1800年
电解水制氢的发明时间是1800年。尼科尔森和卡莱尔在1800年首次证明了水电解产生氢气和氧气的过程。1
电解水制氢的发展历史可以追溯到19世纪初,尼科尔森和卡莱尔在1800年首次证明了水电解过程。随后,法拉第在1834年明晰了水电解原理,提出了“电解”概念。20世纪初,欧瑞康工程公司开始将水电解用于商业生产。然而,由于碳氢化合物制氢技术的发展,水电解制氢在20世纪50年代到70年代间受到了一定的限制。
电解水制氢的主要技术路线包括碱性电解器、质子交换膜电解器和阴离子交换膜电解水(AEM)技术。AEM技术因其成本低、高电密等优势,被称为“第三代电解水制氢技术”。
自1783 年,法国物理学家夏尔锂提出用硫酸和铁作用制取氢气以来,制氢技术不断发展。
1. 早期发展:拉瓦锡设计了成本低廉的水蒸气通过灼红的枪桶制取氢气。1800 年,Nichoson 和 Carlisle 首先以电解法提取了氢气和氧气。
2. 19 世纪至 20 世纪初:1820 年,法拉第首次提到电解水的原理。1888 年,俄国的拉奇诺夫取得第一台单极性电解槽的专利。1900 年,施密特发明了第一台工业电解槽。1924 年,Noeggenrath 获得了第一台压力电解槽的专利。1927 年,世界第一台大型压滤式电解槽装置在挪威的诺托登安装。
3. 20 世纪中期:1939 年,世界第一台大型箱式电解槽在加拿大安装。1948 年,E.A. Zdansky 推出了第一台高压工业电解槽。1951 年,Lurgi 使用了 Lonza 的技术,并首次设计了 30 bar 的压力电解槽。1958 年,产氢量为 5000Nm3/h 的压力电解槽在秘鲁的库斯科安装。
4. 20 世纪后期至 21 世纪初:1962 年,杜邦公司改良了质子膜,于 20 世纪 80 年代推出民用 PEM 氢气发生器。1988 年,NEL 在全球最早推出非石棉隔膜电解槽。1996 年以来,美国的 Proton OnSite 公司开始与联合技术航空航天系统合作,为航空航天和海军开发和制造质子交换膜电解槽。2001 年,NHEL(NEL 前身)的第一个加压电解槽推出市场。2017 年,挪威 Nel 收购美国 Proton OnSite 获取领先的 PEM 电解技术,成为世界上最大的电解槽公司。
5. 近年来:随着技术的不断进步,制氢方式也在不断发展和创新。例如,可再生能源制氢、生物制氢等新兴技术逐渐受到关注。同时,传统的化石能源制氢技术也在不断改进和优化,以提高效率和降低成本。现代常见的制氢方式主要有:
化石能源制氢:这是目前最主要的制氢方法,包括煤气化制氢和石油重整制氢。煤气化制氢是将煤炭与氧气或水蒸气反应,生成氢气和一氧化碳,再经过水汽变换、净化、分离等步骤,得到纯净的氢气;石油重整制氢是将石油轻质馏分油与氢气在高温高压下,通过催化剂的作用,发生重整反应,生成芳烃和氢气,氢气再经过净化、分离等步骤,得到纯净的氢气。
电解水制氢:电解水制氢是通过电能将水分解为氢气与氧气的过程,该技术可以采用可再生能源电力,不会产生二氧化碳。但由于耗电量大,目前尚未大规模应用。
热化学法:热化学法是在高于1000℃的温度下热裂解水或分步反应裂解水制氢的方法,该法可利用核电站供给的热量分解水制氢,但代价仍然较大。
光解法:光解法是利用太阳能的热电转换或光电效应来光解水制氢的方法。由于这种反应在一般条件下很难发生,必须采用性能良好的半导体材料和光催化剂(或光敏剂)。
生物化学分解水制氢法:生物化学分解水制氢法是利用在光合作用中可释放氢的微生物而制氢的方法。
中国的制氢企业目前主要是一些大型国企:
1. 中石化:中国最大的氢气生产企业,2021 年产氢气约 390 万吨,占全国氢气产量的 11%。其提出成为“中国第一氢能公司”的目标,将氢能作为新能源业务的主要发展方向,进行了制氢、储氢、加氢、用氢全产业链布局。
2. 中石油:2021 年成立子公司上海中油申能氢能科技有限公司、中国石油集团昆仑资本有限公司与氢能研究所,专注于以氢能为主的新能源发展及投资。
3. 中海油:2022 年 4 月成立中海石油(中国)有限公司北京新能源分公司,主要开展海陆风光发电、加大 CCUS 科技攻关、探索培育氢能等。
4. 中船派瑞氢能科技有限公司:制氢排名第一,其母公司是中国船舶第七一八研究所,在氢能领域拥有六十余年的技术实力和工程经验。
5. 隆基氢能:制氢排名前列,是隆基绿能布局氢能产业的项目。