新型环保能源之一的氢气根据不同生产方式也会产生相应的温室气体。但是，在现代汽车集团所描绘的氢能社会里，制氢过程将实现包括二氧化碳在内的温室气体零排放。本文将介绍向氢能社会迈进的绿氢概念和资源循环利用型制氢技术。

 

 

2022年全球温室气体排放量高达574亿吨，自国家概念出现以来创历史新高。其中，四分之三的温室气体来源于能源生产过程。从热力学角度来看，能源生产过程实现温室气体零排放几乎是不可能的。但存在提高碳中和实现可能性的能源——作为新一代清洁能源备受瞩目的氢能。

氢是最常见的元素，占宇宙质量的75%。在自然界中很容易发现，化学能含量也非常高。再加上与温室气体排放量高的化石燃料不同，作为能源使用时不会产生有害物质。为了生产具有如此高价值的清洁能源氢气，各国政府和跨国企业携手建设基础设施，同时致力于研发氢气的储存及运输技术等。其结果，全球氢气产量达9,500万吨，与2019年相比增加了约20%并持续保持增长趋势。此外，业界预测到2030年，氢气产量将达到1.1亿吨。

 

*国际能源机构(IEA)，2022年基准

 

 

 

然而，氢气产量的增加并不一定意味着碳中和。目前人工制造的氢气大部分是通过化石燃料的蒸汽重整生产的，这种方式制氢排放的二氧化碳(CO₂)是生产的氢气质量的10倍。能源产业为了摆脱被称为"灰氢"的化石燃料制氢技术，引进了多种环保工艺。

最具代表性的是改善二氧化碳排放量的"蓝氢"技术。蓝氢与灰氢的制取技术相同，但在利用CCUS(Carbon Capture, Utilization, Storage)技术捕集和封存二氧化碳方面存在差异。与灰氢相比，蓝氢制取方式可以减少66%的二氧化碳排放量，在环保方面有了长足进步。但由于多出的工序导致生产费用较高。

 

 

利用可再生能源的"绿氢"技术是最理想的环保制氢技术。其中，水电解法是一种典型的绿氢技术，它通过向水中施加电能时发生的氧化和还原反应产生氧气和氢气。电解水根据所使用的电解质分为多种方式，如果使用太阳能等可再生能源作为电源，整个过程将实现温室气体零排放。

 

 

以环保型备受瞩目的蓝氢、绿氢等清洁氢气制取将迎来爆发性增长。由13家能源企业组成的氢能委员会(Hydrogen Council)在报告中预测，2030年蓝氢和绿氢的产量将分别达到1300万吨和2500万吨，占氢气总产量近一半。其中，利用废弃资源制取氢气的资源循环型技术备受业界的关注。该技术有望在解决废弃物污染问题的同时生产能源，引领制氢技术新模式。

 

 

现代汽车集团为实现提前向氢能社会转变而提出的氢能价值链核心技术之一就是资源循环型技术。通过"HTWO Grid Solution"，现代汽车集团从制氢到储存、运输及利用全方位发挥集团公司的技术优势。尤其是在制氢阶段，利用电解水和废弃物循环利用以实现零碳排制氢。

现代汽车集团的资源循环型制氢技术主要由将有机废弃物制成氢气的W2H(Waste to Hydrogen)和利用废旧塑料的P2H(Plastic to Hydrogen)组成。以食物垃圾、家畜的粪便、污水垃圾等为资源的W2H技术是从废弃物收集、异物筛除、粉碎等预处理工序开始的。通过预处理工序，提高废弃物的厌氧消化效率，实现稳定的消化工序。

 

*厌氧消化: 可生物降解有机物在无氧条件下被微生物分解的过程

 

 

经过预处理的有机废弃物于厌氧消化池进行微生物降解发酵处理。在这里生成由甲烷(CH ₄)和二氧化碳组成的气体混合物——沼气。之后沼气经脱硫装置提纯净化(Upgrading)制成生物甲烷(CH₄)。再经高温水蒸气重整(Reforming)后变成氢气和一氧化碳的合成气体(3H₂+CO)。

最后，在压力变动吸附(PSA, Pressure swing Adsorption)净化器中加入合成气体分离一氧化碳，可制取纯度为99.9%的氢气。剩余物一氧化碳(CO)经过转换反应器，可再次被用作氢气生产原料。此外，在此过程中产生的二氧化碳与蓝氢技术一样，碳捕集后制造成液化碳等其他能源进行销售。如此制取的氢气被用于构成氢能生态系统的各个方面。例如，燃料电池发电的燃料、环保船舶燃料、氢车充电等。

 

 

在HTWO Grid Solution中，现代建设和现代Rotem合作负责W2H技术研发。2008年获取沼气研究开发源泉技术的现代建设正在积极利用可以构建区域资源独立模式的W2H技术特性。从2016年开始运营的"忠州市食物生物能源中心"就是一个很好的例子。这里可以说是从食物垃圾中生产沼气的区域小型氢气生产中心。

这里生产的沼气供绿氢加氢站使用，为制取资源循环型氢气做出了贡献。现代建设通过降低运输及储存过程中的费用，提高了氢能源的独立性，并计划以这些优点为基础，根据国家级地区特性开展特色化的资源循环事业。

 

 

塑料垃圾是全球性的环境难题，全球每年产生约3.5亿吨塑料垃圾(截至2022年)。目前，这些塑料垃圾燃烧了一半以上，但在此过程中排放了大量的二氧化碳和有害物质。因此，世界各国政府及企业正在研究塑料的多种循环利用方案。

以废旧塑料为资源的P2H技术利用了塑料的碳氢连接化学特性。在制氢的同时，利用难以回收的废塑料作为原料，解决环境问题，因此P2H也作为理想的制氢技术备受瞩目。由于其可以大规模制氢，众多能源相关企业正致力于推广此项技术。

 

 

利用废旧塑料制氢的基本框架与利用废弃物制氢的方式没有太大区别。首先，利用住宅/营业场所产生的废旧塑料中，无法回收利用需焚烧或填埋的复合废旧塑料作为原料。P2H预处理工艺是将收集的废旧塑料清洗除去杂质后，通过大小和原料比重等多种方法进行筛选。之后将粉碎的塑料制作成小而均匀的颗粒(Pellet)形态，通过挤压机(Extruder)进行高温挤压，制作成液态塑料。

随后，将氧气和水蒸气注入熔融的塑料中，引起气化反应。通过这种气化反应，产生由氢气和一氧化碳组成的合成气体。此时，为了最大限度地提高制氢效率，依次进行将一氧化碳转化为氢气的水性转换工序和二氧化碳捕集及提纯过程。与W2H一样，捕集的二氧化碳可在工于工业中循环利用。

 

 

现代工程为了完成现代汽车集团的氢能价值链，正在开展P2H(Plastic to Hydrogen)事业，预计利用P2H技术每年处理12万吨废旧塑料，每年可生产2.3万吨高纯度氢气。另外，计划将这些氢气用于燃料电池发电、交通工具加氢等。

 

 

全球市场调查机构Brainy Insight预测，将废弃物制氢技术的市场规模将从2022年的46亿美元扩大到2032年的354亿美元。市场规模的扩大必然引导资源循环型制氢技术的大众化，预计绿氢在全体氢气产量中的比重也将增加，逐步实现碳中和目标。

大刀阔斧投资资源循环型制氢技术的现代汽车集团已经在相关领域取得了令人瞩目的成果。利用区域内产生的垃圾构建小规模W2H生产枢纽和建立以氢能为基础的产业园区的印度尼西亚HTWO Grid Solution就是代表性案例。期待此类逐步推进基础设施建设的资源循环型制氢技术能够构建现代汽车集团的氢能价值链，并助力全球碳中和目标实现。