氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣用于氫燃料電池現(xiàn)狀及前景探究

王智穎

摘 要：氫氣是一種具有較高環(huán)保價(jià)值的能源，氫燃料電池是該能源的主要利用形式之一。本文以嘗試分析氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣用于氫燃料電池現(xiàn)狀及前景，就當(dāng)前產(chǎn)業(yè)規(guī)模、主要技術(shù)、技術(shù)應(yīng)用以及商業(yè)化發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)范、技術(shù)突破等內(nèi)容進(jìn)行論述，為氫氣的進(jìn)一步利用提供參考，也為周邊產(chǎn)業(yè)的同步發(fā)展提供必要支持。

關(guān)鍵詞：氯堿企業(yè);副產(chǎn)氫氣;氫燃料電池;產(chǎn)業(yè)規(guī)模

工業(yè)上用電解飽和氯化鈉溶液的方法來(lái)制取氫氧化鈉、氯氣和氫氣，并以氫氧化鈉、氯氣和氫氣為原料生產(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè)，相關(guān)工業(yè)企業(yè)則統(tǒng)稱為氯堿企業(yè)。部分氯堿企業(yè)作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生大量副產(chǎn)氫氣，副產(chǎn)氫氣可用于氫燃料電池制作，提升企業(yè)綜合效益，就相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析十分必要。

1 氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣用于氫燃料電池現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)業(yè)規(guī)模

氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣的數(shù)目較多，在此前學(xué)者研究中，2016年、2017年、2018年三年間，我國(guó)氯堿企業(yè)生副產(chǎn)氫氣分別達(dá)到26.6萬(wàn)t、26.7萬(wàn)t、27.3萬(wàn)t的規(guī)模，其中約有25萬(wàn)t/a直接排入大氣。進(jìn)一步分析又可發(fā)現(xiàn)，氯堿企業(yè)每消耗1t燒堿，可產(chǎn)生待遇0.025t氫氣，我國(guó)2016年、2017年、2018年三年間，燒堿總產(chǎn)能在4200-4300萬(wàn)t左右，這意味著每年均有大量氫氣產(chǎn)生。自氫氣燃料電池出現(xiàn)后，我國(guó)氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣的利用得到一定程度的重視，在有關(guān)學(xué)者統(tǒng)計(jì)中，按每年排入大氣25萬(wàn)t計(jì)算，將浪費(fèi)的氫氣制備為氫燃料電池可供應(yīng)12萬(wàn)輛汽車行駛一年（日均消耗4-5kg氫氣）[1]。2019年的研究中，我國(guó)副產(chǎn)氫氣的產(chǎn)能態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)逐年增加的基本區(qū)域，2014-2018年，我國(guó)氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣產(chǎn)量和利用率變化見(jiàn)表1：

從結(jié)果上看，2014年以來(lái)我國(guó)氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣逐步得到利用，且呈現(xiàn)出逐年增加的特點(diǎn)，2018年底利用率達(dá)到10%以上，仍具有提升空間。

1.2 主要技術(shù)

從技術(shù)角度上看，當(dāng)前氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣主要通過(guò)六種方式復(fù)用，第一種多見(jiàn)于各類大型企業(yè)，其副產(chǎn)氫氣總量較大，可建立氫能基地，用于發(fā)電、制作氫燃料電池;第二種見(jiàn)于中小企業(yè)，該類企業(yè)將氫氣直接收集、存儲(chǔ)，作為燃料使用;第三種適用于技術(shù)密集型企業(yè)，該類企業(yè)對(duì)氫氣進(jìn)行壓縮提純，面向其他企業(yè)提供產(chǎn)品;第四種適用于技術(shù)密集型企業(yè)，該類企業(yè)進(jìn)行氫氣的二次加工，生成其他化工產(chǎn)品，提升氫氣附加價(jià)值;第五種適用于化工企業(yè)，該類企業(yè)利用氫氣進(jìn)行石油產(chǎn)品的裂化;第六種適用于大部分企業(yè)，可以氫氣為原料之一，進(jìn)行氨類物質(zhì)的制備，上述六種模式各具優(yōu)劣勢(shì)，從利用率、環(huán)保的角度上看，建立氫能基地，用于發(fā)電、制作氫燃料電池最為可行。

從技術(shù)方法上看，企業(yè)可首先進(jìn)行氫氣收集，之后對(duì)其進(jìn)行提純和去水等簡(jiǎn)單的純化處理，利用氫氣密度較低的特點(diǎn)，直接對(duì)反應(yīng)容器和通道進(jìn)行升溫，利用具有較強(qiáng)吸附能力的活性炭等物質(zhì)吸除雜質(zhì)，完成氫氣純化。純度較高的氫氣可直接供給到陽(yáng)極，純度較高的氧氣則供給到陰極，上述工作均在封閉的環(huán)境下進(jìn)行，且要求完全避免明火。利用氫氣和電解質(zhì)之間的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電子的持續(xù)釋放，電子向陰極游動(dòng)，只要反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，電池即可持續(xù)獲取能量（不考慮電解質(zhì)老化的情況下），反應(yīng)過(guò)程的產(chǎn)物為純凈水，無(wú)其他附加產(chǎn)品、有毒物質(zhì)，高效環(huán)保。在該模式下，副產(chǎn)氫氣利用率和吸收率均較高，氫氣利用率一般在95%以上，噪聲問(wèn)題也得到控制。

1.3 氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用規(guī)模和瓶頸

氫燃料電池技術(shù)的運(yùn)用，主要供給新能源汽車，2019年的調(diào)查中，我國(guó)的氫能源汽車保有量在1.0-1.5萬(wàn)輛之間，到2030年，我國(guó)氫能源汽車保有量可能達(dá)到100萬(wàn)輛以上，該產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值也將突破5000億，達(dá)到較大規(guī)模，按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，全國(guó)應(yīng)建設(shè)1000到1500個(gè)氫氣補(bǔ)充站，以滿足氫能源汽車的行駛和應(yīng)用要求。值得注意的是，目前氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣雖然得到應(yīng)用，但氫燃料電池技術(shù)仍有不足，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是我國(guó)的氫能源汽車制造能力相對(duì)不足，尚無(wú)法保證所有技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主，二是氫能源價(jià)格較高，在擁有可選擇余地的情況下，大部分車主仍青睞于傳統(tǒng)能源汽車，三是氫氣補(bǔ)給站建設(shè)消耗較大、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)稀缺，難以保證具體工作有效匹配新能源汽車需求以及氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用需求，此外，氫能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈也仍然單薄，抗風(fēng)險(xiǎn)能力差。

2 氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣用于氫燃料電池前景

2.1 商業(yè)化發(fā)展

氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣用于氫燃料電池制造，前景相對(duì)理想，核心方向之一是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展。目前我國(guó)氯堿產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)氫氣能源的利用率不高，能夠推行新技術(shù)有效利用副產(chǎn)氫氣的多為大型國(guó)企、央企，中小型企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)缺乏進(jìn)行技術(shù)更新的意愿，也缺乏進(jìn)行技術(shù)更新的資金支持。建議在后續(xù)工作中，加強(qiáng)對(duì)氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣應(yīng)用技術(shù)的推廣，確保各地主要氯堿企業(yè)均能夠掌握對(duì)應(yīng)技術(shù)，具備氫燃料電池的制備的技術(shù)條件。之后進(jìn)行資源整合，由臨近企業(yè)共同出資進(jìn)行生產(chǎn)線建設(shè)，或由第三方企業(yè)提供對(duì)應(yīng)服務(wù)，目標(biāo)企業(yè)償付對(duì)應(yīng)資金即可。該模式下，產(chǎn)業(yè)園區(qū)、企業(yè)密集區(qū)的氯堿企業(yè)，可各自投入較少規(guī)模的資金，完成副產(chǎn)氯氣的利用，推動(dòng)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如果區(qū)域內(nèi)氯堿企業(yè)減少，可由政府部門進(jìn)行引導(dǎo)投資，以商貸形式，幫助能夠大量產(chǎn)生氫氣的企業(yè)建立氫燃料電池的生產(chǎn)線，企業(yè)在未來(lái)若干年內(nèi)每年償付一定額度的貸款即可。該模式能夠也能提升氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣利用率，是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)獲取更好的商業(yè)前景。

2.2 產(chǎn)業(yè)規(guī)范

產(chǎn)業(yè)規(guī)范，是指氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣的利用、氫燃料電池的制備產(chǎn)業(yè)，應(yīng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步走向規(guī)范，包括國(guó)家層面的法律法規(guī)，也包括產(chǎn)業(yè)層面的技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品規(guī)范等。法律法規(guī)的完善，主要依賴立法部門工作，各地市場(chǎng)管理部門以及工商部門等，可進(jìn)行氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣情況、氫燃料電池制造情況進(jìn)行綜合分析，根據(jù)分析結(jié)果，了解氫氣產(chǎn)品質(zhì)量、安全性等，出具各類技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品規(guī)范。如規(guī)定所有企業(yè)的氫燃料利用設(shè)備，每個(gè)月需要進(jìn)行一次系統(tǒng)檢查，由具有對(duì)應(yīng)資質(zhì)的第三方和企業(yè)自身共同出具安全報(bào)告，檢查合格才能用于后續(xù)的生產(chǎn)作業(yè)。所有氫燃料電池，應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠安全、可靠的為氫能源汽車提供動(dòng)力。其他相關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品規(guī)范等，也按照該思路進(jìn)行處理，綜合提升指氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣的利用效果，推動(dòng)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2.3 技術(shù)突破

技術(shù)問(wèn)題在我國(guó)氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣利用、氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面并不突出，一方面現(xiàn)有的氫氣利用方法成熟，另一方面氫燃料電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，缺乏進(jìn)行技術(shù)突破的必要性。后續(xù)工作中，主要強(qiáng)調(diào)針對(duì)未來(lái)產(chǎn)業(yè)需求進(jìn)行技術(shù)突破，如氫氣易燃易爆，如何保證氫氣補(bǔ)充站的存儲(chǔ)安全，從技術(shù)角度進(jìn)行氫氣壓縮、提純和制備，如何進(jìn)一步提升氫氣的利用率等等。在條件允許的情況下，有必要做產(chǎn)業(yè)內(nèi)技術(shù)交流，由大型國(guó)企和央企牽頭，進(jìn)行立項(xiàng)研究，積極應(yīng)對(duì)氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣利用、氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)問(wèn)題。

綜上所述，氯堿企業(yè)副產(chǎn)氫氣可用于氫燃料電池的制備，前景良好。產(chǎn)業(yè)規(guī)模上看，我國(guó)氯堿企業(yè)數(shù)目較多，已經(jīng)初步形成副產(chǎn)氫氣利用的產(chǎn)業(yè)，核心技術(shù)為電解水的逆反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)氫燃料電池制備。從前景上看，商業(yè)化是技術(shù)運(yùn)用的主要趨勢(shì)，此外也應(yīng)重視產(chǎn)業(yè)規(guī)范和技術(shù)研究。

參考文獻(xiàn)：

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