谈到制氢，很多人自然而然会想到化工厂，再往深聊，或许会对氢燃料电池车侃侃而谈，提到氢能上下游及产业链的建设规划。然而，这些都是“远观”的制氢。

 

       政府工作报告的蓝图上，氢能已着墨。忽如一夜春风来，氢燃料电池车驶入发展的快车道。一直被视为危化品生产和管制的氢，是实现氢能产业稳步发展的基石，而它的制取，很低调。

 

       据报道统计，我国注册从事或计划涉足氢能业务的相关企业已经超过1000家。其中，制氢供氢类约200家。如何高效、低成本、安全、绿色制氢，是氢能行业永恒的追求之一。

 

       中国氢能联盟战略指导委员会常务副主任、中国工程院院士干勇曾公开指出，氢能发展需要的是“兵马未动粮草先行”。

 

       近日，喜欢提问题的联盟小氢采访了中国氢能联盟成员单位中几位优秀的“制氢代表”，他们的制氢技术有的处在国内甚至国际领先水平，有的具有很强的代表性。

 

       制氢很重要，让我们去探个究竟。

 

       煤制氢老大 - 国家能源集团

 

       众所周知，我国拥有丰富的煤炭资源，大型清洁煤制氢，终将成为煤炭清洁高效利用以及低质煤开发利用的重要方向。煤制氢+CCS也被认为是我国未来中远期的主要制氢技术路线。

 

       国家能源集团把氢能作为低碳发展的重要方向，并合理高效地利用集团的煤炭资源及先进技术大力发展煤制氢，在处理先进产能冗余的同时，为我国氢能发展做出巨大贡献。

 

       目前，煤化工领域拥有年产超过400万吨氢气、供应4000万辆燃料电池车的制氢能力，排名全球首位。其中神华鄂尔多斯煤直接液化工厂是世界最大的煤制氢工厂，每年生产18万吨氢气。

 

       中国氢能联盟理事长、国家能源集团前总经理凌文曾公开表示，“目前，煤炭消费占一次能源消费59%，而且未来相当长一段时间，煤炭还是我们能源供给的主力，所以不能盲目去煤、恨煤。煤本身没有罪，如果我们把煤烟尘、硫、氮氧化物等问题解决，那煤就是清洁能源，目前二氧化碳的问题正在解决。”

 

       关于凌文提到的二氧化碳问题，国家能源集团也积极发挥带头作用，已经成功示范30万吨二氧化碳封存（CCS）技术，为低成本低碳煤制氢奠定技术基础。并在煤制氢过程中的气化技术、CO变换技术、变压吸附技术以及氢能热化学应用方面都居于世界先进水平。

 

       除了煤制氢，国家能源集团在可再生能源制氢方面也有突出表现。前不久，由国家能源集团牵头承担的国家重点研发计划“大规模风/光互补制氢关键技术研究及示范”项目正式获得国家科学技术部高技术研究发展中心的立项批复，并进入启动阶段。

 

       国家重点研发计划“大规模风/光互补制氢关键技术研究及示范”项目正式获批

 

       据资料显示，项目预期建成6MW/2MW以上风/光互补项目，建成1200Nm3/h电解水制氢站，建成35MPa/70MPa固定式加氢站、70MPa移动式加氢站以及风光氢多能综合监控中心。该项目成果将填补我国MW级大规模风光耦合制-储-用氢系统运营示范工程空白，推进我国可再生能源与氢能源产业链健康发展。

 

       此外，国家能源集团联合中国氢能联盟成员单位钢研集团、同济⼤学、中船重⼯、航天科技、有研集团以及发改委能源所发起的《氢能产业发展专题研究》课题中标国家能源局2019 年能源战略规划⼯作研究课题。

 

       该课题是国家层面首次开展氢能定位专题研究，此次中标也意味着国家能源集团在氢能产业推动方面的努力获得认可。

 

       水电解制氢先锋 - 中船重工

 

       中国氢能联盟专家委员会委员、中船重工七一八所所长李俊华曾表示，从船舶行业角度来看，本身就应该去把氢能作为重要的应用方向。运用技术的相通、相融性，中船重工技术可以拓展到其他领域，共同促进整个氢能产业的发展。对于七一八所而言，水电解制氢是一个纯粹的融合的技术，发展氢能是顺势而为。

 

       顺势而为的七一八所，目前在电解水制氢领域已建成中国最大的电解水制氢设备生产基地，并且在技术发展上扮演着先锋角色。

 

       据七一八所专业人员解释，水电解制氢是通过电解的作用使水分解为氢气和氧气，具有产氢纯度高、杂质种类少等特点，是一种广泛应用的制氢方法。

 

       在碱性水电解方面，中船重工形成了产氢量0.5～600Nm3/h的碱性水电解制氢设备产品体系。在国内率先开发了加压型双极压滤式水电解制氢装置，并实现装置的全自动控制运行。此外，研制的撬装式水电解制氢设备、车载式水电解制氢设备、600Nm3/h制氢装置均处于国际领先水平。

 

       在纯水电解方面，中船重工研制生产的首台民用2Nm3/h（国际上的较为成熟产品指标为2～10Nm3/h及20～50Nm3/h）的SPE电解水制氢设备顺利通过出厂验收，各项技术指标均达到设计和标准要求，成功交付客户。

 

       此外，中船重工还参与了国家863项目《风电耦合制/储氢燃料电池发电柔性微网系统开发及示范》，对水电解制氢装置电解槽控制系统进行了优化，以适应风电宽功率波动的特性，突破了风电制氢多项关键技术。目前，该项目已经开始示范运行。

 

       在众多电解水技术中，质子交换膜（PEM）电解水技术受到广泛关注，目前商业化PEM制氢仍受成本等问题制约。在PEM强酸条件下工作时，大部分催化剂会不稳定，目前，只有贵金属铱（Ir）能在PEM酸性环境下稳定工作，这极大限制了PEM电解水技术的大规模应用，同时运行中电的消耗过大。因此，开发能够取代贵金属的廉价、高效且稳定的电解水催化剂，对发展大规模低成本PEM电解水制氢技术尤为关键。

 

       质子交换膜制氢代表 - 华北电力大学

 

       采用质子交换膜（PEM）电解水制氢以其高效、无污染、安全可靠和氢气纯度高等优点受到广泛关注。华北电力大学的研究团队，从新型催化剂的制备以及质子交换膜改性等方面开展了基础性研究工作，为相关技术进步提供支撑。

 

       电解水过程中催化剂的过电位是影响整个过程电能消耗的重要因素，因此高效催化剂对制氢效率和成本至关重要。华北电力大学的研究人员采用脉冲电沉积法，在PtRu纳米团簇上选择性电沉积Ir，合成了一种新型的PtRuIr双功能电催化剂，并对其进行电化学性能研究。发现其中Ir含量为10%时催化性能最佳，电压1.5V时，析氧反应电流密度约240 mA cm-2。同时，对氧气还原，在电压0.5V时电流密度约为78 mA cm-2。尽管电化学性能低于目前商用催化剂的单一析氧和氧还原性能，但是该合成新型的PtRuIr催化剂具有双效功能。

 

       相关研究发表在国际权威学术期刊Energy Conversion and Management上，2018年入选ESI高被引论文。

 

       在质子交换膜方面，华北电力大学通过对天然可获得的成本低廉的埃洛石纳米管进行改性处理，接枝上具有质子传导能力的磺化基团并掺杂至聚合物基体中，发现低湿度下膜的质子传导和保水性得到很大改善，同时甲醇渗透问题得到有效改善。

 

       下一步，华北电力大学将继续深入研究催化剂和质子交换膜，搭建实验平台并构建模拟仿真系统。期待他们的新成果，相信会为整个制氢行业提供领先技术经验和先进技术产品。

 

       光伏发电驱动电解水制氢代表 - 中科院大连化物所

 

       中科院大连化物所与日本理化学研究所合作，研发出一种可在强酸条件下长寿命电催化分解水的廉价电催化剂，利用光伏发电驱动电解水（PV-E）制氢，是目前最有希望的大规模利用可再生能源的制氢技术。

 

       研究人员基于前期的探索发现了γ型二氧化锰（γ-MnO2）在特殊电位窗口范围内，可实现强酸条件下稳定电催化水分解，并实现了8000多小时的长寿命工作。在此基础上，研究人员还利用原位光谱电化学等方法，系统研究了这种催化剂在强酸性条件下电催化水分解反应的机理。

 

       最后得出结论，γ-MnO2非贵金属电催化剂可以实现在强酸条件下长寿命分解水，为发展廉价、稳定、高效的分解水制氢催化剂开启了新的思路。

 

       氢能要粮草先行，需要制氢企业领跑。相信，未来还有更多值得期待的技术进步和研发成果，制氢商业化、市场化的发展脚步也会越来越快。