绿色制氢技术

第1章“碳中和”目标下的制氢技术
1.1制氢为“碳中和”目标服务001
1.1.1氢的“颜色”001
1.1.2丰富多彩的制氢方法002
1.1.3煤炭制氢004
1.1.4天然气制氢005
1.1.5重油制氢005
1.2绿氢制备技术005
1.3供氢载体006
1.3.1“氢矿”及其他含氢化合物007
1.3.2液态阳光及其他007
1.4供能载体008
1.4.1化石能源008
1.4.2可再生能源009
1.4.3核能010
1.5制氢技术展望011
1.5.1人工智能与制氢紧密耦合011
1.5.2ChatGPT助力制氢发展012
1.5.3电解水制氢技术前景光明012
1.5.4天然氢有可能商业化014
参考文献016 第2章电解水制氢技术
2.1电解水制氢技术介绍018
2.1.1电解水制氢技术基本原理018
2.1.2电解水关键电化学参数021
2.1.3电解水制氢技术分类和发展历史023
2.2碱性电解水制氢技术025
2.2.1基本原理025
2.2.2AEL电解槽组成和关键部件026
2.2.3催化剂029
2.2.4催化剂制备方法035
2.2.5代表企业038
2.3质子交换膜电解水制氢技术039
2.3.1基本原理039
2.3.2PEM电解槽组成和关键部件040
2.3.3关键部件制备方法048
2.3.4失效机理050
2.3.5代表企业054
2.4固体氧化物电解水制氢技术057
2.4.1基本原理057
2.4.2SOEC电解槽组成和关键部件058
2.4.3关键部件制备方法061
2.4.4失效机理062
2.4.5代表企业063
2.5不同技术路线的比较063
参考文献064 第3章海水电解制氢技术
3.1海水电解制氢分类与原理072
3.1.1直接海水制氢073
3.1.2间接海水制氢074
3.2海水制氢关键075
3.2.1关键瓶颈问题075
3.2.2电解池设计078
3.2.3析氧催化剂设计079
3.2.4析氢催化剂设计081
3.3海水制氢的电能来源082
3.3.1海洋能源082
3.3.2海上风能083
3.4海上风电制氢系统与应用示范案例084
3.4.1海上风电制氢系统方案084
3.4.2海水风电制氢项目案例085
3.5海水制氢经济分析088
3.5.1理论能量估算088
3.5.2海水淡化成本分析088
3.5.3海上风电制氢成本分析088
3.5.4结论095
参考文献096 第4章光化学分解水制氢技术
4.1光催化研究开端099
4.2光催化水分解的基本原理100
4.2.1光催化水分解过程100
4.2.2光催化水分解反应热力学101
4.2.3光催化水分解反应动力学102
4.3光催化水分解研究进展102
4.3.1水分解光催化剂的主要特征102
4.3.2水分解光催化剂研究进展103
4.3.3提高光催化剂分解水制氢效率的方法106
4.3.4光催化分解水制氢反应器113
4.3.5光解水反应系统标准测试体系120
4.4结论与展望121
参考文献122 第5章核能制氢技术
5.1概述129
5.2基于核能的制氢技术130
5.2.1甲烷重整130
5.2.2热化学循环分解水131
5.2.3混合循环135
5.2.4高温蒸汽电解137
5.2.5常规电解水139
5.2.6其他技术139
5.3用于制氢的核能系统140
5.3.1商用核电技术140
5.3.2核能制氢对反应堆的要求140
5.3.3核氢系统耦合及经济性142
5.4耦合技术与安全问题143
5.4.1核反应堆与制氢厂耦合方案143
5.4.2系统安全144
5.4.3经济性初步评价145
5.5核能制氢研发国内外进展146
5.5.1美国147
5.5.2日本148
5.5.3韩国148
5.5.4加拿大148
5.5.5中国149
5.5.6国际组织151
5.6核能制氢的综合应用前景151
5.6.1核能制氢-氢冶金151
5.6.2其他154
参考文献154 第6章废水生物产氢
6.1概述155
6.2废水生物产氢技术155
6.2.1暗发酵产氢156
6.2.2光发酵产氢159
6.2.3其他生物产氢技术160
6.3废水生物产氢微生物164
6.3.1光发酵系统中的微生物164
6.3.2暗发酵系统中的微生物164
6.4废水生物产氢反应器166
6.4.1暗反应器166
6.4.2光反应器170
6.4.3微生物电解池171
6.5废水生物产氢的影响因素172
6.5.1废水来源172
6.5.2营养元素174
6.5.3反应条件176
6.6提升废水生物产氢的方法178
6.6.1强化微生物178
6.6.2底物预处理179
6.6.3添加剂180
6.6.4运行条件优化180
6.7废水生物产氢的技术经济分析181
6.7.1投资成本181
6.7.2运营成本181
6.7.3成本效益分析181
6.7.4案例分析181
参考文献182 第7章垃圾制氢
7.1垃圾制氢意义192
7.1.1垃圾是放错地方的资源192
7.1.2目前垃圾处理方法193
7.2垃圾制氢方法193
7.2.1热分解法垃圾制氢193
7.2.2填埋垃圾制氢194
7.2.3其他垃圾制氢方法198
7.3垃圾制氢进展199
7.3.1垃圾制氢国际进展199
7.3.2垃圾制氢国内进展199
7.4垃圾制氢前景及建议203
参考文献203 第8章生物质发酵制氢技术
8.1生物质制氢技术概述206
8.1.1生物质热化学制氢技术206
8.1.2生物质微生物制氢技术208
8.2生物质发酵基本原理210
8.3生物质发酵制氢研究进展212
8.3.1接种物的选择以及处理方式212
8.3.2反应pH213
8.3.3温度213
8.3.4原料214
8.3.5反应器214
8.4生物质两阶段发酵联产氢气和甲烷（生物氢烷）215
8.4.1氢烷及其重要性215
8.4.2两阶段发酵联产生物氢烷的过程及特点215
8.4.3微生物种群影响216
8.4.4过程集成216
8.4.5生物电化学监测218
8.4.6放大技术挑战226
8.4.7生物氢烷及综合利用227
8.5生物质发酵制备生物氢烷案例介绍227
8.5.1北京郊区农场案例227
8.5.2西北农业废弃物案例230
8.5.3泰国棕榈油厂废水制取生物氢烷案例232
8.5.4中试规模生物氢烷案例比较和分析232
8.6生物质发酵技术经济小结233
参考文献234 第9章生物质热化学制氢
9.1生物质简介238
9.2生物质热解制氢239
9.3生物质气化制氢240
9.4生物油制氢技术241
9.5生物气制氢技术243
9.5.1生物气的来源与性质243
9.5.2生物气干重整制氢技术246
9.5.3生物气蒸汽重整制氢技术253
9.5.4生物气部分氧化重整制氢技术256
9.5.5生物气吸收强化重整制氢技术261
9.5.6生物气化学链重整制氢技术266
9.5.7生物气重整制氢的耦合技术268
9.5.8生物气重整制氢反应器268
9.5.9生物气蒸汽重整制氢技术的经济与生态分析273
9.6生物质热化学制氢的工程案例276
参考文献278 第10章醇类制氢
10.1甲醇制氢284
10.1.1甲醇蒸汽重整制氢285
10.1.2甲醇水相重整制氢285
10.2乙醇制氢285
10.2.1乙醇直接裂解制氢286
10.2.2乙醇蒸汽重整制氢286
10.2.3乙醇二氧化碳重整制氢287
10.2.4电催化强化乙醇制氢287
10.2.5等离子强化乙醇制氢287
10.2.6乙醇制氢催化剂287
10.3多元醇制氢技术：甘油制氢287
10.3.1甘油及甘油性质287
10.3.2甘油蒸汽重整制氢288
10.3.3甘油水相重整制氢289
10.3.4甘油干重整制氢289
10.3.5甘油高温热解法重整制氢289
10.3.6甘油超临界重整制氢289
10.4醇类重整制氢反应器290
10.4.1固定床反应器290
10.4.2微通道反应器290
10.4.3微结构反应器291
10.4.4膜反应器291
10.5醇类制氢技术的特点291
10.5.1甲醇、乙醇制氢的技术经济性291
10.5.2甲醇、乙醇制氢的CO2排放291
10.5.3甘油制氢的CO2排放及经济性292
10.5.4制氢与燃料电池耦合系统292
参考文献293 第11章烃类裂解制氢
11.1烃的定义及制氢方法294
11.2烃类分解制取氢气和炭黑方法295
11.2.1热裂解法295
11.2.2等离子体法295
11.3天然气热裂解制氢295
11.3.1天然气高温热裂解制氢296
11.3.2天然气催化热裂解制造氢气297
11.3.3天然气等离子裂解制氢298
11.3.4熔融金属天然气热裂解制氢299
11.4热分解制氢气和炭黑与传统方法的比较300
11.4.1分解天然气的能耗300
11.4.2氢气产品的能耗与原料消耗300
11.4.3排放CO2比较300
11.4.4能量利用比较301
参考文献301 第12章氨气制氢
12.1氨气性质及用途303
12.1.1氨气能源特性303
12.1.2氨的用途304
12.1.3氨是理想的氢载体305
12.2氨制氢原理306
12.2.1氨分解制氢热力学306
12.2.2氨分解制氢动力学306
12.3氨气制氢方法309
12.3.1热催化法309
12.3.2等离子体催化法310
12.3.3其他氨分解制氢方法310
12.4氨制氢的设备311
参考文献312 第13章金属制氢
13.1金属制氢的必要性314
13.2金属制氢能力314
13.3铝-水制氢体系316
13.3.1Al/H2O反应制氢原理316
13.3.2铝水制氢方法317
13.3.3铝水体系的特殊场景323
13.4铝制氢设备324
13.5废铝制氢326
13.5.1废铝制氢意义326
13.5.2废铝制氢方法326
13.5.3废铝制氢现状327
13.6金属制氢技术展望328
参考文献328 第14章硫化氢分解制氢
14.1硫化氢分解反应基础知识331
14.1.1反应原理331
14.1.2热力学分析331
14.1.3动力学研究332
14.1.4动力学反应机理332
14.2硫化氢分解方法333
14.2.1热分解法333
14.2.2电化学法335
14.2.3微波法336
14.2.4光化学催化法337
14.2.5等离子体法337
14.3硫化氢分解的主要研究方向339
参考文献340 第15章制氢过程CO2排放估算及化石能源零CO2排放制氢技术
15.1引言343
15.1.1制氢过程CO2排放估算简述343
15.1.2化石能源零CO2排放制氢技术简介343
15.2制氢过程CO2排放估算345
15.2.1不同制氢技术评价345
15.2.2制氢过程CO2排放估算方法348
15.2.3制氢过程CO2排放估算举例354
15.2.4制氢技术的生命周期评价358
15.3化石能源零CO2排放制氢技术363
15.3.1化石能源零排放制氢技术简介363
15.3.2化石能源零排放制氢技术举例366
15.3.3零CO2排放制氢新进展372
15.4零CO2制氢技术展望377
15.4.1零CO2制氢总结377
15.4.2展望377
参考文献378 第16章液氢
16.1液氢及性质380
16.1.1液氢性质380
16.1.2液氢外延产品381
16.2液氢用途383
16.3液氢生产383
16.3.1正氢与仲氢383
16.3.2液氢生产工艺385
16.3.3液氢生产典型流程388
16.3.4全球液氢生产390
16.3.5液氢生产成本390
16.4液氢的储存与运输391
16.4.1液氢储存391
16.4.2液氢运输392
16.5液氢加注系统394
16.5.1液氢加注系统395
16.5.2防止两相流的措施396
16.6液氢安全396
16.7液氢标准399
16.8中国液氢产业399
参考文献400 第17章工业副产氢气纯化
17.1变压吸附法404
17.1.1变压吸附制氢工艺404
17.1.2变压吸附在氢气分离中的应用与发展409
17.2膜分离法411
17.2.1有机膜分离411
17.2.2无机膜分离416
17.2.3液态金属分离418
17.3深冷分离法419
17.3.1低温吸附法419
17.3.2低温冷凝法420
17.3.3工业化低温分离420
参考文献421