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氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要內(nèi)容之一。我國是世界上最大的制氫國，年制氫產(chǎn)量約3300萬噸，已初步掌握氫能制備、儲運、加氫、燃料電池和系統(tǒng)集成等主要技術(shù)和生產(chǎn)工藝，在部分區(qū)域已實現(xiàn)燃料電池汽車小規(guī)模示范應用。
目前，世界上96%的氫來源于煤、天然氣等化石燃料，剩余的4%主要來源于電解水。制氫工藝可分為三大類：化工工藝，包括氣化、重整、裂/熱解等；光/電工藝，包括光解、電解等；生物工藝，包括微生物發(fā)酵等。
制氫工藝
我國氫能產(chǎn)業(yè)體量不小，但是缺乏由可再生能源制備并能用于能源供應的綠色氫源。生物乙醇不但可以作為燃料部分替代石油，也是制備綠色氫能的理想原料。
目前，生物乙醇是世界上應用最廣的可再生能源，其在保障國家糧食安全、應對能源危機和保護生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用；美國、巴西、歐盟、中國、阿根廷、加拿大等40多個國家和地區(qū)都在積極推動生物乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
生物乙醇重整制氫是氫能綠色供應的重要途徑，其采用可再生能源為原料，運用成熟、高效的化工工藝，積極助力碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)。生物乙醇是已被廣泛應用的化石燃料替代品，隨著纖維素乙醇技術(shù)不斷進步，生物乙醇生產(chǎn)不再受限于淀粉基原料。目前，生物乙醇重整能夠以制氫和生物乙醇已有的產(chǎn)業(yè)化成果為基礎(chǔ)，實現(xiàn)與現(xiàn)有氫能產(chǎn)業(yè)的快速鏈接。
近年來，隨著纖維素乙醇技術(shù)的不斷進步，生物乙醇將逐漸突破淀粉基原料供給的束縛，農(nóng)林廢棄物可提供豐富來源的纖維素作為原料進行乙醇發(fā)酵，以保障生物乙醇產(chǎn)業(yè)的長期健康發(fā)展。生物乙醇重整制備的富氫氣體能夠用于燃料電池分布式電站；乙醇能量密度高、揮發(fā)性小、毒性低、便于運輸和儲存，隨著重整設(shè)備建造水平的不斷提高，生物乙醇也將適用于加氫站內(nèi)原位制氫；生物乙醇還可采用現(xiàn)有加油站供應，便于實現(xiàn)燃料電池車車載在線制氫。
在我國《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》《2030年前碳達峰行動方案》《2022年能源工作指導意見》等多個政策文件中，加快纖維素等非糧生物燃料乙醇推進與開展低成本可再生能源制氫被多次提及。生物乙醇重整制氫是以生產(chǎn)技術(shù)成熟的可再生能源為原料的制氫工藝，是一種有望短期內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的高效“綠氫”制備技術(shù)，且契合國家產(chǎn)業(yè)政策，具有廣闊的市場前景，對我國“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源體系建設(shè)具有重大戰(zhàn)略意義。
近年來，氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)得到了國家、政府和公眾的廣泛關(guān)注，若不能保證氫氣的來源是綠色的，則會嚴重違背發(fā)展氫能的初衷。我國燃料電池車的產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善，產(chǎn)業(yè)化進程加速，急需夯實氫能綠色供應。生物乙醇重整制氫是一種高度契合“碳中和”理念的“綠氫”制備技術(shù)，其產(chǎn)業(yè)化的核心工作為高效重整制氫催化劑及其配套反應器的開發(fā)，其余技術(shù)和設(shè)備可與現(xiàn)有化工制氫工藝通用。
生物乙醇可通過現(xiàn)有加油站供應，使在線制氫生物乙醇重整FCVs與燃油車長期并存。如果纖維素乙醇的價格能夠在政策補貼和技術(shù)發(fā)展的雙重作用下進一步下降，生物乙醇制氫將在短期內(nèi)具有價格競爭力。因此，生物乙醇重整制氫技術(shù)雖然屬于新能源領(lǐng)域的新賽道，但其有望快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，融入我國現(xiàn)有能源體系，助力能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級。
（文章刊載于《中國科學院院刊》2023年第1期“科技與社會”欄目，作者：韓雪 賀泓 岳國君 林海龍 劉勁松 于斌）
來源：中國科學院網(wǎng)站
責任編輯：胡惠雯
