氯碱企业副产氢气用于氢燃料电池现状及前景探究

王智颖

摘 要：氢气是一种具有较高环保价值的能源，氢燃料电池是该能源的主要利用形式之一。本文以尝试分析氯碱企业副产氢气用于氢燃料电池现状及前景，就当前产业规模、主要技术、技术应用以及商业化发展、产业规范、技术突破等内容进行论述，为氢气的进一步利用提供参考，也为周边产业的同步发展提供必要支持。

关键词：氯碱企业;副产氢气;氢燃料电池;产业规模

工业上用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取氢氧化钠、氯气和氢气，并以氢氧化钠、氯气和氢气为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业，相关工业企业则统称为氯碱企业。部分氯碱企业作业过程中产生大量副产氢气，副产氢气可用于氢燃料电池制作，提升企业综合效益，就相关技术进行分析十分必要。

1 氯碱企业副产氢气用于氢燃料电池现状

1.1 产业规模

氯碱企业副产氢气的数目较多，在此前学者研究中，2016年、2017年、2018年三年间，我国氯碱企业生副产氢气分别达到26.6万t、26.7万t、27.3万t的规模，其中约有25万t/a直接排入大气。进一步分析又可发现，氯碱企业每消耗1t烧碱，可产生待遇0.025t氢气，我国2016年、2017年、2018年三年间，烧碱总产能在4200-4300万t左右，这意味着每年均有大量氢气产生。自氢气燃料电池出现后，我国氯碱企业副产氢气的利用得到一定程度的重视，在有关学者统计中，按每年排入大气25万t计算，将浪费的氢气制备为氢燃料电池可供应12万辆汽车行驶一年（日均消耗4-5kg氢气）[1]。2019年的研究中，我国副产氢气的产能态势呈现逐年增加的基本区域，2014-2018年，我国氯碱企业副产氢气产量和利用率变化见表1：

从结果上看，2014年以来我国氯碱企业副产氢气逐步得到利用，且呈现出逐年增加的特点，2018年底利用率达到10%以上，仍具有提升空间。

1.2 主要技术

从技术角度上看，当前氯碱企业副产氢气主要通过六种方式复用，第一种多见于各类大型企业，其副产氢气总量较大，可建立氢能基地，用于发电、制作氢燃料电池;第二种见于中小企业，该类企业将氢气直接收集、存储，作为燃料使用;第三种适用于技术密集型企业，该类企业对氢气进行压缩提纯，面向其他企业提供产品;第四种适用于技术密集型企业，该类企业进行氢气的二次加工，生成其他化工产品，提升氢气附加价值;第五种适用于化工企业，该类企业利用氢气进行石油产品的裂化;第六种适用于大部分企业，可以氢气为原料之一，进行氨类物质的制备，上述六种模式各具优劣势，从利用率、环保的角度上看，建立氢能基地，用于发电、制作氢燃料电池最为可行。

从技术方法上看，企业可首先进行氢气收集，之后对其进行提纯和去水等简单的纯化处理，利用氢气密度较低的特点，直接对反应容器和通道进行升温，利用具有较强吸附能力的活性炭等物质吸除杂质，完成氢气纯化。纯度较高的氢气可直接供给到阳极，纯度较高的氧气则供给到阴极，上述工作均在封闭的环境下进行，且要求完全避免明火。利用氢气和电解质之间的反应，实现电子的持续释放，电子向阴极游动，只要反应持续进行，电池即可持续获取能量（不考虑电解质老化的情况下），反应过程的产物为纯净水，无其他附加产品、有毒物质，高效环保。在该模式下，副产氢气利用率和吸收率均较高，氢气利用率一般在95%以上，噪声问题也得到控制。

1.3 氢燃料电池技术应用规模和瓶颈

氢燃料电池技术的运用，主要供给新能源汽车，2019年的调查中，我国的氢能源汽车保有量在1.0-1.5万辆之间，到2030年，我国氢能源汽车保有量可能达到100万辆以上，该产业的产值也将突破5000亿，达到较大规模，按此标准进行计算，全国应建设1000到1500个氢气补充站，以满足氢能源汽车的行驶和应用要求。值得注意的是，目前氯碱企业副产氢气虽然得到应用，但氢燃料电池技术仍有不足，主要体现在三个方面：一是我国的氢能源汽车制造能力相对不足，尚无法保证所有技术实现自主，二是氢能源价格较高，在拥有可选择余地的情况下，大部分车主仍青睐于传统能源汽车，三是氢气补给站建设消耗较大、建设经验稀缺，难以保证具体工作有效匹配新能源汽车需求以及氢燃料电池技术应用需求，此外，氢能源汽车产业链也仍然单薄，抗风险能力差。

2 氯碱企业副产氢气用于氢燃料电池前景

2.1 商业化发展

氯碱企业副产氢气用于氢燃料电池制造，前景相对理想，核心方向之一是实现商业化发展。目前我国氯碱产业副产氢气能源的利用率不高，能够推行新技术有效利用副产氢气的多为大型国企、央企，中小型企业、民营企业缺乏进行技术更新的意愿，也缺乏进行技术更新的资金支持。建议在后续工作中，加强对氯碱企业副产氢气应用技术的推广，确保各地主要氯碱企业均能够掌握对应技术，具备氢燃料电池的制备的技术条件。之后进行资源整合，由临近企业共同出资进行生产线建设，或由第三方企业提供对应服务，目标企业偿付对应资金即可。该模式下，产业园区、企业密集区的氯碱企业，可各自投入较少规模的资金，完成副产氯气的利用，推动氢燃料电池产业的发展。如果区域内氯碱企业减少，可由政府部门进行引导投资，以商贷形式，帮助能够大量产生氢气的企业建立氢燃料电池的生产线，企业在未来若干年内每年偿付一定额度的贷款即可。该模式能够也能提升氯碱企业副产氢气利用率，是氢燃料电池产业获取更好的商业前景。

2.2 产业规范

产业规范，是指氯碱企业副产氢气的利用、氢燃料电池的制备产业，应在现有基础上进一步走向规范，包括国家层面的法律法规，也包括产业层面的技术规范和产品规范等。法律法规的完善，主要依赖立法部门工作，各地市场管理部门以及工商部门等，可进行氯碱企业副产氢气情况、氢燃料电池制造情况进行综合分析，根据分析结果，了解氢气产品质量、安全性等，出具各类技术规范和产品规范。如规定所有企业的氢燃料利用设备，每个月需要进行一次系统检查，由具有对应资质的第三方和企业自身共同出具安全报告，检查合格才能用于后续的生产作业。所有氢燃料电池，应符合行业标准，能够安全、可靠的为氢能源汽车提供动力。其他相关法律法规、技术规范和产品规范等，也按照该思路进行处理，综合提升指氯碱企业副产氢气的利用效果，推动氢燃料电池产业发展。

2.3 技术突破

技术问题在我国氯碱企业副产氢气利用、氢燃料电池产业发展方面并不突出，一方面现有的氢气利用方法成熟，另一方面氢燃料电池产业规模小，缺乏进行技术突破的必要性。后续工作中，主要强调针对未来产业需求进行技术突破，如氢气易燃易爆，如何保证氢气补充站的存储安全，从技术角度进行氢气压缩、提纯和制备，如何进一步提升氢气的利用率等等。在条件允许的情况下，有必要做产业内技术交流，由大型国企和央企牵头，进行立项研究，积极应对氯碱企业副产氢气利用、氢燃料电池产业发展的技术问题。

综上所述，氯碱企业副产氢气可用于氢燃料电池的制备，前景良好。产业规模上看，我国氯碱企业数目较多，已经初步形成副产氢气利用的产业，核心技術为电解水的逆反应，以实现化学能向电能的转化，实现氢燃料电池制备。从前景上看，商业化是技术运用的主要趋势，此外也应重视产业规范和技术研究。

参考文献：

[1]刘仁强.利用副产氢气焚烧含多组分化合物的氯化钠废水装置中安全设置的探讨[J].中国氯碱，2019（10）：31-32.

[2]杨波，白元，彭贵.新疆某氯碱生产企业电石制聚氯乙烯生产过程中粉尘危害分级及防控措施[J].职业与健康，2019，35（19）：2597-2600+2606.

[3]李宁，赵国良，王志元，等.氯碱企业副产氢气用于氢燃料电池现状及前景分析[J].中国氯碱，2019（08）：1-3.