背景
在2015年9月的“聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展峰會(huì)”中提出的“可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)”中涉及了一系列關(guān)于應(yīng)對(duì)氣候變化和能源問題的方針。其中就包括了推進(jìn)可再生能源、先進(jìn)高效且低環(huán)境負(fù)荷的化石燃料技術(shù)等清潔能源技術(shù)的研究與技術(shù)的獲??；對(duì)低效使用的化石燃料補(bǔ)助金進(jìn)行合理化調(diào)整，加速減排溫室氣體等等發(fā)展方針?？偠灾?，清潔能源的發(fā)展仍是重中之重。
氫能在使用過(guò)程中的清潔性是其備受矚目的一大優(yōu)點(diǎn)，因此也被日本政府視為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，并且在《水素燃料電池戰(zhàn)略路線圖》中也制定了2040年實(shí)現(xiàn)氫能制造運(yùn)輸零碳化的氫能供給目標(biāo)。
 
目前，雖然氫能在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳以及其他污染物，但在制造過(guò)程卻并非完全“如此”。那么現(xiàn)在日本國(guó)采用的主流制氫方式有哪些呢？這些方法又有哪些利弊？下面氫能泡泡就來(lái)給大家進(jìn)行解讀一下。
 
工業(yè)副產(chǎn)品氫氣
在許多工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生氫氣，并且數(shù)量十分龐大。因此許多生產(chǎn)者都會(huì)將其回收自己使用或者對(duì)外銷售。其中，生產(chǎn)燒堿產(chǎn)生的副產(chǎn)氫氣是極具代表性的例子。
通過(guò)食鹽水電解的方法，每生產(chǎn)一噸燒堿，便會(huì)產(chǎn)生280Nm3的氫氣，產(chǎn)量十分可觀。并且這種方式生產(chǎn)的氫能純度較高，造價(jià)較低，可以用于對(duì)外銷售。但是這種方法需要用到消耗大量的電力，使用煤炭等化石燃料的發(fā)電廠提供的電力，最終會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳。因此若想實(shí)現(xiàn)零碳排放，需要配套相應(yīng)的可再生能源發(fā)電設(shè)施，如太陽(yáng)能發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電等，或者對(duì)化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳的進(jìn)行封存。所以燒堿副產(chǎn)氫離零碳化這一目標(biāo)還需要一定時(shí)間。
鋼鐵產(chǎn)業(yè)也是一個(gè)重要的副生氫氣的來(lái)源。在煉制焦炭工藝中，焦?fàn)t里會(huì)產(chǎn)生含有氫氣的焦?fàn)t煤氣，其中氫氣比例可以達(dá)到50%以上。根據(jù)日本2012年的統(tǒng)計(jì)，如果氫氣比例按照50%來(lái)計(jì)算，那么一年的鋼鐵產(chǎn)業(yè)的副生氫氣可以達(dá)到70億Nm3。而這種制氫方式的缺點(diǎn)很明顯，氫氣純度不夠高需要進(jìn)一步提高純度。并且日本鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣通常都會(huì)回收后，在高爐中直接利用。如果將這部分氫氣全部對(duì)外銷售，那么則會(huì)需要補(bǔ)充額外的化石燃料用于加熱燃燒，這仍然會(huì)造成二氧化碳排放。
 
目前日本的鋼鐵產(chǎn)業(yè)副生氫已經(jīng)有用于民用的實(shí)例。北九州的新日本制鐵八幡制鐵所會(huì)將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的部分氫氣通過(guò)專用管網(wǎng)輸送到附近使用燃料電池的民宅和公共設(shè)施中用于發(fā)電制熱。
 
 化石燃料改質(zhì)
化石燃料改質(zhì)制氫是一種重要的制氫手段，可以穩(wěn)定且大規(guī)模的生產(chǎn)氫氣，被廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)，例如氨水制造和石油化工所需要的氫氣都是采用化石燃料改質(zhì)的方法來(lái)制造。
 
該方法分為水蒸氣改質(zhì)法和部分氧化改質(zhì)法，現(xiàn)在以水蒸氣改質(zhì)法最為主流。這種方法通常以天然氣為原料進(jìn)行SMR改質(zhì)反應(yīng)。在800度的吸熱反應(yīng)下，通常會(huì)產(chǎn)生氫氣和一氧化碳。再將產(chǎn)生的一氧化碳處理最終生成氫氣與二氧化碳。因此這種方法的缺點(diǎn)也很明顯，就是制造過(guò)程本身會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳。
目前，日本正在推廣的家用燃料電池（ENE·FARM）就是采用這個(gè)原理，家庭用戶從公共煤氣管道獲得的天然氣，通過(guò)家用燃料電池的前置改質(zhì)器將天然氣改質(zhì)成氫氣，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。
 
 
水電解制氫
水電解制氫顧名思義就是通過(guò)電氣將水分解生成氫氣。該方法目前可以適用的有堿水電解法和固體高分子形水電解法兩種。由于固體高分子形水電解法成本較高，因此在日本目前只有堿水電解法有投入工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)例。
 
 
用這種方法生產(chǎn)的氫氣純度較高，可以達(dá)到99.99%，并且生產(chǎn)過(guò)程本身不會(huì)有二氧化碳的產(chǎn)生。但是與燒堿生產(chǎn)中的食鹽水電解相同，使用電源方面仍然是做到零碳排放的一大制約因素，今后發(fā)展水力發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電等方法來(lái)解決電源問題仍然是重中之重。
 
 
從對(duì)日本的觀察來(lái)看，目前在制氫過(guò)程中依舊直接或間接大量使用著煤和天然氣等不可再生的化石燃料，這對(duì)于向社會(huì)引進(jìn)氫能的初期階段來(lái)說(shuō)，獲得較低成本且穩(wěn)定的氫能資源是很重要的。然而，雖然可以說(shuō)將化石燃料制氫后加以利用是化石燃料的清潔利用方式之一。但是化石燃料是非可再生能源，而且將化石燃料轉(zhuǎn)化成氫氣來(lái)加以利用的方式的整體系統(tǒng)效率可能低于直接清潔利用化石燃料的方式。另外，如果制造過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳不進(jìn)行封存，或者封存的二氧化碳發(fā)生泄漏、以及制造過(guò)程中產(chǎn)生一定程度的氣體、水、固廢等污染物質(zhì)的話，這將嚴(yán)重地阻礙了氫能成為真正可再生清潔能源的步伐。
 
另外一面，日本雖然也在自己規(guī)劃的氫能發(fā)展戰(zhàn)略中制定了零碳排放的氫能社會(huì)的目標(biāo)，但是由于自身的地理自然環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施等等問題的限制，短時(shí)間內(nèi)還難以實(shí)現(xiàn)。而推動(dòng)利用可再生能源制氫實(shí)現(xiàn)制氫過(guò)程中的二氧化碳零排放、污染物零排放，對(duì)盡快讓氫能名正言順地成為真正的可再生清潔能源是非常重要的，也是必須攻克的一大課題。
 
當(dāng)然日本政府也在積極地發(fā)展例如生物質(zhì)能熱分解、光觸媒、廢棄塑料制氫、太陽(yáng)能及風(fēng)能等可再生能源制氫等更加環(huán)保的制氫技術(shù)，同時(shí)也在積極探索海外能夠利用的可再生能源（比如新西蘭的地?zé)崮苤茪漤?xiàng)目），但是到大規(guī)模投產(chǎn)階段還需要一定時(shí)間。