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。
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：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。
制氢工艺
我国氢能产业体量不小，但是缺乏由可再生能源制备并能用于能源供应的绿色氢源。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。
生物乙醇重整制氢是氢能绿色供应的重要途径，其采用可再生能源为原料，运用成熟、高效的化工工艺，积极助力碳达峰、碳中和目标的实现。生物乙醇是已被广泛应用的化石燃料替代品，随着纤维素乙醇技术不断进步，生物乙醇生产不再受限于淀粉基原料。目前，生物乙醇重整能够以制氢和生物乙醇已有的产业化成果为基础，实现与现有氢能产业的快速链接。
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。
近年来，氢能和燃料电池产业得到了国家、政府和公众的广泛关注，若不能保证氢气的来源是绿色的，则会严重违背发展氢能的初衷。我国燃料电池车的产业链日趋完善，产业化进程加速，急需夯实氢能绿色供应。生物乙醇重整制氢是一种高度契合“碳中和”理念的“绿氢”制备技术，其产业化的核心工作为高效重整制氢催化剂及其配套反应器的开发，其余技术和设备可与现有化工制氢工艺通用。
生物乙醇可通过现有加油站供应，使在线制氢生物乙醇重整FCVs与燃油车长期并存。如果纤维素乙醇的价格能够在政策补贴和技术发展的双重作用下进一步下降，生物乙醇制氢将在短期内具有价格竞争力。因此，生物乙醇重整制氢技术虽然属于新能源领域的新赛道，但其有望快速实现产业化，融入我国现有能源体系，助力能源结构转型升级。
（文章刊载于《中国科学院院刊》2023年第1期“科技与社会”栏目，作者：韩雪 贺泓 岳国君 林海龙 刘劲松 于斌）
来源：中国科学院网站
责任编辑：胡惠雯
