氫能作為先進能源技術領域的重要方向，是當今國際能源科技與產業開發的熱點之一。我國十分重視氫能產業發展，2022年國家發展改革委、國家能源局聯合發布了我國首個《氫能產業發展中長期規劃（2021~2035年）》，明確了氫的能源屬性是未來國家能源體系的組成部分，要充分發揮氫能清潔低碳優勢，推動交通、工業等用能終端和高耗能、高排放行業綠色低碳轉型。同時，明確氫能是戰略性新興產業的重點方向，是構建綠色低碳產業體系、打造產業轉型升級的新增長點。

由于作為利用終端的氫燃料電池具有清潔、高效、靈活的特點，氫能正逐步演變為當今社會重要的能源供給形式之一。特別是在交通動力電動化過程中，重型汽車、輪船等交通工具電動化技術障礙較大，需要一種新的能源替代石油產品。氫能正是這種被期待的二次能源，其使用過程沒有二氧化碳排放，生成的水可以進入地球的水循環系統。近些年許多加氫站出現在城市里，車輛加氫越來越便捷。數據顯示，截至2023年底，我國已建成加氫站428座，在運營加氫站274座。在全球已建成的千余座加氫站中，我國占比排名第一，其中中國石化建成加氫站128座。

加氫站供應的氫氣主要依靠長管拖車運輸，存在安全風險，并且裝卸載時間長，運輸效率低、成本高，綜合能效不理想，使得加氫站的氫氣保供與價格問題越來越突出，成為制約整個氫能產業持續發展的關鍵環節。因此，分布式站內制氫就地供氫的方式越來越受到關注。中國石化石油化工科學研究院科研團隊深度分析市場現有氫氣供應方式的局限性和主要矛盾，深入探討分布式制氫技術從開發到應用的發展狀況，展望分布式制氫技術的經濟性優勢和發展前景，并對我國分布式制氫技術的發展提出建議。

氫能市場供給端現狀分析

氫能產業鏈包括制、儲、輸、用，氫源供應是氫能產業發展的基礎。

氫氣制取在石化行業非常普遍，制氫技術包括化石燃料制氫、工業副產氫和可再生能源制氫等多種路線。為了支撐氫能產業發展，目前加氫站的氫氣多來源于石化行業的工業氫氣，經分離提純后即可滿足氫燃料電池使用要求（GB/T-32744-2018）。所以，現有加氫站普遍采用“工廠氫提純+高壓長管拖車運輸+加氫站”的模式。這種模式可以節省產業起步投資成本，加快產業鏈建設。

但這種模式天生就有很多弊端，首先是運氫效率低，目前的高壓氣體鋼瓶氫氣壓力為20兆帕，一輛高壓長管拖車可以裝載氫氣約400公斤，而長管拖車自重約40噸，且為了運輸安全，氫氣不能完全卸出，卸氫率一般為70%~80%，運輸效率不高；其次是不能滿足未來規模化運氫的要求，氫氣高壓長管拖車屬于監管車輛，不能上高速，如果一座日加氫1000公斤的加氫站運營，每天至少需要3輛車充裝，操作頻繁且受限；再次就是運輸成本高，特別是城市周邊沒有可供的工業氫氣源，長距離運輸讓成本雪上加霜。

隨著氫能終端市場不斷擴大，加氫站的氫氣供給保障和成本問題越來越突出，嚴重制約了氫能產業的健康發展。如果能夠在加氫站現場制取氫氣，將會讓目前棘手的氫源問題迎刃而解。技術人員嘗試將化工廠的制氫裝備搬到加氫站，卻發現這些成熟的制氫技術沒有辦法滿足加氫站占地少、安全可靠、智能化等諸多要求，而且不同的加氫站能夠選取的制氫原料差別很大，因此新一代的分布式制氫技術被開發出來并逐步應用。

分布式制氫技術

傳統制氫技術包括煤制氫、石油制氫、天然氣制氫、醇類制氫、水電解制氫等。由于分布式制氫要滿足原料易得、設備可以集成化、排污少的要求，因此天然氣制氫、甲醇制氫、氨分解制氫、水電解制氫成為優選路線。縱觀我國綠色低碳能源發展現狀，綠色天然氣、綠色甲醇、綠氨和綠電都是綠色能源載體，也符合我國發展氫能的初衷。

分布式天然氣制氫

利用天然氣可以便利地制取氫氣，很多石化企業都有應用，而城市也有便利的天然氣管網，這為加氫站實現分布式天然氣制氫奠定了基礎。分布式天然氣制氫是以天然氣為原料，通過一系列化學反應得到氫氣，包括天然氣凈化、重整反應、變換反應、氫氣提純等過程，其中，天然氣重整反應需要在850攝氏度下完成，因此重整反應器的小型化和智能化是整個技術的核心之一。

另外，高性能的重整催化劑和變換催化劑都需要滿足分布式制氫高度集成的新要求。分布式制氫不能像在工廠那樣具有非常完整的公用工程條件和寬闊的場地，因此需要采用大量的過程強化技術和流程優化技術來減少占地和提高制氫效率。國內典型示范案例為廣東佛山南莊制氫加氫一體站，采用了分布式天然氣制氫技術，包括小型重整轉化爐等裝備。

分布式甲醇制氫

甲醇制氫是化工行業廣泛應用的制氫技術之一。甲醇是大宗化工原料，來源豐富、成本低，常溫常壓下是液體，便于儲存和運輸。我國是全球最大的甲醇生產國，擁有全球甲醇產能的60%，因此，采用甲醇制氫具有非常便利的條件，特別是國內綠色甲醇項目大量上馬，為加氫站使用綠色甲醇制取綠氫提供了支撐。甲醇制氫是以甲醇和水為原料，在催化劑的作用下生成氫氣的過程，工業甲醇制氫多采用燃燒爐加熱的方式，流程上更為簡單，但這種明火供熱模式不能在寸土寸金的加氫站實施，因此分布式甲醇制氫多采用“甲醇重整+催化氧化”的方式。

甲醇制氫的過程主要包括甲醇重整、催化氧化和氫氣提純等。甲醇制氫條件溫和，制氫系統內最高溫度約250攝氏度，產品氫氣壓力為1.5~2.5兆帕，采用催化氧化的供能方式在解決解吸氣排放的同時保證了系統供能的本質安全。因此，甲醇重整催化劑、催化氧化催化劑和系統集成技術是分布式甲醇制氫的核心技術。國內典型示范案例為遼寧大連盛港綜合加能站，為國內首座商業運營的制氫加氫一體站，采用中國石化自有技術，每天可產出1000公斤能滿足燃料電池氫氣標準的高純度氫氣。

分布式氨分解制氫

分布式氨分解制氫是以液氨原料生成氫氣和氮氣的過程，分布式氨分解制氫具有用戶終端無碳排放的優勢，可再生氫氣與氮氣的結合使氨成為零碳排放的氫能載體，且制氫能耗僅為電解水制氫的1/3，被視作解決氫能運輸存儲難題的新路徑。分布式氨分解制氫主要包括氨分解爐和兩級氫氣提純。通過開發高效、低溫、長壽命氨分解催化劑和高效氫氮分離技術，可大幅降低制氫能耗。國內典型示范案例為中國石化廣西南寧振興制氫加氫一體站，采用中國石化自有技術，每天能產出500公斤99.999%高純度氫氣，可滿足40多輛氫燃料車用氫需求。

分布式水電解制氫

水電解制氫很早就用于小型制氫場景，由于我國低碳能源廣泛且快速發展，水電解制氫迎來發展高潮。根據使用電解質的不同，電解水方式分為堿性水電解（ALK）、質子交換膜電解（PEM）、固體氧化物電解（SOEC）、堿性陰離子交換膜電解（AEM），其中SOEC和AEM目前處于探索階段。堿性水電解制氫和質子交換膜電解水制氫是目前分布式電解水制氫的主要方式，電耗成本占電解水制氫成本的75％~85％，主要包括電源、電解槽和氫氣提純等單元。質子交換膜電解水制氫與堿性水電解制氫相比，能耗更低、設備結構更緊湊，且啟停靈活，更適用于離網制氫，但目前投資較高。

分布式制氫技術展望

隨著我國氫能產業快速發展，氫氣需求加大，氫氣制取、儲運、使用之間的矛盾越來越突出，對新的供氫模式的需求越發迫切。采用在加氫站分布式制氫的方式，可解決氫氣儲運成本過高、基礎設施缺乏等問題，是近中期最現實的氫源解決方案之一。國外已開展了多種技術形式的示范，如法國后丹加氫站、日本大川加氫站和美國圣塔莫尼卡加氫站等均采用站內制氫的方式提供氫氣，供氫網絡靈活可靠。

國內分布式制氫技術受技術規范、審批流程等因素影響發展相對緩慢，但隨著廣東佛山、四川成都、遼寧大連、山東淄博、湖北武漢、內蒙古鄂爾多斯等地紛紛出臺相應的政策支持分布式制氫項目，國內技術發展和需求迎來新契機。制氫路線的選擇主要取決于原料資源的獲取度和成本，未來分布式氫載體制氫與燃料電池聯用將很有可能在不間斷電源、家用熱電聯供系統及分散電站等氫能應用領域獲得更廣闊的市場機會。

原文始發于微信公眾號（氫能客）：分布式制氫：讓加氫站“氫”而易得!