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在追求碳中和目標(biāo)的大背景下，國內(nèi)外對氫能的關(guān)注持續(xù)升溫。

根據(jù)一項(xiàng)新協(xié)議，Barwon Water將與Viva Energy Australia合作，以4330萬美元的資金為可再生氫的生產(chǎn)提供再生水。

該工廠生產(chǎn)的氫氣將用于擴(kuò)大澳大利亞在移動市場的能力，合作伙伴旨在為首批15輛重型車輛提供氫氣。為了產(chǎn)生氫氣，該項(xiàng)目將包含一個(gè)2MW的電解槽，并將回收的水轉(zhuǎn)化為可再生的氫氣。為了支持該項(xiàng)目，澳大利亞可再生能源署(ARENA)提供了2280萬美元的資金，而維多利亞州政府也提供了100萬美元。

早在2021年12月初，澳大利亞水資源服務(wù)協(xié)會（Water Services Association of Australia-WSAA）發(fā)布的一份題為《Water: fueling the path to a hydrogen future》的報(bào)告。這份報(bào)告指出氫能革命的步伐在逐步加快，這對城市水處理行業(yè)意味著什么？水行業(yè)是否對氫能有足夠的認(rèn)識？在這份報(bào)告里，大家能夠了解水務(wù)行業(yè)使用氫氣的基礎(chǔ)知識，并指出了未來幾年值得探索的問題。

氫能利用是必然趨勢？

氫能源是人類未來發(fā)展的能源趨勢，它不會產(chǎn)生溫室氣體，對于地球的大氣環(huán)境不會造成污染。

自從人類進(jìn)入到21世紀(jì)，伴隨著傳統(tǒng)能源對于地球氣候環(huán)境的影響越來越嚴(yán)重，氫能源也被提上日程，很多國家都制定了氫能源的發(fā)展規(guī)劃，我國也是其中之一。

我國早從上世紀(jì)70年代的長征2號火箭開始，在燃料選擇方面，也都是液態(tài)氫了；在鐵路運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，也逐漸將氫能源作為主要的燃料；市政交通方面，部分地區(qū)試點(diǎn)使用氫燃料電池公交車，不過車輛價(jià)格和燃料成本較高。同等配置的純電動公交車為100萬元左右，而燃料電池公交車超過250萬；氫氣每公斤價(jià)格為60-70元（補(bǔ)貼后為40元/公斤），這個(gè)價(jià)格對于燃油車毫無優(yōu)勢（每公斤低于40元才能與柴油車相當(dāng)）。

既然人類使用氫能源已經(jīng)有數(shù)十年歷史了，為何在我們的生活中并不常見呢？這是因?yàn)闅淠茉礇]有辦法大量產(chǎn)生，因?yàn)槿绾斡玫统杀緛懋a(chǎn)生足夠人類日常需求的氫氣，至今仍然沒有重大突破。

工業(yè)上制氫大概來自五個(gè)方面：副產(chǎn)品氫氣、化石燃料制氫、電解水、生物能源制氫以及太陽能。金屬冶煉過程中常常會產(chǎn)生副產(chǎn)品氫氣，純度偏低；化石燃料，生物能源和太陽能制氫類似于發(fā)電，能源消耗較大?，F(xiàn)有的制氫技術(shù)仍屬于起步階段，氫氣制備少，能源消耗大。

所以，即使知道氫能源是人類未來的發(fā)展趨勢，但是由于它的產(chǎn)量不夠，所以只能在航天等高精尖領(lǐng)域應(yīng)用，來自全球的各大實(shí)驗(yàn)室，也都在尋找可以產(chǎn)生足夠氫氣的方法。

水行業(yè)與氫能相輔相成？

2021年被許多人認(rèn)為是碳中和元年。在格拉斯哥舉行的COP26 全球氣候會議結(jié)束之后，世人開始將更多的目光轉(zhuǎn)向依賴非化石燃料的能源，這其中就包括了氫能。氫能本不是什么新鮮事，但過去的產(chǎn)氫及似乎屬于碳密集型工藝，而隨著新工藝的普及，產(chǎn)氫的碳影響正大大降低，這也促進(jìn)了氫能的復(fù)興之路。

澳洲已經(jīng)加快其氫革命的步伐——政府和行業(yè)機(jī)構(gòu)宣布了大量新的氫項(xiàng)目、戰(zhàn)略和政策框架。澳大利亞的聯(lián)邦政府正在向氫能行業(yè)注入12 億澳元的資金，澳大利亞可再生能源署(ARENA)承諾將為商用規(guī)模的項(xiàng)目投入超 1億澳元的資金。

氫氣是一種無色無味無毒的可燃性氣體。它本身對環(huán)境是無害的，但它的生產(chǎn)方式可能會對環(huán)境造成影響。因此這份報(bào)告介紹了目前四種主要的產(chǎn)氫方法，包括蒸汽甲烷重整(SMR)、氣化、熱裂解或電解，并由此衍生出灰氫、藍(lán)青、藍(lán)綠氫和綠氫這樣的名詞。

從顏色可以看出，目前行業(yè)認(rèn)為綠氫的生產(chǎn)是最為環(huán)保的，因?yàn)樗怯蔑L(fēng)能和光能發(fā)電來電解水制氫，消耗的原材料僅為水，而電解水制氫產(chǎn)生的氫氣在消耗之后又會產(chǎn)生水，看上去是一條可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)路線。澳洲許多準(zhǔn)備建造的氫能中心都是以綠氫路線設(shè)計(jì)的。

但水又從哪里來呢？這份報(bào)告預(yù)測，如果氫能按照預(yù)期速度發(fā)展，2050年澳洲制氫水耗將高達(dá)2.6億立方米，與目前整個(gè)澳大利亞昆士蘭東南部的供水量相當(dāng)。這些水從哪來，答案正在一座座的城市污水處理廠里。特別是在澳洲，在過去20年經(jīng)歷了兩次嚴(yán)重旱災(zāi)之后，他們的水務(wù)公司希望能找到不依賴降雨的飲用水水源。對污水廠的出水進(jìn)行再生處理是其中的選擇。利用反滲透技術(shù)，污水廠出水可以凈化到制氫用水的水平。

除了水，甲烷是另一種制氫原料，而這也是帶有厭氧消化工藝的污水廠可以提供的。正因如此，污水廠和制氫廠可以形成一種天然的共生關(guān)系。這種潛在的共生關(guān)系，也意味著項(xiàng)目成本和風(fēng)險(xiǎn)可以有項(xiàng)目方和受益人來分?jǐn)?，降低了?cái)務(wù)可行性的門檻。

三思而行

報(bào)告指出，每個(gè)水務(wù)公司都要根據(jù)自己的實(shí)際情況，評估能否參與氫能經(jīng)濟(jì)的浪潮，首先可以考量公司是否具備下面三大成功屬性，包括：

要在參與前對機(jī)遇和挑戰(zhàn)都有充分認(rèn)識；

污水廠場址的可行性；

是否有充足技能和資源的合作伙伴(關(guān)鍵)。

基于這三點(diǎn)屬性，他們還列出了污水廠需要考慮的九個(gè)因素，包括：

實(shí)現(xiàn)溫室氣體的減排；

在投資決策過程中考慮社會成本；

利用盈余的可再生能源；

了解再生水的潛力；

利用好水處理工藝升級的內(nèi)驅(qū)；

吸引感興趣的利益相關(guān)者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)；

污水處理與產(chǎn)氫設(shè)施共址；

挖掘多重收益的改進(jìn)點(diǎn)；

向循環(huán)經(jīng)濟(jì)過渡轉(zhuǎn)型。

圖. 制氫中心生態(tài)系統(tǒng)的概念圖

制氫藍(lán)圖

如下圖所示，澳洲計(jì)劃在東西海岸打造7個(gè)吉瓦級（GWh）的綠氫項(xiàng)目。此外，各地的污水廠已經(jīng)有實(shí)際的項(xiàng)目在測試或運(yùn)行中。

第一個(gè)是例子是悉尼水務(wù)的Malabar污水廠，該廠擁有厭氧消化設(shè)施。悉尼水務(wù)正在和燃?xì)夤芫W(wǎng)公司Jenema合作將沼氣升級為生物甲烷，去除的二氧化碳則可出售或與氫氣一起進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，生產(chǎn)更多的生物甲烷。

該項(xiàng)目金額為1400萬澳元，其中Jemena出資810萬，澳大利亞可再生能源署(ARENA)則提供590萬的資助。項(xiàng)目計(jì)劃在2022年9月完成，預(yù)計(jì)在每年將生產(chǎn) 95TJ 的可再生綠色天然氣，可滿足約6300戶家庭的用氣需求。這相當(dāng)于5000噸的碳減排量。

此外，該污水廠所屬的新南威爾士州政府為該項(xiàng)目提供額外支持——該州政府推出一項(xiàng)新的認(rèn)證計(jì)劃，為購買零排放燃?xì)獾挠脩籼峁┙?jīng)驗(yàn)證的選擇，以支持天然氣管網(wǎng)的去碳轉(zhuǎn)型，這將為綠氫生產(chǎn)的認(rèn)證鋪平了道路。

                                                                        圖. Malabar污水廠

第二個(gè)例子是墨爾本的亞拉河谷水務(wù)公司(Yarra Valley Water)。他們成功召集了一個(gè)團(tuán)隊(duì)在墨爾本北郊的Aurora污水廠開展一個(gè)制氫項(xiàng)目。該團(tuán)隊(duì)除了水務(wù)公司，還有希望實(shí)現(xiàn)碳減排的租戶、希望擴(kuò)大制氫設(shè)備規(guī)模的技術(shù)供應(yīng)商，以及尋求去碳化的供氣公司。項(xiàng)目的水源是污水廠多余的再生水，以及附近一個(gè)垃圾發(fā)電廠的剩余可再生能源。

該項(xiàng)目為了提高可行性，已經(jīng)積極拓展氫氣的終端用戶，包括為1200輛特殊車輛的車隊(duì)提供燃料，包括叉車、公交和卡車等；一個(gè)1MW的電力和熱力發(fā)電系統(tǒng)，用于平衡 2.5MW太陽能系統(tǒng)的電力供應(yīng)；并入天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)。此外，該項(xiàng)目產(chǎn)生的氧氣還將用于污水廠的好氧處理工藝。

這個(gè)項(xiàng)目將從小試開始試驗(yàn)，預(yù)計(jì)在2023年7月擴(kuò)大到年產(chǎn)700噸的規(guī)模。屆時(shí)將成為污水處理與綠色制氫的共生案例。項(xiàng)目投資成本估計(jì)為2300萬澳元，亞拉河谷水務(wù)公司仍在尋求50%的資金資助。

維多利亞州的東北水務(wù)公司也在開展污水處理+綠氫共生的項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于West Wodonga污水廠，電解槽規(guī)模達(dá)10MW。生產(chǎn)的氫氣用于和天然氣混合，最大比例為10%。氧氣則會用于污水廠。這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)獲得了3210萬澳元的撥款資助，項(xiàng)目總投資規(guī)模達(dá)4400萬，預(yù)計(jì)在2023年下半年完成。

小結(jié)

總的來說，氫能的發(fā)展對水務(wù)行業(yè)來說是一個(gè)新的機(jī)遇。甲烷和再生水都是能通過成熟技術(shù)得到的原料，但如何將制氫的產(chǎn)品推向市場、制定價(jià)格并由此獲利，是污水廠相對陌生的領(lǐng)域。所以，報(bào)告的作者認(rèn)為各水務(wù)公司要想找到自己進(jìn)入氫能領(lǐng)域的最佳入口，還需要因地制宜地走一段探索之路。報(bào)告中指出需要利用合作來推動變革，石油和天然氣行業(yè)的公司可能是水務(wù)行業(yè)未來的關(guān)鍵合作伙伴，畢竟后者迫切急于去碳化和拓展新市場。

另外北京環(huán)丁環(huán)保大數(shù)據(jù)研究院在2021年10月也曾發(fā)布了一份題為《城市污水處理廠氫能開發(fā)潛力與利用途徑初步研究》的報(bào)告，對耦合光伏電及電解水的污水廠制氫潛力進(jìn)行了研究分析。感興趣的讀者可以對中澳兩地污水廠的制氫前景進(jìn)行對比。