提高用水效率或成氢能发展关键

本文转自：人民日报中央厨房-能言善道工作室

李丽旻

近日，国际可再生能源署（IRENA）联合行业研究机构未澜咨询（Bluerisk）发布《全球制氢用水报告》（以下简称《报告》）指出，目前主流制氢方式耗水量普遍较大，随着全球氢能产业规模扩张，将显著增加项目所在地区用水压力，用水紧缺可能成为未来氢能产业发展瓶颈。

制氢领域用水量快速上涨

《报告》显示，目前全球主流制氢方式都需要用水，主要集中在制氢和冷却两大过程中。绿氢主要是利用光伏、风电等可再生能源电解水制氢，蓝氢需要用天然气为原料与水蒸气进行重整制氢，煤制氢则需要用大量水冷却，另外化石燃料制氢所需要的碳捕捉与封存技术同样需要大量水资源进行冷却、吸附和提纯。

其中，煤气化制氢是目前最为耗水、用水效率相对最低的方式。数据显示，煤气化制氢工艺每生产1千克氢气需要消耗31升水，如果配备碳捕捉与封存装置，煤气化制氢方式每生产1千克氢气用水强度或增加约60%，消耗量可到49.4升。举例而言，一个年产23.7万吨氢气同时配备碳捕捉与封存的煤制氢工厂，每年的取水量可达到1900万立方米，这足以支撑伦敦市半年的居民用水需求。

对比之下，每生产1千克蓝氢需要消耗约32.2升水，绿氢生产中，碱性电解水制氢工艺每生产1千克氢气所消耗的水量预计为22.3升，质子交换膜（PEM）电解水制氢每生产1千克氢气所消耗水量则为17.5升，这也是目前用水效率最高的制氢方式。

《报告》指出，总体上看，目前制氢领域用水总规模已达到22亿立方米，伴随着氢能行业的发展，到2040年，全球制氢的淡水取用量或增长230%，达到73亿立方米，在能源行业中占比或达到2.4%。

水资源不足或成氢能发展瓶颈

《报告》指出，在氢能行业用水需求显著增加的同时，全球水资源供应情况不容乐观，氢能行业用水量的增加，很可能给制氢项目所在地带来巨大的用水压力，从目前各国规划的制氢项目来看，或多或少都存在用水困境。

数据显示，目前，全球范围内约有35%的绿氢或蓝氢生产项目都规划或建设在用水高度紧张地区。以印度为例，到2040年，预计将有99%的氢气产能建设在用水极端紧张地区。而在欧洲，计划中的制氢项目有不少处于水资源本就紧缺的地方，用水与能源行业冲突在未来十年可能会进一步升级，预计有19%绿氢和蓝氢生产项目或将处于用水紧张状态。

《报告》共同作者之一、未澜咨询合伙人罗天一在接受《中国能源报》记者采访时表示，此前因水源供应不足而放弃氢能项目的案例并不鲜见。“澳大利亚就有过先例。澳大利亚大部分地区都是荒漠，仅有沿海区域水资源相对充足，但该国农业和矿业相对发达，耗水量巨大。2022年5月，澳大利亚能源企业Kallis Energy Investments就曾因水供应问题放弃在南澳大利亚穆拉瓦塔纳建设6吉瓦制氢项目的提案。”

应提前协调用水保障氢能安全

《报告》指出，目前，氢能发展已经驶入快车道，如果没有全面、科学、严格的规划和指引，迅猛发展之下会出现许多隐患。为维护能源系统正常运行，需要提前认识到用水风险，通过加强跨部门协调保障能源安全。

罗天一表示：“现阶段的制氢项目，实际监测用水量的少之又少。建议能源行业和相关主管部门重视水耗的监控，在摸清实际用水量以后，能源行业和相关主管部门统一用水标准，对项目准入做提前评审，更要对运营水平做监督。特别是在水资源已经匮乏、生态环境相对脆弱的地区，更需要对制氢项目的水耗情况进行严格的审核和监管。”

此外，《报告》还提出，选择绿氢、海水制氢、使用空气冷却方式、提高电解水制氢效率等方式也有助于降低制氢领域用水压力，提高用水效率。

《报告》认为，目前主流制氢方式中绿氢耗水量相对最小，逐步淘汰煤制氢或天然气制氢项目，推广绿氢技术或能够降低氢能行业用水强度。同时，海水制氢方式也可用于缺少淡水资源但海水资源丰富的地区，例如中东海湾地区就可尝试这一方式。在用水紧张区域，还可以采用空气冷却替代水冷，从而降低用水强度。另外，《报告》提出，还应进一步加强电解水制氢技术研发，通过政策刺激等方式提高投资规模，从而推动氢能技术创新、提高电解水制氢效率，进而降低用水强度。