氫氣制備新路徑！現代集團擬用沼氣大規模生產清潔氫氣
來源：原創 2023-09-07
近日，現代集團旗下現代工程建設公司（Hyundai E&C）簽署了一份諒解備忘錄。該協議旨在展示相關系統。未來兩年，利用SL公司生產的沼氣，該系統每天可生產216公斤綠色氫氣，足以為現代公司34輛氫燃料電池電動汽車Nexo充電。
該項目將由現代汽車公司、起亞公司、現代E&C公司和Sudokwon垃圾填埋場管理公司（SL公司）共同實施。汽車制造商將為催化反應過程建立一個綜合系統。現代E&C公司將負責開發制氫過程中的氣體分離技術。SL公司將研究沼氣預處理技術，提供研究設施和沼氣原料。
據悉，該公司計劃在未來兩年內將食物垃圾處理過程中產生的沼氣轉化為綠色氫氣。示范系統計劃每天生產216公斤綠色氫氣，這足以為超過34輛NEXOs（現代燃料電池電動汽車）提供動力。
自2021年以來，韓國現代集團便大舉押寶氫能源，目前除汽車制造外，現代汽車集團還涉足鋼鐵、建筑、物流、金融、IT和服務等領域。該集團稱，其示范工廠將為利用生物氣大規模制氫提供機會，為建立綠色氫生態系統和碳中和做出貢獻。
環保+低成本
隨著能源安全與產業轉型變化升級，氫能產業的地位日漸顯現，而作為氫能利用最理想的形態，綠氫是未來氫能發展的主要方向。綠氫是指通過光電、風電等可再生能源電解水制氫，制氫過程不會產生溫室氣體，也被稱為“零碳氣體”。
綠氫制備的技術綠線有多種，包括堿性水電解技術(ALK)、陽離子交換膜水電解技術(PEM)、固體氧化物水電解技術(SOEC)、陰離子交換膜電解水技術(AEM)，以及光化學水解、熱化學水解、生物質重整、微生物電解槽在內的一系列制氫技術。
在一眾綠氫制取的技術路線中，垃圾制氫顯得十分小眾，但因技術的發展以及擁有著生產氫氣的同時能夠解決垃圾焚燒的優點，近年來接觸垃圾制氫的企業也不斷增加。
垃圾制氫是在處理垃圾的過程中，直接對其進行熱解氣化，獲得氫氣。
垃圾制氫技術將固廢和清潔能源耦合，既解決“垃圾圍城”的城市市政問題，又解決城市清潔能源不足的問題。垃圾制氫工藝類似于煤氣化制氫，主要工藝裝置包括垃圾氣化、脫硫、合成氣壓縮、PSA提氫、制氫裝置及公用工程系統。
與傳統的化石能源制氫相比較，生活垃圾制氫的碳排放顯然更低，環保效益更為顯著。餐廚垃圾制氫項目不斷推出，經濟性+減碳性兼備的再生資源新方向。而垃圾制氫并非只有環保唯一一個可取之處，從經濟成本上來看，垃圾制氫同樣擁有優勢。
垃圾制氫的經濟性評價包括制氫成本、設備折舊、稅金、人工以及各項稅費、合理利潤等。
目前，在控制每千克氫氣生產成本在合理的原材料價格和電價的區間前提下，各種技術路線制取氫氣的成本大致如下：煤制氫約12元/千克，天然氣、石腦油、重油、甲醇制氫約17元/千克，工業副產氫回收提純21元/千克，電解水制氫約30元/千克，其中PEM電解水制氫成本可達50元/千克。
拋去垃圾處理補貼后，生活垃圾制備高純氫氣的總生產成本約為28.74元/千克，（其中合成氣凈化、制備高純氫工段氫氣的制備成本為14.94元/千克，在垃圾氣化工段，純氫制造成本為13.80元/千克。）
而未來，垃圾制氫的成本會隨著垃圾處理的補貼進一步下降，制備綠氫的成本優勢同樣顯著。
國內垃圾制氫項目盤點
近年來國內外企業也開始逐漸接觸垃圾制氫這一新的技術路徑，以下是第一元素網整理的近年來國內外垃圾制氫項目盤點；
2019年9月，湖北氫陽新能源控股有限公司、三環集團有限公司、中國五環工程有限公司達成“高環保超高溫城市垃圾轉化制氫油項目”合作協議，項目采用純氧燃燒、超高溫氣化的方式處理城市垃圾，所產生氫氣可滿足1000輛氫燃料電池大巴日常使用。
2020年，格拉茨科技大學(TU Graz)的研究人員在過程工程師維克托·哈克(Viktor Hacker)的帶領下，與格拉茨的初創公司Rouge H2 Engineering一起，提出了一種分散制氫的可持續過程，即所謂的“化學循環制氫法(chemical-looping hydrogen method)”
該研究成果獲得了多個獎項，并建成了一個緊湊的現場按需制備氫氣工廠，可以從沼氣、生物質或天然氣中生產氫氣。
2021年9月，東方鍋爐與重慶市潼南區簽訂了垃圾發電耦合制氫及氫能示范項目合作意向書，建成后有望成為我國首個垃圾制氫產業化示范項目。
2022年3月，瀚藍環境宣布年內將在佛山市南海區建設餐廚垃圾制氫項目，以餐廚垃圾和滲濾液產生的沼氣以及綠色工業服務中心鋁灰處理項目中的富氫氣體作為原料氣，設計年處理沼氣2400噸，產氫氣2200噸，減少碳排放量100萬噸。
2022年5月，城康氫碳新材料宣布在湖北省襄陽市投建“垃圾制氫+碳資源化”綠氫綠碳工廠，采用城市垃圾資源化制沼氣、沼氣資源化制氫固碳的兩階段反應方式，設計年處理城市固廢30萬噸，減少碳排放35萬噸，年產高純度綠氫550噸、炭黑1650噸，預計年內建成。
這也是全球首個“垃圾制氫+碳資源化”綠氫綠炭工廠。城康氫碳新材料在湖北襄陽投建“垃圾制氫+碳資源化”綠氫綠碳工廠，預計于年內建成
2023年1月，中國化學開創首座垃圾制氫加氫一體站的先河，投建的常溫常壓有機液體儲氫加注一體化裝置在上海金山碳谷綠灣舉行開車儀式。
2023年2月， 國內首個生物制氫發電項目啟動試運行，此項目包括制氫、提純、加壓、發電、交通場景應用、發酵液綜合利用等六大系統。
其中，制氫環節以農業廢棄秸稈、園林綠化廢棄物、餐廚垃圾、高濃有機廢水等為發酵底物，以高效厭氧產氫菌種作為氫氣生產者，在處理廢棄物的同時回收大量的清潔能源氫，可以避免化石能源制氫過程中對環境的污染，從源頭上控制二氧化碳排放。
項目依托于中國工程院任南琪院士團隊關于生物制氫的最新科研成果，集合氫藍時代、工大環境、龍江環保在智慧氫能解決方案、創新技術研發成果轉化及系統集成、環保技術示范應用與推廣等方面的優勢，通過示范工程推廣產業應用，搶占生物制氫發電綜合應用領域技術及市場的先機和制高點。
2023年5月，瓦爾登技術集團旗下城康團隊在甲烷催化裂解制氫技術方面取得新突破，有機垃圾制綠碳、綠氫中試生產線成功投運。
2023年8月，東方鍋爐宣布氫能全產業鏈應用技術示范園即將亮相，該園區集中展示了以光伏發電制取綠氫、以垃圾與生物質制取“超級綠氫”的多種綠色高效制氫技術與裝備系統，其中垃圾和生物質制氫是業界首個示范應用。
2023年6月，豐田汽車公司、豐田通商株式會社和三菱化工機株式會社將合作在泰國用沼氣生產氫氣。即將推出的沼氣制氫設備將由三菱制造，并于2023年11月在泰國完成安裝，安裝后的設備將利用當地雞糞和食物垃圾產生的沼氣生產氫氣。
此前，英國曼徹斯特污水產生的沼氣將作為原料，用于生產氫氣和石墨烯。該項目由 Levidian 公司和聯合公用事業公司（United Utilities）合作開展。英國能源安全和零凈能源部通過氫能 BECCS 創新競賽為該項目提供了 300 萬英鎊（約合 380 萬美元）的資助，
西班牙計劃在馬德里開設全國第一家使用再生水的綠色氫工廠，且預計將于2024年在平托鎮的Arroyo Culebro Cuenca Media Alta廢水處理設施投入運營。該工廠由西班牙首都馬德里的水資源管理公司Canal de Isabel II負責建造。
該項目的初始年產能約為80000公斤氫氣，且因多種原因備受矚目。首先，它將利用再生水并通過電解法進行額外處理來生產氫氣。馬德里政府表示，這將是西班牙規模最大的、利用再生水的綠色氫工廠。
