制氫方式及成本分析，pem水解制氫原理
時間：2023-02-13來源：m.668yun.com
目前，制備氫氣的幾種主要方式包括氯堿工業副產氫、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、光化學等）。
通過比較分析各種制氫方式的成本、優劣勢，我們認為：在現階段，選擇成本較低、氫氣產物純度較高的氯堿工業副產氫的路線，已經可以滿足下游燃料電池車運營的氫氣需求；在未來氫能產業鏈發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。
氯堿工業副產氫是現階段最適合的制氫方式，主要基于以下兩點判斷：
1）從制氫工藝的成本和環保性能角度來看，氯堿制氫的工藝成本最為適中，且所制取的氫氣純度高達99.99%，環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，適用規模大，但是二氧化碳排放量最高，且所產生氫氣含硫量高，如果用于燃料電池，會導致燃料電池催化劑中毒，如果應用脫硫裝置對其產生氫氣進行處理，不但增加了額外的成本，對技術標準的要求也很高；
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，能量轉化率高達72%以上，但環保性不強，未來可以考慮通過碳捕捉技術減少碳排放；
氯堿制氫工藝成本適中，在1.3~1.5元/Nm3之間，且環保性能較好，生產的氫氣純度高，目前而言適用于大規模制取燃料電池所使用的氫氣原料，也是可實現度最高的氫氣來源。
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，且在應用水力、潮汐、風能的情況下能量轉化率高達70%以上。在未來與可再生能源發電緊密結合的條件下，水電解法制氫將發展成為氫氣來源的主流路線。
2）從理論儲備和經濟儲備的角度來看，氯堿工業副產氫的經濟儲備能夠滿足長三角地區對于氫氣的需求，全國范圍來看也儲備充足。我們通過統計氯堿工業和其他化工原料（天然氣、甲醇、液氨等）的產能，計算了理想情況下氫氣的理論產能和經濟產能假設——
（1）產能利用率為76%；
（2）化工原料和天然氣裂解制氫的部分相當于原有產能的3%；
（3）燃料電池乘用車以豐田Mirai作為數據樣本（儲氫量5kg，續駛里程482km）；
（4）燃料電池物流車以E-truck為數據樣本（儲氫量7.5kg，續駛里程400km，載重量4-8噸）；
（5）乘用車年行駛里程數取值1萬公里；
（6）物流車年行駛里程數取值12萬公里。
我們得出結論：目前全國范圍內的氯堿工業制取的氫氣相當于76萬噸/年的產能，可供34萬輛燃料電池物流車使用一年，或者可供243萬輛燃料電池乘用車使用一年。
如加上現有天然氣、甲醇、液氨裂解產生氫氣的量，約為202萬噸/年，可滿足90萬輛物流車或648萬輛乘用車一年的氫氣需求量。
我們以目前燃料電池車數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，分別考慮其產能。
可以發現，在所劃定的200km范圍內，氯堿副產氫氣產能可以供14萬輛物流車或99萬輛乘用車使用；在500km范圍內，氯堿副產氫氣產能可供16萬輛物流車或112萬輛乘用車使用。現階段最佳的制氫和運氫方式搭配為：氯堿工業副產氫+氣氫拖車運輸，其氫氣成本范圍在17.9~19.2元/kg。
該氫源路線的選擇主要是基于成本和環保的角度考慮的。此外，通過測算氫氣作為燃料的經濟性，我們得出結論：如果使氫燃料電池車具有較強的競爭力（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。
現階段影響我國加氫站終端氫氣售價的主要因素是氫氣成本價格（占70%），其中包括氫氣原材料（50%）、氫氣生產運輸成本（20%）。
因此，要降低我國的氫氣售價，在補貼力度較強的現階段來看，選擇合適的氫源，并降低氫氣運輸與儲藏的成本，是最適當的選擇；長遠來看，隨著行業的發展和補貼額度的下降，通過提高關鍵設備的國產化率水平來降低加氫站的建設成本則是未來降低氫氣售價的明智之選。
現階段加氫站對運輸距離（＜500km,200km為宜）和運輸規模（10t/d）的需求來看，氫氣最佳的運輸方式仍是氣氫拖車，其成本可以達到2.3元/kg，而在同等條件下的液氫運輸成本可以達到9.1元/Nm3。
pem水解制氫原理
原理如下
在PEM制氫技術中，水中的氫離子穿過質子交換膜與電子結合成為氫原子，氫原子相互結合形成氫分子。
這項技術使電解槽可以在高電流密度和高壓下工作，適用于使用空間受限的情況下，或用可再生能源發電制氫時，電量不穩定的情況下。
以上就是pem水解制氫工作原理。
