在追求碳中和目標(biāo)的大背景下，國(guó)內(nèi)外對(duì)氫能的關(guān)注持續(xù)升溫。2021年12月初，澳大利亞水資源服務(wù)協(xié)會(huì)（Water Services Association of Australia-WSAA）發(fā)布的一份題為《Water: fueling the path to a hydrogen future》的報(bào)告。

2021年被許多人認(rèn)為是碳中和元年。在格拉斯哥舉行的COP26 全球氣候會(huì)議結(jié)束之后，世人開(kāi)始將更多的目光轉(zhuǎn)向依賴非化石燃料的能源，這其中就包括了氫能。氫能本不是什么新鮮事，但過(guò)去的產(chǎn)氫及似乎屬于碳密集型工藝，而隨著新工藝的普及，產(chǎn)氫的碳影響正大大降低，這也促進(jìn)了氫能的復(fù)興之路。

氫氣是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)毒的可燃性氣體。它本身對(duì)環(huán)境是無(wú)害的，但它的生產(chǎn)方式可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。因此這份報(bào)告介紹了目前四種主要的產(chǎn)氫方法，包括蒸汽甲烷重整(SMR)、氣化、熱裂解或電解，并由此衍生出灰氫、藍(lán)氫、藍(lán)綠氫和綠氫這樣的名詞。

從顏色可以看出，目前行業(yè)認(rèn)為綠氫的生產(chǎn)是最為環(huán)保的，因?yàn)樗怯蔑L(fēng)能和光能發(fā)電來(lái)電解水制氫，消耗的原材料僅為水，而電解水制氫產(chǎn)生的氫氣在消耗之后又會(huì)產(chǎn)生水，看上去是一條可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)路線。澳洲許多準(zhǔn)備建造的氫能中心都是以綠氫路線設(shè)計(jì)的。

但水又從哪里來(lái)呢？這份報(bào)告預(yù)測(cè)，如果氫能按照預(yù)期速度發(fā)展，2050年澳洲制氫水耗將高達(dá)2.6億立方米，與目前整個(gè)澳大利亞昆士蘭東南部的供水量相當(dāng)。這些水從哪來(lái)，答案正在一座座的城市污水處理廠里。特別是在澳洲，在過(guò)去20年經(jīng)歷了兩次嚴(yán)重旱災(zāi)之后，他們的水務(wù)公司希望能找到不依賴降雨的飲用水水源。對(duì)污水廠的出水進(jìn)行再生處理是其中的選擇。利用反滲透技術(shù)，污水廠出水可以凈化到制氫用水的水平。除了水，甲烷是另一種制氫原料，而這也是帶有厭氧消化工藝的污水廠可以提供的。正因如此，污水廠和制氫廠可以形成一種天然的共生關(guān)系。這種潛在的共生關(guān)系，也意味著項(xiàng)目成本和風(fēng)險(xiǎn)可以有項(xiàng)目方和受益人來(lái)分?jǐn)?，降低了?cái)務(wù)可行性的門檻。

報(bào)告指出，每個(gè)水務(wù)公司都要根據(jù)自己的實(shí)際情況，評(píng)估能否參與氫能經(jīng)濟(jì)的浪潮，首先可以考量公司是否具備下面三大成功屬性，包括：

1. 要在參與前對(duì)機(jī)遇和挑戰(zhàn)都有充分認(rèn)識(shí)；

2. 污水廠場(chǎng)址的可行性

3. 是否有充足技能和資源的合作伙伴(關(guān)鍵)

基于這三點(diǎn)屬性，他們還列出了污水廠需要考慮的九個(gè)因素，包括：

1. 實(shí)現(xiàn)溫室氣體的減排

2. 在投資決策過(guò)程中考慮社會(huì)成本

3. 利用盈余的可再生能源

4. 了解再生水的潛力

5. 利用好水處理工藝升級(jí)的內(nèi)驅(qū)

6. 吸引感興趣的利益相關(guān)者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)

7. 污水處理 與產(chǎn)氫設(shè)施共址

8. 挖掘多重收益的改進(jìn)點(diǎn)

9. 向循環(huán)經(jīng)濟(jì)過(guò)渡轉(zhuǎn)型

圖. 制氫中心生態(tài)系統(tǒng)的概念圖

如下圖所示，澳洲計(jì)劃在東西海岸打造7個(gè)吉瓦級(jí)（GWh）的綠氫項(xiàng)目。此外，各地的污水廠已經(jīng)有實(shí)際的項(xiàng)目在測(cè)試或運(yùn)行中。

第一個(gè)是例子是悉尼水務(wù)的Malabar污水廠，該廠擁有厭氧消化設(shè)施。悉尼水務(wù)正在和燃?xì)夤芫W(wǎng)公司Jenema合作將沼氣升級(jí)為生物甲烷，去除的二氧化碳則可出售或與氫氣一起進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，生產(chǎn)更多的生物甲烷。

該項(xiàng)目金額為1400萬(wàn)澳元，其中Jemena出資810萬(wàn)，澳大利亞可再生能源署(ARENA)則提供590萬(wàn)的資助。項(xiàng)目計(jì)劃在2022年9月完成，預(yù)計(jì)在每年將生產(chǎn) 95TJ 的可再生綠色天然氣，可滿足約6300戶家庭的用氣需求。這相當(dāng)于5000噸的碳減排量。

此外，該污水廠所屬的新南威爾士州政府為該項(xiàng)目提供額外支持——該州政府推出一項(xiàng)新的認(rèn)證計(jì)劃，為購(gòu)買零排放燃?xì)獾挠脩籼峁┙?jīng)驗(yàn)證的選擇，以支持天然氣管網(wǎng)的去碳轉(zhuǎn)型，這將為綠氫生產(chǎn)的認(rèn)證鋪平了道路。

圖. Malabar污水廠

第二個(gè)例子是墨爾本的亞拉河谷水務(wù)公司(Yarra Valley Water)。他們成功召集了一個(gè)團(tuán)隊(duì)在墨爾本北郊的Aurora污水廠開(kāi)展一個(gè)制氫項(xiàng)目。該團(tuán)隊(duì)除了水務(wù)公司，還有希望實(shí)現(xiàn)碳減排的租戶、希望擴(kuò)大制氫設(shè)備規(guī)模的技術(shù)供應(yīng)商，以及尋求去碳化的供氣公司。項(xiàng)目的水源是污水廠多余的再生水，以及附近一個(gè)垃圾發(fā)電廠的剩余可再生能源。

該項(xiàng)目為了提高可行性，已經(jīng)積極拓展氫氣的終端用戶，包括為1200輛特殊車輛的車隊(duì)提供燃料，包括叉車、公交和卡車等；一個(gè)1MW的電力和熱力發(fā)電系統(tǒng)，用于平衡 2.5MW太陽(yáng)能系統(tǒng)的電力供應(yīng)；并入天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)。此外，該項(xiàng)目產(chǎn)生的氧氣還將用于污水廠的好氧處理工藝。

這個(gè)項(xiàng)目將從小試開(kāi)始試驗(yàn)，預(yù)計(jì)在2023年7月擴(kuò)大到年產(chǎn)700噸的規(guī)模。屆時(shí)將成為污水處理與綠色制氫的共生案例。項(xiàng)目投資成本估計(jì)為2300萬(wàn)澳元，亞拉河谷水務(wù)公司仍在尋求50%的資金資助。

維多利亞州的東北水務(wù)公司也在開(kāi)展污水處理+綠氫共生的項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于West Wodonga污水廠，電解槽規(guī)模達(dá)10MW。生產(chǎn)的氫氣用于和天然氣混合，最大比例為10%。氧氣則會(huì)用于污水廠。這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)獲得了3210萬(wàn)澳元的撥款資助，項(xiàng)目總投資規(guī)模達(dá)4400萬(wàn)，預(yù)計(jì)在2023年下半年完成。

總的來(lái)說(shuō)，氫能的發(fā)展對(duì)水務(wù)行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)新的機(jī)遇。甲烷和再生水都是能通過(guò)成熟技術(shù)得到的原料，但如何將制氫的產(chǎn)品推向市場(chǎng)、制定價(jià)格并由此獲利，是污水廠相對(duì)陌生的領(lǐng)域。所以，報(bào)告的作者認(rèn)為各水務(wù)公司要想找到自己進(jìn)入氫能領(lǐng)域的最佳入口，還需要因地制宜地走一段探索之路。報(bào)告中指出需要利用合作來(lái)推動(dòng)變革，石油和天然氣行業(yè)的公司可能是水務(wù)行業(yè)未來(lái)的關(guān)鍵合作伙伴，畢竟后者迫切急于去碳化和拓展新市場(chǎng)。

1. https://www.wsaa.asn.au/news/new-papers-hydrogen-and-climate-change
2. https://www.jacobs.com/sites/default/files/2020-06/jacobs-yarra-valley-water-towards-a-zero-carbon-future.pdf
   
3. https://www.efchina.org/Attachments/Report/report-po-20211020/%E5%9F%8E%E5%B8%82%E6%B1%A1%E6%B0%B4%E5%A4%84%E7%90%86%E5%8E%82%E6%B0%A2%E8%83%BD%E5%BC%80%E5%8F%91%E6%BD%9C%E5%8A%9B%E4%B8%8E%E5%88%A9%E7%94%A8%E9%80%94%E5%BE%84%E5%88%9D%E6%AD%A5%E7%A0%94%E7%A9%B6.pdf