背景
在2015年9月的“聯(lián)合國可持續(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，雖然氫能在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳以及其他污染物，但在制造過程卻并非完全“如此”。那么現(xiàn)在日本國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，如太陽能發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電等，或者對化石燃料產(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)過程中產(chǎn)生的部分氫氣通過專用管網(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，太陽能發(fā)電等方法來解決電源問題仍然是重中之重。
 
 
從對日本的觀察來看，目前在制氫過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，這對于向社會(huì)引進(jìn)氫能的初期階段來說，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)制氫過程中的二氧化碳零排放、污染物零排放，對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。