/年。预计将实现年销售收入6亿元，每年可减少煤炭资源消耗25.4万吨、减少二氧化碳排放约44.5万吨。当前一期项目正在推进中，是宁夏首个氢能产业项目，也是国内最大的一体化可再生能源制氢储能项目。

4、晶科科技。2019年，晶科科技就表示：“到2025年，“光伏+储能”制氢系统技术的极大进步，将具备大规模应用的经济可行性”。为此，公司国内国外两手布局：在国外，2020年与空气产品公司(AirProducts)签署了战略合作协议，双方在光伏新能源领域展开合作，将“制氢”与“绿电”结合；在国内，公司努力推进可再生能源制氢项目落地实施。