掃描關(guān)注微信
但是，并非所有的氫能都是綠色的，這主要取決于氫氣的來源。因為生產(chǎn)方式不同，商業(yè)制氫分為“灰色氫”、“藍色氫”、“綠色氫”（點擊可查看具體定義）。前兩種氫來自化石燃料，也存在不同程度的二氧化碳排放。
只有“綠氫”，因為以風(fēng)力、太陽能等可再生能源電力電解水產(chǎn)生氫氣，這種方式獲得的氫氣可以實現(xiàn)綠色零排放，所以成為研究重點。
綠氫因為成本比較高，目前占比非常低，全球綠氫供應(yīng)量占消費總量不到5%。綠氫成為叫好不叫座的產(chǎn)品。
目前，歐洲、美國、日本等地，突然流行垃圾制取氫氣，這是一種比“綠氫”更環(huán)保的方式，而且成本更低，在一些地方還能獲得額外的垃圾處理費，所以也可以稱為“零成本”制綠氫。
這到底是一種什么技術(shù)，是如何運作的，讓我們來了解一下。
1、一噸垃圾產(chǎn)出100公斤氫氣
Boson Energy是一家總部位于盧森堡的科技公司。公司創(chuàng)始人包括Jan Grimbrandt 和Wlodzimierz Blasiak等，都是圈內(nèi)牛人。
Jan Grimbrandt 是Boson的首席執(zhí)行官，在工業(yè)和清潔技術(shù)能源領(lǐng)域內(nèi)擁有廣泛的知名度，他在創(chuàng)立Boson之前，曾創(chuàng)建過兩家公司，分別是Mobotec Europe AB和Altoptronic AB，都是關(guān)于脫碳和控制污染之類的企業(yè)，后來賣給了 Nalco和西門子公司，獲得了第一桶金。
Wlodzimierz Blasiak則是高溫氣化和燃燒領(lǐng)域備受尊敬的專家，在全職加入 Boson之前，他是瑞典斯德哥爾摩皇家理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系的教授，他的主要研究課題是低NOx燃燒、高性能工業(yè)爐的設(shè)計、富氧燃燒和高溫氣化等問題。
Boson公司聲稱，它們的任務(wù)就是解決世界垃圾問題，通過將不可回收的廢物轉(zhuǎn)化為可持續(xù)和有利可圖的氫能和其他能源資源。
以零或更低的成本從不可回收的廢物中生產(chǎn)負碳綠氫，是主推產(chǎn)品。他們認為，賣氫和其他附加產(chǎn)品的收入完全可抵消生產(chǎn)氫氣的費用。
Boson開發(fā)了一種等離子體輔助氣化過程，該過程利用極高的溫度將廢物分解成氫、二氧化碳和熔化的泥漿，這些泥漿會凝固成藍色/灰色的玻璃狀巖石。
Jan Grimbrandt 告訴媒體，這一過程將創(chuàng)造幾個收入來源。氫氣、“綠色二氧化碳”和玻璃巖將被出售以賺取利潤，同時該公司還將從地方當(dāng)局和回收公司獲得處理垃圾的費用，以及避免垃圾填埋場甲烷排放的碳信用額。
盡管二氧化碳是一種溫室氣體，但它是各種行業(yè)使用的一種重要產(chǎn)品，包括碳酸飲料、食品加工、食品包裝和溫室，通常來自化石燃料。它還可以用來幫助固化水泥和其他建筑材料，這將固定二氧化碳，防止其釋放到大氣中。
這種惰性玻璃巖可用作水泥、混凝土和道路建設(shè)的工業(yè)集料。
這些收入來源基本上足以抵消氫氣生產(chǎn)的成本，從而使零碳氫氣的生產(chǎn)成本達到零甚至低于零。
根據(jù)Boson的說法，該工藝每噸廢棄物將產(chǎn)生大約100公斤的負碳氫氣，并且每噸所需的可再生電力只是水電解產(chǎn)生綠氫的六分之一。
全球每年約有20億噸不可回收的垃圾被傾倒或焚燒，潛在市場是巨大的。
“歐洲每年有1億噸垃圾被填埋，1億噸垃圾被焚燒。所以這些廢物中有2000萬噸潛在的氫氣。”Jan Grimbrandt 說。
歐盟委員會制定了到2030年生產(chǎn)1000萬噸綠色氫氣的目標(biāo)，主要來自40GW的電解槽，并同時進口相同數(shù)量的綠氫。
Boson認為，從能源安全角度來看，讓歐洲在當(dāng)?shù)貜膹U物或生物質(zhì)中生產(chǎn)氫氣會更有意義，而不是像德國、荷蘭和歐委會計劃的那樣，試圖從世界其他地區(qū)進口氫氣。
Boson公司目前正在歐洲各地(西班牙、德國、瑞典、挪威、波蘭、荷蘭和盧森堡)開發(fā)10個商業(yè)項目，這些項目包括在歐洲清潔氫聯(lián)盟(ECH2A)的750多個符合歐委會標(biāo)準(zhǔn)的項目中。
這十個項目每年能生產(chǎn)6萬噸負碳氫氣。如果把這個容量放在電解槽下，基本上相當(dāng)于1GW的風(fēng)力電解槽。
Boson的愿景是與當(dāng)?shù)貜U物管理公司和市政當(dāng)局合作，共同建設(shè)、擁有和運營小型、無污染的廢物制氫工廠，每個標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施的空間只有40*60平方米，每年生產(chǎn)3500噸清潔氫氣。
Boson計算出，要將全球每年20億噸未循環(huán)利用的廢物全部轉(zhuǎn)化為氫氣，需要6萬家這樣的分布工廠。如果所有的氫氣都被用來驅(qū)動電動汽車，將減少20%的全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放。
Boson目前正與將提供設(shè)備和系統(tǒng)的合作伙伴公司合作，包括西門子能源、總部位于蒙特利爾的PyroGenesis、總部位于維也納的RHI Magnesita、挪威綠色技術(shù)公司Haldor-Topsoe和美國霍尼韋爾公司。
2、垃圾制氫是如何運作的？
Boson基于25年發(fā)展設(shè)計的系統(tǒng)其實非常簡單。主要是一套等離子體輔助氣化過程。
粗略粉碎的廢物進入一個垂直的反應(yīng)器，由能夠產(chǎn)生高達7000°C溫度的電動等離子火炬從底部加熱。
因為反應(yīng)堆頂部的溫度遠遠低于底部，因此廢物在流向底部的過程中會經(jīng)過不斷增加的熱區(qū)，每個溫度區(qū)都發(fā)揮著自己的重要功能。
在最上面的區(qū)域，廢物被干燥和加熱。然后，它向下移動到更熱的區(qū)域，在那里發(fā)生熱解(在沒有氧氣的情況下通過加熱分解)。生物可降解物質(zhì)變成熱解氣體，是氫、一氧化碳和輕烴(主要是甲烷)的混合物。
在下一個區(qū)域，剩余的物質(zhì)——碳和無機材料，被蒸汽氣化，所有這些步驟中釋放的氣體結(jié)合成一種氫和一氧化碳的混合物。
然后，離開反應(yīng)器的氣體經(jīng)過蒸汽重整和水煤氣變換過程，將剩余的碳氫化合物和一氧化碳轉(zhuǎn)化為額外的氫氣和二氧化碳。最后一步是將合成氣分離成氫氣和二氧化碳。留下的是少量的剩余氣體，由氮、一些二氧化碳和一小部分碳氫化合物組成，用作生產(chǎn)蒸汽的能源。
剩下的物質(zhì)主要是無機灰和礦渣，落入底部的玻璃化室，在那里它被等離子火炬加熱到1500-2000°C進入熔融狀態(tài)。這種類似熔巖的液體被提取出來，冷卻成一種惰性的玻璃狀物質(zhì)，Boson給它取了一個名字“IMBY巖石”。
在這個過程中，廢物轉(zhuǎn)化為氫氣比直接焚燒顯然更好。
在歐洲，通過焚燒垃圾發(fā)電可以防止甲烷垃圾填埋場的排放，但燒爐也會排放溫室氣體，包括二氧化碳和NOx排放，以及其他對人類健康有害的污染物。
特別是塑料垃圾燃燒會產(chǎn)生有毒污染物。大約12%的城市固體廢物由塑料組成，當(dāng)塑料燃燒時，會向大氣中釋放有毒氣體，如二噁英、呋喃、汞和多氯聯(lián)苯，由此釋放的有毒物質(zhì)對植被、人和動物的健康以及整個環(huán)境都構(gòu)成了威脅。二噁英在莊稼和水道中停留，最終進入我們的食物，這是一種有毒化合物，可導(dǎo)致癌癥和神經(jīng)損害。
垃圾焚燒時，還會產(chǎn)生煙道氣中存在的飛灰和堆積在焚燒爐底部的底灰。后者可以添加到瀝青中，但前者是一種危險物質(zhì)，必須在礦山或采石場進行處理和處置，并支付額外費用。
因此，從人類健康的角度來看，焚燒并不是一件好事。從經(jīng)濟角度來看，這也不是理想的。
在歐洲，垃圾處理公司，每處理一噸廢物能賺取15-20歐元。如果從焚燒轉(zhuǎn)向這套垃圾制氫工藝，將帶來每噸20歐元至200歐元的利潤。
3、垃圾制氫在全球突然火起來了
其實，除了Boson Energy公司，在美國、中國、日本、英國等地，也紛紛冒出諸多通過廢棄物制取氫氣的初創(chuàng)公司。
比如美國加州的Ways2H公司，成立于2019年，正在研發(fā)的氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)，使用的原料垃圾品種很多，木屑、城市垃圾、污水、污泥、醫(yī)療垃圾、飛機運營和乘客產(chǎn)生的垃圾，在公司的車間里都能變成氫氣，1噸的垃圾可生產(chǎn)出40～50公斤的氫氣。
Ways2H還和Element 2合作，計劃在英國建立40座垃圾制氫站。
另一家總部位于華盛頓特區(qū)的SGH2 Energy公司，也是一家將廢物轉(zhuǎn)化為氫氣的公司。
2020年5月，SGH2宣布，將聯(lián)合加州蘭開斯特市政府、日本氫工業(yè)氣體公司巖谷在蘭開斯特引入世界上最大的綠色氫生產(chǎn)設(shè)施。該工廠將采用SGH2氣化技術(shù)，利用生物垃圾、生物質(zhì)和循環(huán)水生產(chǎn)負碳氫。
作為該綠色制氫設(shè)施的接收方和共同所有者，蘭開斯特市將幫助提供有保證的廢紙原料，減少垃圾填埋場產(chǎn)生的甲烷，從而為該市節(jié)省垃圾填埋和填埋場空間成本，每噸約為50-75美元。
SGH2 則同意，十年內(nèi)，每年向南加州各地的加油站出售3850噸“比綠色更環(huán)保”的負碳氫。這筆交易是迄今為止全球第一筆長期綠色氫氣承購協(xié)議。
這座等離子增強型氣化廠計劃于2023年夏天投產(chǎn)，將由市政府和SGH2通過公私合作伙伴關(guān)系共同擁有。
今年1月，英國政府公布了一個最新的政府資助項目：提供500萬英鎊初期資金，支持高等院校、科研機構(gòu)以及初創(chuàng)企業(yè)進行新技術(shù)研發(fā)，發(fā)展可回收生物質(zhì)制氫和垃圾制氫。
與此同時，日本汽車制造商豐田、工業(yè)氣體生產(chǎn)商巖谷徹和工程設(shè)計公司JGC也宣布，將合作研究塑料垃圾制氫技術(shù)，推動可持續(xù)氫經(jīng)濟發(fā)展。
中國企業(yè)也成為了垃圾制氫領(lǐng)域的“先行者”。2021年9月，東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司與重慶市潼南區(qū)人民政府簽訂了垃圾發(fā)電耦合制氫及氫能示范項目合作意向書，將環(huán)保和氫能結(jié)合到一起，建成后有望成為中國首個商業(yè)化垃圾制氫示范項目。
4、變廢為寶新途徑
目前，垃圾處理方式主要是填埋或者焚燒發(fā)電，我國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒最主要的技術(shù)是爐排爐和循環(huán)流化床爐焚燒，這類設(shè)備具有投資大、運行成本高的特點，多用于規(guī)模較大的城鎮(zhèn)生活垃圾處理。東方電氣負責(zé)垃圾發(fā)電耦合制氫及氫能示范項目的工作人員介紹，爐排爐焚燒和循環(huán)流化床焚燒過程中產(chǎn)生的化合物以及飛灰，容易對環(huán)境造成二次污染，項目選址落地越來越困難，垃圾如何實現(xiàn)低碳化處理尤為關(guān)鍵。
在此背景下，熱解氣化技術(shù)作為一種新型的生活垃圾處理技術(shù)，逐漸受到重視。上述人士表示，對垃圾進行熱解氣化具有優(yōu)異的環(huán)保特性，可以有效降低化合物生成量并減少飛灰排放量，有機物分解為簡單的氣體分子形成一氧化碳和氫氣，用作燃料或化工原料，實現(xiàn)生活垃圾處理的無害化、減量化和資源化。
據(jù)介紹，我國目前原生生活垃圾的平均含水量為50%-60%，過高的含水率不僅增加了垃圾焚燒企業(yè)后續(xù)煙氣治理的成本，還降低了垃圾的發(fā)電量。而在垃圾氣化制氫過程中，原生垃圾的含水量不影響物料氣化，反而能夠幫助提高合成氣中有效氣的含量。此外，城市生活垃圾中含有大量的碳氫化合物，是一種比煤等化石能源更適合氣化制氫的原料來源。
他指出，目前國內(nèi)已有許多地方在生活垃圾處理技術(shù)選擇時指定采用熱解氣化技術(shù)。在碳達峰、碳中和背景下，伴隨著我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，低碳清潔氫將迎來大規(guī)模應(yīng)用需求，基于此，垃圾制氫的應(yīng)用場景也日漸清晰，
5、經(jīng)濟、環(huán)保效益顯著
垃圾制氫的經(jīng)濟效益如何？上述人士給記者算了一筆賬：垃圾制氫的經(jīng)濟性評價包括制氫成本、設(shè)備折舊、稅金、人工以及各項稅費、合理利潤，目前每千克氫氣生產(chǎn)成本在合理的原材料價格和電價的前提下，煤制氫約10元/千克，天然氣、石腦油、重油、甲醇制氫約17元/千克，工業(yè)副產(chǎn)氫回收提純21元/千克，電解水制氫約30元/千克。
在不計算垃圾處理補貼的情況下，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，而在垃圾氣化工段，純氫制造成本為13.80元/千克。因此，生活垃圾制備高純氫氣的總生產(chǎn)成本約為28.74元/千克。在計算垃圾處理補貼的情況下，垃圾制氫的成本還會進一步下降。形成規(guī)模效應(yīng)后，垃圾熱解氣化制氫的成本有望降到20元/千克以下，與天然氣等化石能源制氫技術(shù)成本相當(dāng)。由此可見，生活垃圾熱解氣化制氫技術(shù)很有應(yīng)用潛力。
另外，相較化石能源制氫，生活垃圾制氫的碳排放更低，環(huán)保效益顯著。上述人士表示：“利用垃圾制氫，每噸氫氣減少的二氧化碳排放量約為23—31噸。垃圾制氫研發(fā)工作的開展，有望為垃圾處理技術(shù)開拓一條新的路徑，也將成為垃圾填埋場區(qū)域環(huán)境綜合治理的關(guān)鍵核心技術(shù)。”
6、有效提升企業(yè)收益
2019年7月，財政部表示，一方面，擬對已有項目延續(xù)現(xiàn)有補貼政策；另一方面，考慮到垃圾焚燒發(fā)電項目效率低、生態(tài)效益欠佳等情況，將逐步減少新增項目納入補貼范圍的比例，引導(dǎo)通過垃圾處理費等市場化方式對垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)予以支持。
據(jù)了解，我國垃圾焚燒企業(yè)主要收益由兩部分組成，一是垃圾處理費，即每處理一噸垃圾，政府需要支付費用，業(yè)內(nèi)平均價格在50-80元不等。二是上網(wǎng)電價收入，數(shù)據(jù)顯示，2018年垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)噸垃圾平均上網(wǎng)電量均值為283千瓦時，執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)桿電價0.65元/千瓦時。這意味著即噸垃圾的處置收益除了補貼以外，不到200元。面對補貼逐步退坡，垃圾發(fā)電企業(yè)亟待提升垃圾處理效益，以應(yīng)對生存困境。
目前，正常情況下燃料電池用高純氫氣的價格在55-60元/千克，因此，與垃圾焚燒相比，利用熱解氣化技術(shù)處理城市生活垃圾不僅能對城市生活垃圾進行大規(guī)模減量化，還能在處理垃圾的同時生產(chǎn)附加值高的燃料電池用氫氣，有效提升垃圾發(fā)電企業(yè)收益。
在德國、日本、美國等國家，生活垃圾熱解氣化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從中溫氣化發(fā)展到了環(huán)保性更好的高溫氣化，而熱解氣化技術(shù)在國內(nèi)還不夠成熟，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍處于起步階段，需要持續(xù)關(guān)注。
原標(biāo)題：一噸垃圾可產(chǎn)100公斤氫氣，零成本制綠氫實現(xiàn)變廢為寶，前景可觀
寧德時代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...