制氢——过程概览

氢被认为是未来的能源载体，尤其是通过可再生电力制取的氢。但其他制取方法在全球范围内仍然占有一席之地。无论这些方法是否气候中和，制取的氢气被标记为什么颜色，其化学性质都是相同的。

氢制取商可以以工业规模采取多种制取方法。根据制取过程和用于制取的能源，氢气被标记为不同的颜色，代表特定制取方法对气候的影响。

绿氢是通过电解水制取的，该过程仅使用来自可再生能源（如太阳能和风能）的电力。无论使用何种电解技术，绿氢的制取都是完全无碳的。因此，该种氢气的制取方法是气候中和的。

灰氢由化石燃料通过蒸汽重整制取。在此过程中释放到大气中的二氧化碳会导致温室效应。制取一吨氢气会产生约十吨二氧化碳。

蓝氢的制取方式与灰氢相同。但是，产生的二氧化碳会被捕获并永久储存。这项技术被称为碳捕集与封存（CCS）。使用这项技术，蒸汽重整过程中产生的二氧化碳不会进入大气。因此，这种方法也是气候中和的。碳封存的长期影响仍然未知。

蓝绿氢是通过甲烷的热裂解（甲烷热解）产生的。这个过程产生固体碳。为了使该过程实现碳中和，供应给高温反应器的热量必须来自可再生能源，并且必须永久封存由此产生的碳。

由于氢在自然界中仅以化合物的形式存在，因此必须使用能量作为催化剂，使其从富含氢的源材料中分离出来。这些原料可以是天然气和其他碳氢化合物，例如原油、生物质、水，当然还有其他含氢化合物。然后使用电能、化学能或热能来分离这些物质的成分以获得纯氢。

电解的原理很简单。通过向电解槽施加电压，水（H2O被分解成其成分：氢（H2）和氧（O）。下面是其原理：

• 在最基本的形式中，电解槽包含一个阴极（负电荷）、一个阳极（正电荷）和一个膜。
• 整个系统还包括泵、通风口、储罐、电源、分离器和其他组件。
• 电流在阳极和阴极穿过质子交换膜（PEM），导致水分解为氢和氧成分。
• 氢分子被捕获和收集。

电解产生的氢气也可以在后续工艺步骤（CCU：碳捕集和利用）中转化为甲烷气体。这种甲烷气体可以被送入气网并输送给消费者，或者储存在气体储存设施中。合成甲烷（SNG）的制取会产生水和热作为副产品。

而今，几乎一半氢气仍然是使用天然气蒸汽重整的传统方法制取的。该方法使用蒸汽将天然气分解为氢气和二氧化碳（CO2）。由此产生的二氧化碳可以被封存（CCS：碳捕集和封存）或用于下游工业过程中（CCU：碳捕集和利用）。

甲烷热解是一项全新的技术，可在高温反应器中将天然气或生物甲烷直接分解为氢气和固体碳。相比之下，这种方法需要很少的能量。所得碳以其固体形式结合，然后可以在工业规模上进一步加工。该过程还可以使用生物质作为原料。如果它使用可再生能源发电，则根本不会产生温室气体。

电转X技术与制氢方法密切相关。这些技术对将在未来发挥可持续作用的能源概念进行了命名：

• 电转X工艺将电、水和二氧化碳转化为其他。
• 电转气产生气态物质，例如氢气或甲烷。
• 电转化学品制取用于工业加工的化学品。
• 电转燃料产生合成燃料（所谓的电子燃料）。

因此，气体或液体燃料的制取由两条制取链组成：氢气的制取（电转气）和甲烷的制取（电转液）。

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