生物乙醇重整制氢技术挑战与产业化发展机遇

中国网/中国发展门户网讯 氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要内容之一。我国是世界上最大的制氢国，年制氢产量约3300万吨，已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在部分区域已实现燃料电池汽车小规模示范应用。近期，国家发展和改革委员会、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，计划到2025年，“燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站”，并明确强调“加强氢能的绿色供应”“重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢”等举措。

现阶段，我国制氢产能约4100万吨/年，煤制氢约占59%、工业副产氢约占24%、天然气制氢约占16%、电解水制氢约占1%。目前，氢气仍主要作为一种工业原料应用于化工、冶金等领域，但作为一种能源应用于交通、建筑、供电等领域还很少。由此可见，我国氢能产业体量并不小，只是缺乏由可再生能源制备并能用于能源供应的绿色氢源，这对氢能产业发展至关重要。

生物乙醇不但可以作为燃料部分替代石油，也是制备绿色氢能的理想原料。目前，生物乙醇是世界上应用最广的可再生能源，其在保障国家粮食安全、应对能源危机和保护生态环境等方面发挥着重要作用；美国、巴西、欧盟、中国、阿根廷、加拿大等40多个国家和地区都在积极推动生物乙醇产业的发展。近年来，随着纤维素乙醇技术的不断进步，生物乙醇将逐渐突破淀粉基原料供给的束缚，农林废弃物可提供丰富来源的纤维素作为原料进行乙醇发酵，以保障生物乙醇产业的长期健康发展。生物乙醇重整制备的富氢气体能够用于燃料电池分布式电站；乙醇能量密度高、挥发性小、毒性低、便于运输和储存，随着重整设备建造水平的不断提高，生物乙醇也将适用于加氢站内原位制氢；生物乙醇还可采用现有加油站供应，便于实现燃料电池车车载在线制氢。

在我国《“十四五”生物经济发展规划》《“十四五”现代能源体系规划》《2030年前碳达峰行动方案》《2022年能源工作指导意见》等多个政策文件中，加快纤维素等非粮生物燃料乙醇推进与开展低成本可再生能源制氢被多次提及。生物乙醇重整制氢是以生产技术成熟的可再生能源为原料的制氢工艺，是一种有望短期内实现产业化的高效“绿氢”制备技术，且契合国家产业政策，具有广阔的市场前景，对我国“清洁低碳、安全高效”的现代能源体系建设具有重大战略意义。

生物乙醇重整制氢产业现状

制氢产业现状

目前，世界上96%的氢来源于煤、天然气等化石燃料，剩余的4%主要来源于电解水。制氢工艺可分为三大类（图1）：化工工艺，包括气化、重整、裂/热解等；光/电工艺，包括光解、电解等；生物工艺，包括微生物发酵等。

化工工艺。煤气化、甲烷重整和甲醇重整是目前较为成熟的制氢工艺，氢气产量大、产氢效率高。国际上天然气因价格便宜，约占制氢原料的50%。我国能源结构为“富煤、贫油、少气”，因此煤和甲醇制氢具有明显的价格优势。甲烷和甲醇也具有可再生来源，如沼气、液态阳光，因此传统化工工艺也能成为绿色制氢工艺。水煤气变换（WGS）技术能够将气化、重整产气中的一氧化碳与水反应，进一步转化生成氢气，氢气可通过变压吸附（PSA）、膜分离等技术进行分离提纯，从而满足燃料电池进气要求。