垃圾制氢 “绿”从何来

作为公认的清洁能源，氢能“去碳化”已经成为老生常谈的问题，氢气本身只产生水，但部分氢气的生产过程却不那么“清洁”。灰氢，也就是化石能源制氢，目前仍占我国氢气产量的50%以上，要实现灰氢到绿氢的升级，就要做到制氢全路径零碳，而在这一背景下，垃圾制氢这一小众路线引起人们的关注。

垃圾制氢简述

目前我国垃圾处理方式主要是通过填埋或燃烧。垃圾焚烧的过程中，产生的热量可以回收再利用，但这一方式也会产生二次污染化合物和重金属飞灰等，需要配备烟气处理设施。垃圾填埋虽然操作简单，但十分占用土地，容易污染环境。

垃圾制氢则可以避免这些问题。

通过1600℃的高温，垃圾原料中的有机物直接气化成合成气体。通过洗涤分离储存，避免飞灰产生。

重金属等有害物质经过高温处理后，可以实现无公害的玻璃化，不会产生二次污染。

垃圾制氢对于城市来说是一种双赢的方式。通过垃圾制氢，城市垃圾变成了“城市矿产”，不仅解决了城市所需的清洁能源不足问题，还为降低了垃圾处理费用，所产生的玻璃体还可以用于城市的建设，助力打造整洁优美的城市面貌。另一方面，垃圾制氢所占用的土地面积较小，对于一些土地稀缺的城市是更优的垃圾处理方式。

技术原理

常见垃圾制氢技术有气化法、热解法和厌氧发酵法等，其中气化法是有机废弃物和气化介质发生热化学反应，转化为CO和H2合成气的方法。这一方法技术较为成熟，经济价值较高，是当前垃圾制氢的主要方式。

气化法的效率受气化剂、气化温度以及催化剂的影响。根据气化介质的不同分为O2气化、空气气化、H2O气化等方式。气化反应温度越高，气化速率越快，H2产出率越高。气化法常见催化剂如下。

有研究结果表明，适合的催化剂可以有效提高原料的H2产率。

另外，厨余垃圾制备氢气主要采用厌氧发酵法，工业上应用较多的是“两步法”。根据《污泥餐厨垃圾不同混配比厌氧发酵产氢产甲烷》计算，厨余垃圾经发酵后产生沼气，沼气提纯后再制备氢气。每吨厨余垃圾平均产生69立方米沼气，对应45立方米甲烷。根据《天然气制氢工艺介绍及成本分析》计算，每立方米甲烷约产生2立方米氢气，最后得出1吨厨余垃圾可转化为90立方米氢气。

厌氧发酵法的另一种工艺是通过改变催化剂、反应条件、反应物的配比在发酵时尽可能多的产出氢气和甲烷，但这种工艺目前还停留在实验室阶段。

历史与现状

中国化学开创了垃圾制氢加氢一体站的先河，采用“垃圾制氢-氢油储氢-氢气加注”的工艺为垃圾制氢开辟了新赛道。

从2019年以来，国内垃圾制氢发展平稳前进，各企业陆续开展实践项目，总体水平与国外处于“并跑”状态。

据央视网报道，国内首个垃圾制绿氢示范项目所应用的等离子气化技术氢气回收率大于75%，1吨生活垃圾产生20-40t氢气，经济效益可达1600元，同时助力城镇垃圾的属地化处理。

 近日，瓦尔登技术集团有机垃圾制绿氢中试生产线取得新突破，自主研发的甲烷连续裂解工艺及甲烷裂解高效催化剂，实现了甲烷一步热解制备氢气。与高温热裂解法（1200℃）和熔融金属裂解法（900-1100℃）相比，应用催化剂能够降低热解温度（550-700℃），甲烷单程转化率达到70-85%，每天可产氢气1000kg，可产固体碳3600kg。

面临的问题

想做到既要“绿”，又要省，垃圾制氢技术还有很多技术难关需要突破。

首先是温度的控制，垃圾完全制氢需要1600℃的高温，需要纯氧、空气分离机以及更多能源的参与，相对来说成本高了很多。

经计算，在不考虑电价和原材料的前提下，各种制氢方法的成本如下。

可见目前垃圾制氢成本只比电解水低一点，与其他种类制氢无法相比。但在形成规模效应后，成本可能会下降到20元/kg。

此外，垃圾制氢受还成分影响，对于垃圾制氢来说，垃圾的热值最好在1500大卡以上，含水量在35%以下。目前国内城市生活垃圾呈现含水量大、热值低的特点，导致焚烧无法达到最大值。对这一问题，国内的垃圾处理水平还需要提升，国内的垃圾分类制度对垃圾制氢的发展有极大的好处，但部分城市对此并不重视，最终产生分类成本，制氢成本也在无形中增加。

未来展望

目前垃圾制氢还处于中试阶段，垃圾制氢产业化要从氢能应用端来看，保证氢能的消纳是垃圾制氢产业化的保障，垃圾制氢成本要高很多，如果不能消纳无法参与市场。也有专家表示，伴随着电解水制氢的普及，垃圾制氢在氢能源产业中占比有限，但相对来说综合价值较高，是一种值得推广的新技术。