綠色制氫技術(shù)

第1章“碳中和”目標下的制氫技術(shù)
1.1制氫為“碳中和”目標服務(wù)001
1.1.1氫的“顏色”001
1.1.2豐富多彩的制氫方法002
1.1.3煤炭制氫004
1.1.4天然氣制氫005
1.1.5重油制氫005
1.2綠氫制備技術(shù)005
1.3供氫載體006
1.3.1“氫礦”及其他含氫化合物007
1.3.2液態(tài)陽光及其他007
1.4供能載體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制氫技術(shù)展望011
1.5.1人工智能與制氫緊密耦合011
1.5.2ChatGPT助力制氫發(fā)展012
1.5.3電解水制氫技術(shù)前景光明012
1.5.4天然氫有可能商業(yè)化014
參考文獻016
第2章電解水制氫技術(shù)
2.1電解水制氫技術(shù)介紹018
2.1.1電解水制氫技術(shù)基本原理018
2.1.2電解水關(guān)鍵電化學(xué)參數(shù)021
2.1.3電解水制氫技術(shù)分類和發(fā)展歷史023
2.2堿性電解水制氫技術(shù)025
2.2.1基本原理025
2.2.2AEL電解槽組成和關(guān)鍵部件026
2.2.3催化劑029
2.2.4催化劑制備方法035
2.2.5代表企業(yè)038
2.3質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)039
2.3.1基本原理039
2.3.2PEM電解槽組成和關(guān)鍵部件040
2.3.3關(guān)鍵部件制備方法048
2.3.4失效機理050
2.3.5代表企業(yè)054
2.4固體氧化物電解水制氫技術(shù)057
2.4.1基本原理057
2.4.2SOEC電解槽組成和關(guān)鍵部件058
2.4.3關(guān)鍵部件制備方法061
2.4.4失效機理062
2.4.5代表企業(yè)063
2.5不同技術(shù)路線的比較063
參考文獻064
第3章海水電解制氫技術(shù)
3.1海水電解制氫分類與原理072
3.1.1直接海水制氫073
3.1.2間接海水制氫074
3.2海水制氫關(guān)鍵075
3.2.1關(guān)鍵瓶頸問題075
3.2.2電解池設(shè)計078
3.2.3析氧催化劑設(shè)計079
3.2.4析氫催化劑設(shè)計081
3.3海水制氫的電能來源082
3.3.1海洋能源082
3.3.2海上風(fēng)能083
3.4海上風(fēng)電制氫系統(tǒng)與應(yīng)用示范案例084
3.4.1海上風(fēng)電制氫系統(tǒng)方案084
3.4.2海水風(fēng)電制氫項目案例085
3.5海水制氫經(jīng)濟分析088
3.5.1理論能量估算088
3.5.2海水淡化成本分析088
3.5.3海上風(fēng)電制氫成本分析088
3.5.4結(jié)論095
參考文獻096
第4章光化學(xué)分解水制氫技術(shù)
4.1光催化研究開端099
4.2光催化水分解的基本原理100
4.2.1光催化水分解過程100
4.2.2光催化水分解反應(yīng)熱力學(xué)101
4.2.3光催化水分解反應(yīng)動力學(xué)102
4.3光催化水分解研究進展102
4.3.1水分解光催化劑的主要特征102
4.3.2水分解光催化劑研究進展103
4.3.3提高光催化劑分解水制氫效率的方法106
4.3.4光催化分解水制氫反應(yīng)器113
4.3.5光解水反應(yīng)系統(tǒng)標準測試體系120
4.4結(jié)論與展望121
參考文獻122
第5章核能制氫技術(shù)
5.1概述129
5.2基于核能的制氫技術(shù)130
5.2.1甲烷重整130
5.2.2熱化學(xué)循環(huán)分解水131
5.2.3混合循環(huán)135
5.2.4高溫蒸汽電解137
5.2.5常規(guī)電解水139
5.2.6其他技術(shù)139
5.3用于制氫的核能系統(tǒng)140
5.3.1商用核電技術(shù)140
5.3.2核能制氫對反應(yīng)堆的要求140
5.3.3核氫系統(tǒng)耦合及經(jīng)濟性142
5.4耦合技術(shù)與安全問題143
5.4.1核反應(yīng)堆與制氫廠耦合方案143
5.4.2系統(tǒng)安全144
5.4.3經(jīng)濟性初步評價145
5.5核能制氫研發(fā)國內(nèi)外進展146
5.5.1美國147
5.5.2日本148
5.5.3韓國148
5.5.4加拿大148
5.5.5中國149
5.5.6國際組織151
5.6核能制氫的綜合應(yīng)用前景151
5.6.1核能制氫-氫冶金151
5.6.2其他154
參考文獻154
第6章廢水生物產(chǎn)氫
6.1概述155
6.2廢水生物產(chǎn)氫技術(shù)155
6.2.1暗發(fā)酵產(chǎn)氫156
6.2.2光發(fā)酵產(chǎn)氫159
6.2.3其他生物產(chǎn)氫技術(shù)160
6.3廢水生物產(chǎn)氫微生物164
6.3.1光發(fā)酵系統(tǒng)中的微生物164
6.3.2暗發(fā)酵系統(tǒng)中的微生物164
6.4廢水生物產(chǎn)氫反應(yīng)器166
6.4.1暗反應(yīng)器166
6.4.2光反應(yīng)器170
6.4.3微生物電解池171
6.5廢水生物產(chǎn)氫的影響因素172
6.5.1廢水來源172
6.5.2營養(yǎng)元素174
6.5.3反應(yīng)條件176
6.6提升廢水生物產(chǎn)氫的方法178
6.6.1強化微生物178
6.6.2底物預(yù)處理179
6.6.3添加劑180
6.6.4運行條件優(yōu)化180
6.7廢水生物產(chǎn)氫的技術(shù)經(jīng)濟分析181
6.7.1投資成本181
6.7.2運營成本181
6.7.3成本效益分析181
6.7.4案例分析181
參考文獻182
第7章垃圾制氫
7.1垃圾制氫意義192
7.1.1垃圾是放錯地方的資源192
7.1.2目前垃圾處理方法193
7.2垃圾制氫方法193
7.2.1熱分解法垃圾制氫193
7.2.2填埋垃圾制氫194
7.2.3其他垃圾制氫方法198
7.3垃圾制氫進展199
7.3.1垃圾制氫國際進展199
7.3.2垃圾制氫國內(nèi)進展199
7.4垃圾制氫前景及建議203
參考文獻203
第8章生物質(zhì)發(fā)酵制氫技術(shù)
8.1生物質(zhì)制氫技術(shù)概述206
8.1.1生物質(zhì)熱化學(xué)制氫技術(shù)206
8.1.2生物質(zhì)微生物制氫技術(shù)208
8.2生物質(zhì)發(fā)酵基本原理210
8.3生物質(zhì)發(fā)酵制氫研究進展212
8.3.1接種物的選擇以及處理方式212
8.3.2反應(yīng)pH213
8.3.3溫度213
8.3.4原料214
8.3.5反應(yīng)器214
8.4生物質(zhì)兩階段發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷（生物氫烷）215
8.4.1氫烷及其重要性215
8.4.2兩階段發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)生物氫烷的過程及特點215
8.4.3微生物種群影響216
8.4.4過程集成216
8.4.5生物電化學(xué)監(jiān)測218
8.4.6放大技術(shù)挑戰(zhàn)226
8.4.7生物氫烷及綜合利用227
8.5生物質(zhì)發(fā)酵制備生物氫烷案例介紹227
8.5.1北京郊區(qū)農(nóng)場案例227
8.5.2西北農(nóng)業(yè)廢棄物案例230
8.5.3泰國棕櫚油廠廢水制取生物氫烷案例232
8.5.4中試規(guī)模生物氫烷案例比較和分析232
8.6生物質(zhì)發(fā)酵技術(shù)經(jīng)濟小結(jié)233
參考文獻234
第9章生物質(zhì)熱化學(xué)制氫
9.1生物質(zhì)簡介238
9.2生物質(zhì)熱解制氫239
9.3生物質(zhì)氣化制氫240
9.4生物油制氫技術(shù)241
9.5生物氣制氫技術(shù)243
9.5.1生物氣的來源與性質(zhì)243
9.5.2生物氣干重整制氫技術(shù)246
9.5.3生物氣蒸汽重整制氫技術(shù)253
9.5.4生物氣部分氧化重整制氫技術(shù)256
9.5.5生物氣吸收強化重整制氫技術(shù)261
9.5.6生物氣化學(xué)鏈重整制氫技術(shù)266
9.5.7生物氣重整制氫的耦合技術(shù)268
9.5.8生物氣重整制氫反應(yīng)器268
9.5.9生物氣蒸汽重整制氫技術(shù)的經(jīng)濟與生態(tài)分析273
9.6生物質(zhì)熱化學(xué)制氫的工程案例276
參考文獻278
第10章醇類制氫
10.1甲醇制氫284
10.1.1甲醇蒸汽重整制氫285
10.1.2甲醇水相重整制氫285
10.2乙醇制氫285
10.2.1乙醇直接裂解制氫286
10.2.2乙醇蒸汽重整制氫286
10.2.3乙醇二氧化碳重整制氫287
10.2.4電催化強化乙醇制氫287
10.2.5等離子強化乙醇制氫287
10.2.6乙醇制氫催化劑287
10.3多元醇制氫技術(shù)：甘油制氫287
10.3.1甘油及甘油性質(zhì)287
10.3.2甘油蒸汽重整制氫288
10.3.3甘油水相重整制氫289
10.3.4甘油干重整制氫289
10.3.5甘油高溫?zé)峤夥ㄖ卣茪?89
10.3.6甘油超臨界重整制氫289
10.4醇類重整制氫反應(yīng)器290
10.4.1固定床反應(yīng)器290
10.4.2微通道反應(yīng)器290
10.4.3微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器291
10.4.4膜反應(yīng)器291
10.5醇類制氫技術(shù)的特點291
10.5.1甲醇、乙醇制氫的技術(shù)經(jīng)濟性291
10.5.2甲醇、乙醇制氫的CO2排放291
10.5.3甘油制氫的CO2排放及經(jīng)濟性292
10.5.4制氫與燃料電池耦合系統(tǒng)292
參考文獻293
第11章烴類裂解制氫
11.1烴的定義及制氫方法294
11.2烴類分解制取氫氣和炭黑方法295
11.2.1熱裂解法295
11.2.2等離子體法295
11.3天然氣熱裂解制氫295
11.3.1天然氣高溫?zé)崃呀庵茪?96
11.3.2天然氣催化熱裂解制造氫氣297
11.3.3天然氣等離子裂解制氫298
11.3.4熔融金屬天然氣熱裂解制氫299
11.4熱分解制氫氣和炭黑與傳統(tǒng)方法的比較300
11.4.1分解天然氣的能耗300
11.4.2氫氣產(chǎn)品的能耗與原料消耗300
11.4.3排放CO2比較300
11.4.4能量利用比較301
參考文獻301
第12章氨氣制氫
12.1氨氣性質(zhì)及用途303
12.1.1氨氣能源特性303
12.1.2氨的用途304
12.1.3氨是理想的氫載體305
12.2氨制氫原理306
12.2.1氨分解制氫熱力學(xué)306
12.2.2氨分解制氫動力學(xué)306
12.3氨氣制氫方法309
12.3.1熱催化法309
12.3.2等離子體催化法310
12.3.3其他氨分解制氫方法310
12.4氨制氫的設(shè)備311
參考文獻312
第13章金屬制氫
13.1金屬制氫的必要性314
13.2金屬制氫能力314
13.3鋁-水制氫體系316
13.3.1Al/H2O反應(yīng)制氫原理316
13.3.2鋁水制氫方法317
13.3.3鋁水體系的特殊場景323
13.4鋁制氫設(shè)備324
13.5廢鋁制氫326
13.5.1廢鋁制氫意義326
13.5.2廢鋁制氫方法326
13.5.3廢鋁制氫現(xiàn)狀327
13.6金屬制氫技術(shù)展望328
參考文獻328
第14章硫化氫分解制氫
14.1硫化氫分解反應(yīng)基礎(chǔ)知識331
14.1.1反應(yīng)原理331
14.1.2熱力學(xué)分析331
14.1.3動力學(xué)研究332
14.1.4動力學(xué)反應(yīng)機理332
14.2硫化氫分解方法333
14.2.1熱分解法333
14.2.2電化學(xué)法335
14.2.3微波法336
14.2.4光化學(xué)催化法337
14.2.5等離子體法337
14.3硫化氫分解的主要研究方向339
參考文獻340
第15章制氫過程CO2排放估算及化石能源零CO2排放制氫技術(shù)
15.1引言343
15.1.1制氫過程CO2排放估算簡述343
15.1.2化石能源零CO2排放制氫技術(shù)簡介343
15.2制氫過程CO2排放估算345
15.2.1不同制氫技術(shù)評價345
15.2.2制氫過程CO2排放估算方法348
15.2.3制氫過程CO2排放估算舉例354
15.2.4制氫技術(shù)的生命周期評價358
15.3化石能源零CO2排放制氫技術(shù)363
15.3.1化石能源零排放制氫技術(shù)簡介363
15.3.2化石能源零排放制氫技術(shù)舉例366
15.3.3零CO2排放制氫新進展372
15.4零CO2制氫技術(shù)展望377
15.4.1零CO2制氫總結(jié)377
15.4.2展望377
參考文獻378
第16章液氫
16.1液氫及性質(zhì)380
16.1.1液氫性質(zhì)380
16.1.2液氫外延產(chǎn)品381
16.2液氫用途383
16.3液氫生產(chǎn)383
16.3.1正氫與仲氫383
16.3.2液氫生產(chǎn)工藝385
16.3.3液氫生產(chǎn)典型流程388
16.3.4全球液氫生產(chǎn)390
16.3.5液氫生產(chǎn)成本390
16.4液氫的儲存與運輸391
16.4.1液氫儲存391
16.4.2液氫運輸392
16.5液氫加注系統(tǒng)394
16.5.1液氫加注系統(tǒng)395
16.5.2防止兩相流的措施396
16.6液氫安全396
16.7液氫標準399
16.8中國液氫產(chǎn)業(yè)399
參考文獻400
第17章工業(yè)副產(chǎn)氫氣純化
17.1變壓吸附法404
17.1.1變壓吸附制氫工藝404
17.1.2變壓吸附在氫氣分離中的應(yīng)用與發(fā)展409
17.2膜分離法411
17.2.1有機膜分離411
17.2.2無機膜分離416
17.2.3液態(tài)金屬分離418
17.3深冷分離法419
17.3.1低溫吸附法419
17.3.2低溫冷凝法420
17.3.3工業(yè)化低溫分離420
參考文獻421