氢能是否是真正的可再生清洁能源？

背景
在2015年9月的“联合国可持续发展峰会”中提出的“可持续发展目标”中涉及了一系列关于应对气候变化和能源问题的方针。其中就包括了推进可再生能源、先进高效且低环境负荷的化石燃料技术等清洁能源技术的研究与技术的获取；对低效使用的化石燃料补助金进行合理化调整，加速减排温室气体等等发展方针。总而言之，清洁能源的发展仍是重中之重。
氢能在使用过程中的清洁性是其备受瞩目的一大优点，因此也被日本政府视为实现可持续发展的重要手段，并且在《水素燃料电池战略路线图》中也制定了2040年实现氢能制造运输零碳化的氢能供给目标。
 
目前，虽然氢能在使用过程中不会产生二氧化碳以及其他污染物，但在制造过程却并非完全“如此”。那么现在日本国采用的主流制氢方式有哪些呢？这些方法又有哪些利弊？下面氢能泡泡就来给大家进行解读一下。
 
工业副产品氢气
在许多工业产品的生产过程中都会产生氢气，并且数量十分庞大。因此许多生产者都会将其回收自己使用或者对外销售。其中，生产烧碱产生的副产氢气是极具代表性的例子。
通过食盐水电解的方法，每生产一吨烧碱，便会产生280Nm3的氢气，产量十分可观。并且这种方式生产的氢能纯度较高，造价较低，可以用于对外销售。但是这种方法需要用到消耗大量的电力，使用煤炭等化石燃料的发电厂提供的电力，最终会产生大量的二氧化碳。因此若想实现零碳排放，需要配套相应的可再生能源发电设施，如太阳能发电，风力发电等，或者对化石燃料产生的二氧化碳的进行封存。所以烧碱副产氢离零碳化这一目标还需要一定时间。
钢铁产业也是一个重要的副生氢气的来源。在炼制焦炭工艺中，焦炉里会产生含有氢气的焦炉煤气，其中氢气比例可以达到50%以上。根据日本2012年的统计，如果氢气比例按照50%来计算，那么一年的钢铁产业的副生氢气可以达到70亿Nm3。而这种制氢方式的缺点很明显，氢气纯度不够高需要进一步提高纯度。并且日本钢铁生产过程中产生的氢气通常都会回收后，在高炉中直接利用。如果将这部分氢气全部对外销售，那么则会需要补充额外的化石燃料用于加热燃烧，这仍然会造成二氧化碳排放。
 
目前日本的钢铁产业副生氢已经有用于民用的实例。北九州的新日本制铁八幡制铁所会将生产过程中产生的部分氢气通过专用管网输送到附近使用燃料电池的民宅和公共设施中用于发电制热。
 
 化石燃料改质
化石燃料改质制氢是一种重要的制氢手段，可以稳定且大规模的生产氢气，被广泛运用于各行各业，例如氨水制造和石油化工所需要的氢气都是采用化石燃料改质的方法来制造。
 
该方法分为水蒸气改质法和部分氧化改质法，现在以水蒸气改质法最为主流。这种方法通常以天然气为原料进行SMR改质反应。在800度的吸热反应下，通常会产生氢气和一氧化碳。再将产生的一氧化碳处理最终生成氢气与二氧化碳。因此这种方法的缺点也很明显，就是制造过程本身会产生大量二氧化碳。
目前，日本正在推广的家用燃料电池（ENE·FARM）就是采用这个原理，家庭用户从公共煤气管道获得的天然气，通过家用燃料电池的前置改质器将天然气改质成氢气，但同时也会产生二氧化碳。
 
 
水电解制氢
水电解制氢顾名思义就是通过电气将水分解生成氢气。该方法目前可以适用的有碱水电解法和固体高分子形水电解法两种。由于固体高分子形水电解法成本较高，因此在日本目前只有碱水电解法有投入工业生产的实例。
 
 
用这种方法生产的氢气纯度较高，可以达到99.99%，并且生产过程本身不会有二氧化碳的产生。但是与烧碱生产中的食盐水电解相同，使用电源方面仍然是做到零碳排放的一大制约因素，今后发展水力发电，太阳能发电等方法来解决电源问题仍然是重中之重。
 
 
从对日本的观察来看，目前在制氢过程中依旧直接或间接大量使用着煤和天然气等不可再生的化石燃料，这对于向社会引进氢能的初期阶段来说，获得较低成本且稳定的氢能资源是很重要的。然而，虽然可以说将化石燃料制氢后加以利用是化石燃料的清洁利用方式之一。但是化石燃料是非可再生能源，而且将化石燃料转化成氢气来加以利用的方式的整体系统效率可能低于直接清洁利用化石燃料的方式。另外，如果制造过程中产生的二氧化碳不进行封存，或者封存的二氧化碳发生泄漏、以及制造过程中产生一定程度的气体、水、固废等污染物质的话，这将严重地阻碍了氢能成为真正可再生清洁能源的步伐。
 
另外一面，日本虽然也在自己规划的氢能发展战略中制定了零碳排放的氢能社会的目标，但是由于自身的地理自然环境、基础设施等等问题的限制，短时间内还难以实现。而推动利用可再生能源制氢实现制氢过程中的二氧化碳零排放、污染物零排放，对尽快让氢能名正言顺地成为真正的可再生清洁能源是非常重要的，也是必须攻克的一大课题。
 
当然日本政府也在积极地发展例如生物质能热分解、光触媒、废弃塑料制氢、太阳能及风能等可再生能源制氢等更加环保的制氢技术，同时也在积极探索海外能够利用的可再生能源（比如新西兰的地热能制氢项目），但是到大规模投产阶段还需要一定时间。