二氧化碳零排放氢制造市场潜力巨大

据研究所调查，氢基础设施相关市场规模预计到2050年将达到年160万亿日元。为了实现氢社会，作为不可或缺的举措而备受关注的，便是不会排放二氧化碳的氢制造项目。其背景是，发达国家在2009年的G8拉奎拉峰会上达成协议，要在“2050年之前使发达国家整体二氧化碳排放量削减80％”。氢基础设施相关人士根据该协议，对氢社会的前景进行了展望，要想实现这一美好愿景，前提条件便是制造二氧化碳零排放的氢。

氢基本上不单独存在于自然界中，它主要以碳化氢及水等化合物的形式存在。因此，需要采用一些方法向这些化合物施加能量以制造氢。目前使用的大都是工厂生产的副产氢，供应不足时则通过对化石燃料重整来制造。这些氢制造工艺在施加能量的过程中会排放二氧化碳。

对此，有关方面正积极地从两个方面进行制造二氧化碳零排放氢的尝试，即（1）利用可再生能源生成的电力对水进行电解；（2）虽然采用对化石燃料进行重整或者气化加工的方法，但通过利用“二氧化碳捕集及封存”（CCS：将重整和气化时产生的二氧化碳在向大气排放之前进行分离、捕集及封存）工艺，来实现二氧化碳的零排放。

全球启动28个项目

日经BP清洁能源研究所关于全球主要氢基础设施相关项目的调查报告《全球氢基础设施项目总览》（2013年10月24日发行）中提到，在70个主要项目中，力争实现二氧化碳零排放的氢制造项目多达28个。

其中，使用可再生能源的二氧化碳零排放项目为26个。从具体类别来看，通过风力发电制造氢的项目最多，共10个，利用可再生能源生成的电力对水进行电解来制造氢的项目为6个，通过生物燃气制造氢的项目也是6个，通过太阳能发电制造氢的项目为3个。

通过水力发电制造氢的项目则只有1个，这是因为这种方式已经得到部分普及，因此只是选出一个电力供求方面的先进举措。还有2个项目是在煤田和天然气田当地对化石燃料进行重整或者气化加工，与此同时进行二氧化碳捕集及封存，从而实现二氧化碳零排放。

德国利用日益增多的风力发电制造氢

在上述项目中备受关注的，要数德国利用风力发电生成的电力、通过电解来制造氢的项目。德国已经决定去核电，因此开始越来越多地采用可再生能源中的风力发电，其中多数集中在德国北部。

由于德国北部没有太大的电力需求，因此需要向工业集中的德国南部输送电力，但铺设高压输电线的步伐十分缓慢。因此，利用德国北部风力发电剩余的电力制造氢并加以利用的项目日益增多。

比如，正在德国首都柏林以北120公里的勃兰登堡州普伦茨劳推进的“普伦茨劳风力氢项目”。该项目拥有共计6兆瓦风力发电设备，平时将生成的电力输入电网。在夜间等电力需求较小，以及电力出现剩余时，则会对水进行电解制造氢，然后存储到贮氢罐中。

储藏的氢根据需要，与甲烷等可燃性气体（生物燃气）混合，然后供应给热电联产系统。而利用热电联产系统生产的电力供应给电力系统网，其废热则销售给地区供热系统。部分氢还将供应给位于柏林市内等的燃料电池车（FCV）及氢燃料汽车专用加氢站等。

将氢与城市燃气甲烷混合作为燃料使用的氢烷（Hythane：混氢天然气）项目中，对通过风力发电制造的氢加以利用的项目也在增多。具有代表性的是德国的“Power-to-Gas”。德国意昂集团（E.ON）及绿色和平能源公司（GreenpeaceEnergy）等能源企业使用风力发电的剩余电力对水进行电解，转换成氢，然后供应给现有的供气网。

这样，在有效利用剩余电力的同时，通过添加清洁的氢，还可削减硫氧化物（SOX）及氮氧化物（NOX）等有害物质的排放。由于可利用现有城市燃气基础设施，因此预计会加快氢社会的实现。

利用二氧化碳零排放氢制造甲烷

除了在城市燃气中混入氢加以利用的方法外，直接利用氢制造甲烷这一城市燃气成分的动向也趋于活跃。在德国，SolarFuel公司制造了一种成套设备，可利用可再生能源生成的电力对水进行电解来制造氢，然后使其与空气中的二氧化碳发生反应，从而生成甲烷，目前正在进行实证实验。

SolarFuel于2009年启用了可再生能源输出功率为25千瓦的试制机，并以40％的效率成功制造出了甲烷。2013年该公司将其输出功率提高到了20兆瓦，力争实现实用化。该公司力争将制造的甲烷直接供应给天然气管道。这样做的优点是，可利用城市燃气基础设施，还能使城市燃气实现二氧化碳零排放。

将利用可再生能源生成的氢和二氧化碳制造的甲烷用于汽车的尝试也已经开始展开。比如，汽车厂商奥迪公司推进的“奥迪e-gas项目”。该项目从2013年秋季开始全面启用甲烷年产能为1000吨的设备。该设备的工作原理是，利用6兆瓦的电力对水进行电解生成氢，然后将生成的氢与二氧化碳混合制造成甲烷。奥迪计划将其作为该公司销售的压缩天然气（CNG）车的燃料，或者供应给公共供气网。将太阳能发电制造的氢用于社区和大厦

使用太阳能发电的电力制造氢的尝试也在日益增多。其中比较有名的是法国科西嘉岛的“MYRET平台项目”。目前该项目正在开展实验，利用太阳能发电系统的剩余电力对水进行电解来制造氢，在电力需求达到高峰时，以及为实现太阳能发电的平均化，利用燃料电池进行发电，然后向科西嘉岛的电网输送电力。

在利用太阳能发电方面，由于大厦及住宅等电力需求方也会在其设施中加以采用，因此在设施内将太阳能电力转变成氢加以利用的项目也已开始启动。比如，澳大利亚格里菲斯大学在大厦屋顶设置太阳能电池板，白天在阳光照射的时间内，将生成的电力直接用于设施内部，剩余电力则存储到蓄电池中，并用于通过电解制造氢。生成的氢存储于贮氢合金中。

存储于蓄电池的电力主要用于夜间运转空调等，氢则在阴雨天时，通过燃料电池用于供电等。格里菲斯大学称，仅利用氢即可为该设施供应一天电力。

利用化石燃料，通过二氧化碳捕集及封存技术实现二氧化碳零排放氢

关于利用化石燃料制造氢的方法，业界目前正在探讨在拥有天然气田和煤田的地区，通过二氧化碳捕集及封存技术，实现二氧化碳零排放。从长远考虑，使封存的二氧化碳成为碳资源的基础研究也已开始。关于这种方法，千代田化工建设公司与川崎重工业公司等日本企业引领了行业潮流。

千代田化工建设日前开发出一种新运输方法，即以甲基环己烷（MCH，可将甲苯转变为氢）的形式，输送在海外天然气田等地制造的氢（图1）。甲基环己烷在常温常压下为液体，体积为氢气的五百分之一。其优点是，虽然在提取氢的工艺中需要耗费能源，但可利用化学品油轮及油罐车等现有运输基础设施。

川崎重工也在推进一项业务，即以在澳大利亚煤田出产的褐煤为原料，结合二氧化碳捕集及封存技术，在当地制造二氧化碳零排放的液态氢，然后用船将其运输到日本（图4）。该公司称，之所以选择液态氢，是因为看好其无需花费劳力和时间去除杂质等，送达后可直接使用这一点。液态氢运输船与液化天然气（LNG）运输船相比，冷却温度需更低等，因此需要进行新开发，川崎重工正在确定规格，认为此项业务具有可行性。

千代田化工建设将从2015年度的年底开始开展氢运输业务，川崎重工业则将从2030年开始全面启动商业供应链。两公司均将业务启动时的氢进口价格假设为每标准立方米30日元左右，计划大量供应廉价的二氧化碳零排放氢。如果这些业务全面开展起来，日本极有可能引领全球氢业务市场。