制氢方法及路线有哪些？

氢气的生产主要依赖于化石燃料，占比高达96%。具体来说，碳氢化合物裂解法占30%，蒸汽甲烷重整法约占48%，而煤气化/重整工艺则占18%。氢气作为一种多功能的化学反应物，在众多工业领域中以每年数百万吨的规模被广泛使用。它不仅在炼油工业中扮演着关键角色，用于加氢裂化和脱硫工艺，还是农业中氨和化肥生产的前驱体。此外，氢气也在金属生产、甲醇合成、食品加工和电子行业中发挥着重要作用。自1973年石油危机以来，氢气在能源领域的应用也在不断扩展，特别是在能量转换和储存方面，氢气成为了一个关键分子。氢气作为能源载体的大规模生产、分配和开发，有望解决环境问题，满足日益增长的能源需求，并促进经济增长。

图1：制氢方法

在能源领域，氢气主要用于发电，特别是在燃料电池中作为化学燃料“燃烧”以产生电力。市场上存在多种燃料电池技术，这些技术即使在接近环境温度下也能实现高效率的化学能到电能的转换，远高于内燃机。随着越来越多的汽车制造商推出或计划推出燃料电池电动汽车（FCEV），预计未来对能源用氢的需求将持续增长。因此，研究安全且经济的制氢和输氢方法，以满足市场需求，变得尤为重要。图2展示了一个典型的无碳排放能源循环，其中光伏太阳能或风能被转换为直流电，然后输送给电解槽，电解槽将电能转换为氢化学能，储存后输送到终端，最终在燃料电池中将化学能转换为电能，驱动车辆行驶。

图2：典型的无碳排放能源循环

在从化石燃料向低碳经济转型的过程中，制氢所用能源类型及其温室气体（GHG）排放强度成为了讨论的焦点。为了区分不同的制氢方法，人们已经习惯于将它们与不同的颜色联系起来。欧洲燃料电池和氢能联合组织（EFCHJU）为CerifHy项目建立了一个框架，将制氢路线分为灰色、蓝色和绿色三种颜色。CertifHy根据温室气体排放和可再生能源的使用情况，用这三种颜色来区分不同的制氢方式。在能源转型的讨论中，蓝氢和绿氢也有特定的定义：蓝氢通常指的是通过天然气-蒸汽-甲烷重整制氢，并结合碳捕获和储存（CCS）技术；而绿氢则特指使用可再生电力进行电解水制氢。其他颜色偶尔也被用来指代特定的制氢路线，例如蓝绿氢代表甲烷热解制氢。

CertifHy将天然气-蒸汽-甲烷重整制氢的温室气体基准强度设定为每兆焦耳（MJ）氢气的当量二氧化碳为91克。蓝色（和绿色）氢的GHG值最初设定为基准强度的40%，即每兆焦耳氢气的当量二氧化碳小于36.48克，这样的氢气被视为蓝氢（或绿氢）。

表：制氢路线