2022年8月15日，中国五环工程有限公司固废高温气化技术科研专项项目验收专家评审会在公司北京房山垃圾气化制氢及氢能产业示范项目基地召开。

据湖北日报采访得知，固废高温气化技术可以将城市日常生活垃圾和工业垃圾等固废进行高温气化后，产生清洁能源氢气，相比传统固废处理方式更环保。五环公司相关负责人介绍，以固废高温气化400吨装置项目为例，一天生产约12.5吨氢气，可替代约1000辆燃油大巴车使用，同时，每天可减少约143吨二氧化碳排放。2021年11月，该公司依托上述技术成功建成北京房山高温垃圾气化制氢油及氢能产业示范项目，并稳定运行至今。“相比此前项目所运用的技术，我们又前进了一步。”上述负责人说。

早在2020年9月28日，中国五环自主研发的固废高温气化仙桃试验装置便一次性开车成功。该装置连续运行72h以上，关键核心设备固废压缩机、热解通道、气化炉在全流程试验期间运行良好。该装置的工作原理是原料垃圾和污泥经过连续压缩进料、无氧热解后进入气化炉。压缩热解后的垃圾和污泥经气化炉高温气化熔融后,液态熔渣从气化炉底部的均质通道平稳流出并形成玻璃体渣。

根据生态环境部发布的消息，2019年我国固废总产量超过16.7亿吨，统计范围内固废的综合利用量仅为8.5亿吨，若能将剩余部分加以利用，每亿吨固废可生产300万吨氢气。

近年来，五环公司凭借在固废气化制氢、煤制氢、天然气制氢和生物质制氢等领域积累了丰富的工程管理经验和先进的技术，固废高温气化技术成功投入运行后，将打通了我国城市固废无害化、资源化处理与安全高效的氢能储运和利用的有机联系，为城市绿色可再生能源利用提供了新途径，为城市一体化氢能走进实用阶段打下坚实基础。

亚化咨询认为，绿氢技术并不是只有电解水。2022年8月2日，据成都日报锦观新闻报导，四川大学芶富均教授团队又迎来新进展——历经一年半，成功开发了新一代绿氢制备技术——熔融介质催化热裂解制氢。芶富均说，利用熔融介质催化热裂解制氢技术可以将天然气中的甲烷裂解成氢和固态碳（炭黑、石墨或石墨烯），无二氧化碳排放，可直接利用现有天然气和LNG的基础设施制备绿氢。

垃圾制氢项目全球渐热

目前，国内垃圾处理方式主要是填埋或者焚烧发电。我国城镇生活垃圾焚烧最主要的技术是炉排炉和循环流化床炉焚烧。这两种方式在运行过程中产生的化合物以及飞灰容易对环境造成二次污染，同时，项目选址落地也越来越困难。在此背景下，热解气化制氢技术作为一种新型的生活垃圾处理技术，逐渐受到重视。业内人士表示，对垃圾进行热解气化具有优异的环保特性，可以有效降低化合物生成量并减少飞灰排放量，有机物分解为简单的气体分子形成一氧化碳和氢气，用作燃料或化工原料，实现生活垃圾处理的无害化、减量化和资源化。

据介绍，我国目前生活垃圾的平均含水量为50%～60%。过高的含水率不仅增加了垃圾焚烧企业后续烟气治理的成本，还降低了垃圾的发电量。而在垃圾热解气化制氢过程中，垃圾的含水量不影响物料气化，反而能够提高合成气中有效气的含量。此外，城市生活垃圾中含有大量的碳氢化合物，是一种比煤等化石能源更适合气化制氢的原料来源。

垃圾制氢的经济效益如何？有人给记者算了一笔账：目前每千克氢气生产成本在合理的原材料价格和电价的前提下，煤制氢约10元/千克，天然气、石脑油、重油、甲醇制氢约17元/千克，工业副产氢回收提纯约21元/千克，电解水制氢约30元/千克。而在不计算垃圾处理补贴的情况下，采用热解气化制氢技术，合成气净化、制备高纯氢工段氢气的成本为14.94元/千克，气化工段纯氢制造成本为13.8元/千克。因此，生活垃圾制备高纯氢气的总生产成本约28.74元/千克。在计算垃圾处理补贴的情况下，垃圾制氢的成本还会进一步下降。形成规模效应后，垃圾热解气化制氢的成本有望降到20元/千克以下，与天然气制氢技术成本相当。由此可见，生活垃圾热解气化制氢技术很有应用潜力。

另外，相较化石能源制氢，生活垃圾制氢的原料来源更广、碳排放更低，环保效益显著。上述人士表示：“利用垃圾热解气化制氢，每吨氢气减少的二氧化碳排放量约23～31吨。”

值得注意的是，德国、日本、美国等国家也都开始关注垃圾制氢，只不过具体工艺技术有所不同。

美国生物科技集团推出全新计划，将在洛杉矶北部城市兰开斯特创建世界最大规模的垃圾制氢厂。该厂可把废弃塑胶、纸张、轮胎与纺织品转化成氢气，预计在明年底投运、2023年全面生产。该厂采用的技术是在高温电浆炬中注入富氧气体，让废弃物在气化反应区域的催化室被分解成分子化合物，逐渐冷却后生成富含氢气的合成气。集团预计，该厂每天可以制造11000千克绿氢，是现有绿色制氢厂的3倍以上，每生产1吨氢气可减少23至31吨碳排放，其成本已经可与天然气制氢媲美。据悉，该制氢厂还将帮助兰开斯特每年省下210万至320万美元垃圾处理费用。

澳大利亚将筹备其第一座垃圾制氢工厂。据悉，澳大利亚将通过移动喷射水平气化技术，专注于生产供家庭使用的氢。该技术可以减少氢的存储和运输成本，破除阻碍氢成为零排放能源载体的主要障碍。

全球领先工业气体和工程公司德国林德公司宣布将在波兰部署垃圾制氢工厂。该厂每天可将多达40吨的塑料垃圾转化为58兆瓦时的可再生电力和清洁氢气，为城市公交车、其他重型车辆和客车提供燃料。该项目目前正等待波兰政府批准并提供相应资金。

俄罗斯托木斯克理工大学宣布，开发出可以从固体废物（木屑、煤粉、煤泥、旧轮胎）中获取高含氢量（20%～40%）合成气体的技术。此项技术以蒸汽热转换法为基础。

日本计划在东京湾附近兴建一座垃圾制氢工厂，每天可处理1吨干污泥，生产40～50千克氢气，足以为10辆乘用车提供燃料。目前，该工厂建设部分已经完工。据悉，除废水、污泥外，该工厂还可处理塑料、纸张、城市固体垃圾和其他垃圾，将垃圾加热至高温，使其转化为气体，然后从中提取纯氢。该设施通过闭环过程生产燃料。其工艺特点为以氧化铝球为加热载体，在热解炉中将氧化铝球加热至高温并使其与垃圾接触，从而产生富含氢气的气体。

垃圾制氢技术研究现状

根据技术原理的不同，垃圾制氢技术可分为热化学和生物化学两大类。

1、热化学技术

热化学技术顾名思义是基于热化学过程的垃圾制氢技术，原理是有机物在缺氧、高温条件下被分解为以氢气、一氧化碳、甲烷为主的合成气；无机物则被熔化成金属和玻璃体渣，用于路基、建材等的原材料。典型的热化学过程包括热解和气化，热解可用于气化之前，以提高原料的热值。

热化学技术适用于可燃固体废弃物，它是垃圾中的可燃组分，常见的可燃固体废弃物包括纸类、塑料类、木料类、织物类以及垃圾衍生燃料。热化学过程在垃圾处理方面的优势在于减量化，可以最大程度保留垃圾填埋场的空间。据测算，热化学处理后，垃圾质量减少70%~80%，体积减小约80%~90%。

研究成果表明，不同条件下，基于热化学技术的垃圾制氢方式的氢气产率范围较大，每千克可燃固体废弃物能生产氢气约20~178.7克。氢气产率最高的研究来自Wu和Williams，垃圾种类为聚丙烯塑料，制氢方式为热解（500℃）与气化（900℃）两阶段反应，反应过程中加入了Ni-Mg-Al作为催化剂，产物氢气的浓度为41.65%，氢气产率为178.7g/kg。

2、生物化学技术

基于生物化学过程的垃圾制氢技术，原理是利用微生物分解垃圾中的有机物以产生氢气，典型的过程包括光发酵和暗发酵。

暗发酵制氢是指在常压、缺氧、黑暗条件下，通过厌氧菌分解垃圾中的有机物产生氢气，其他产物通常为有机酸、醇、丙酮以及CO2。

影响氢气产率的因素很多，包括底物类别、底物浓度、菌株种类、反应时间、温度、pH值、氢气分压等。由于微生物发酵施加的热力学限制，较高的底物浓度将导致较低的氢气产量。此外，过高的氢气分压对产率也有负面影响，及时移除产生的氢气有助于提高氢气产率。随着氢气分压的增加，乳酸和乙醇等其他产物的浓度增加，氢气合成减少。

光发酵制氢是指在常压、厌氧、光照条件下，通过光合细菌分解垃圾中的有机物产生氢气。

光转换效率、微生物菌株、垃圾类型以及反应条件共同对氢气产率施加影响。最佳的反应条件主要取决于菌株种类，通常温度为35~37℃，pH为5~7左右。生物化学制氢的能源消耗强度远低于热化学过程，但氢气产率和反应速率较低。

研究结果表明，各类市政污泥和餐厨垃圾发酵制氢的氢气产率约为8.6~174.6mL/gVS。氢气产率最高的研究来自Cheng等，反应采用餐厨垃圾和污水污泥共同发酵的方式进行，有机负荷为20gVS/L，发酵温度为35℃，初始pH为6.0，总碳转化效率为63.3%，能量转化效率为56.6%，氢气产率为174.6mL/gVS。

垃圾制氢产业化进展

随着氢能重要性的提升，近年来许多企业开始探索垃圾制氢产业化。据不完全统计，全球已有16个垃圾制氢产业化项目，主要分布在欧洲、美国、日本等。

我国是世界第一制氢大国，2019年氢气产量约3342万吨，占全球总量的37.13%。其中，煤制氢、天然气制氢、工业副产氢等方式占比分别达到63.54%、13.76%、21.18%，电解水制氢总量约50万吨，仅占1.50%。低碳、清洁的氢气尚未实现大规模供给。

国内企业也积极探索垃圾制氢，已成为该领域的“先行者”。

2019年，三环集团等企业达成“高环保超高温城市垃圾转化制氢油项目”合作协议，项目采用纯氧燃烧、超高温气化的方式处理城市垃圾，所产生氢气可满足1000辆氢燃料电池大巴日常使用。

2021年，东方锅炉与重庆市潼南区签订了垃圾发电耦合制氢及氢能示范项目合作意向书，建成后有望成为我国首个垃圾制氢产业化示范项目。

进入2022年，随着“十四五”时期“无废城市”建设工作的启动，越来越多企业进入垃圾制氢领域。

城康氢碳新材料宣布在湖北省襄阳市投建“垃圾制氢+碳资源化”绿氢绿碳工厂，采用城市垃圾资源化制沼气、沼气资源化制氢固碳的两阶段反应方式，设计年处理城市固废30万吨，减少碳排放35万吨，年产高纯度绿氢550吨、炭黑1650吨，预计年内建成。

瀚蓝环境宣布年内将在佛山市南海区建设餐厨垃圾制氢项目，以餐厨垃圾和渗滤液产生的沼气以及绿色工业服务中心铝灰处理项目中的富氢气体作为原料气，设计年处理沼气2400吨，产氢气2200吨，减少碳排放量100万吨。

垃圾制氢作为一种新兴的低碳氢供给方式，也有望在我国氢能产业发展中起到重要的支撑作用。

文章来源： 匹夫闯天下，石化产业观察， 燃料电池与氢能观察