一 氢矿在哪里？
在人类生存的地球上，氢是最丰富的元素，但是自然界却没有纯氢存在。最常见的含氢物质是水（H2O);其次就是各种含氢化合物如石油、天然气、硫化氢及各种生物质等。所以按行业习惯我们将江、河、湖、海称为“氢矿”。可见，“氢矿”到处都有，不难发现。
二 工业化制氢方法
目前我国97%的氢气是由化石燃料生产的，其余的通过水电解法生产。化石燃料制造氢气要向大气排放大量的温室气体，对环境不利。水电解制造氢气则不产生温室气体，但是生产成本较高。因此水解制氢适合电力资源如水电、风能、地热能、潮汐能以及核能比较丰富的地区。
1、以煤为原料制氢
煤是我国最主要的化石能源，其主要成分是碳，也有很少的碳氢化合物。煤制氢的本质是以碳取代水中的氢，最终生成氢气和二氧化碳。这里，碳起到化学试剂作用并为置换反应提供热。氢几乎全来自于水。
以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种：
一是煤的焦化（或称高温干馏），煤在隔绝空气条件下，在 900～1000℃制取焦碳，副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组份中含氢气 55～60%(体积）、甲烷23～27%一氧化碳5～8%等。每吨煤可得煤气 300～350m3，作为城市煤气，亦是制取氢气的原料。
二是煤的气化，使煤在高温常压或加压下，与水蒸汽或氧气（空气）等反应转化成气体产物。气体产物中氢气的含量随不同气化方法而异。煤气化制氢是一种具有我国特点的制氢方法。通常做法是将煤从地下挖出，破碎、分类后放到专门的设备中进行上述反应。其实也可以在地下进行煤制氢，一般在煤矿的地表建成两个井，一个进气，一个出含氢的混合气。在地面上净化，得到可用的氢。煤地下气化方法近数十年已为人们所重视，我国已经在山东、河北一带进行了几个工业化示范，效果很好。地下气化技术具有煤资源利用率高及减少或避免地表环境破坏等优点。
2、天然气制氢
天然气的主要成分是甲烷（ CH4），本身就含有氢。和煤制氢相比，用天然气制氢产量高、加工成本较低，排放的温室气体少，因此天然气成为国外制造氢气的主要原料。其中天然气蒸汽转化是较普遍的制造氢气方法。工业上甲烷蒸汽转化过程采用镍做催化剂，操作温度750～920℃，操作压力 2.17～2.86MPa。较高的压力可以改善过程效率。反应是吸热的，热量通过燃烧室燃烧甲烷供给。甲烷蒸汽转化制得的合成气，经过高低温变换反应将一氧化碳转化为二氧化碳和额外的氢气。为了防止甲烷蒸汽转化过程析碳，反应进料中需采用过量的水蒸气。最终氢气的收率与采用的技术路线有关。天然气制氢的本质是以甲烷中的碳取代水中的氢，碳起到化学试剂作用并为置换反应提供热。氢大部分来自于水，小部分来自天然气本身。
3、重油部分氧化制造氢气
重油是炼油过程中的残余物，可用来制造氢气。重油部分氧化过程中碳氢化合物与氧气、水蒸气反应生成氢气和二氧化碳。该过程在一定的压力下进行，可以采用催化剂，也可以不采用催化剂，这取决于所选原料与过程。催化部分氧化通常是以甲烷或石脑油为主的低碳烃为原料，而非催化部分氧化则以重油为原料，反应温度在 1150～1315℃。重油部分氧化制得的氢主要来自水蒸气。
4、水电解制造氢气
水电解制造氢气是成熟的制造氢气的方法，已有80余年生产历史。水电解制得的氢气纯度高，操作简便，但需耗电。水电解制氢的效率一般在 75～ 85%，一般生产1m3氢气和0.5m3氧气的电耗为4～5kWh。根据热力学原理，电解水制得1m3氢气和0.5m3氧气的最低电耗要2.95度电。所以有的发明家得到低于此值的结果就不可信了。当然，如果是电解水溶液，得到氢和另一种非氧的产物，其电耗另当别论。水电解制氢的本质是以电能打开水中的氢和氧的结合键，最终生成氢气和氧气。这里的氢全部来自于水。
目前我国水电解主要用石棉布电介质和强碱性水溶液，能耗大、不环保。近年已经成功开发采用固体高分子离子交换膜代替石棉布作为电解质，直接电解纯水的新技术。
水电解制氢所需电能可由各种一次能源提供，其中包括化石燃料、核能或太阳能、水能、风能及海洋能等可再生能源。大型供电系统在低谷时电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。随着可再生能源地位的提高、发电成本的降低，相信水电解制氢会得到更大的发展。
三 大有前途的新方法
知道制氢的本质是“提取”水中的氢，因此，提取氢的方法可以是多种多样的，诸如：
1、水煤气 -铁法制造氢气。该过程以煤气化为基础，先制得合成气；合成气再将氧化铁还原成金属铁，金属铁再与水蒸气反应生成氢气和氧化铁，然后将氧化铁送去与合成气反应生成金属铁，从而完成整个制造氢气的循环过程。
2、甲烷(催化)裂解制造氢气。传统的制造氢气过程都伴有大量的二氧化碳排放。以甲烷蒸汽转化为例，每转化 1吨甲烷，要向大气中排放 2.75吨二氧化碳。20纪中叶开发的高温裂解甲烷制氢技术，其主要优点在于制取高纯氢气的同时，制得更有经济价值、易于储存的固体碳，从而不向大气排放二氧化碳，减轻了温室效应。该方法制得的氢完全来自于甲烷自带的氢。该方法技术较简单，但是制造成本仍然不低。
3、热化学法分解制氢。水直接分解需要在2227℃以上的温度，工程实现难度很大。为了降低水的分解温度，人们提出用多步骤热化学反应制造氢气，最高温度不超过1000℃。利用化学试剂在2～4个化学反应组成的一组热循环反应中互为反应物和产物，循环使用，并不消耗; 本质上只有水分解为氢和氧。目前已经研究出来多组热化学循环系统，主要有：
①金属Ca、Sr、Mn、Fe的卤化物作为氧化还原剂分解水；
②双组分碘和硫氧化还原系统；
③蒸汽—铁系统。热化学循环属卡诺循环，这意味着高温能增加转化效率。但是高温会产生结构材料损坏等问题，此外，产品分离、中间物的循环以及热化学反应可能产生的污染、腐蚀、毒害等问题，都会导致氢气成本很高。尽管国外有人研究，但热化学循环制造氢气的前景并不乐观。
4、其它含氢物质制氢，如从硫化氢中制取氢气，氨裂解制氢等。
5、等离子体制造氢气过程。通过电场电弧能将水加热到5000℃，水被分解成 H、H2、O、O2、OH和水，其中 H、H2的含量可达到50%。要使等离子体中氢组分含量稳定，就必须对等离子体进行淬火，使氢不再和氧结合。该过程能耗很高，因而制氢成本很高。
6、生物质制氢。生物质是一种可再生资源，生物质可通过气化和微生物制氢两种不同的手段制氢。
生物质气化制氢是将生物质原料如薪柴、锯末、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化或裂解反应制得含氢燃料气。微生物制氢则是在常温常压下，利用微生物进行酶催化反应制得氢气。
四 太阳能－氢系统，人类能源的希望
太阳所释放的能量为3.8 ×1026J?S-1，一年中到达地球表面的能量达5.5 ×1026J，为现在全人类一年所消费能源总和的一万倍，这仅仅是太阳释放能量中极小的一部分。因此如果我们能够克服太阳能的低密度及不稳定性，将这部分“廉价”的取之不尽的能量利用起来，将永远解决人类能源问题。
太阳能制氢分为直接制氢和间接制氢两种。直接制氢又分为热分解法和光分解法。热分解法是指用太阳能的高热量直接裂解水，得到氢和氧。直接热解水为氢和氧的反应，必须将水加热至 3000℃以上，反应才有实际应用的可能，由于操作温度太高，在超高温条件下，除了热源和材料问题外，如何分离产生的氢和氧也是难题。光分解法基于光量子可以使水和其他含氢化合物分子中氢键断裂的原理，制氢包括许多途径，主要有光催化法和光电解法等。光催化过程是指含有催化剂的反应体系，在光照下由于催化剂存在，促使水解制得氢气。光电解制氢，利用半导体电极的光化学效应制成太阳能光电化学电池，以水为原料，在太阳光照下制造氢气。这些太阳能直接制氢方法目前尚处于基础研究阶段。太阳能间接制氢法主要包括太阳能发电和电解水制氢。目前已无技术困难，关键是需要大幅度提高系统效率和降低成本。太阳能发电包括热发电和太阳电池发电两种。太阳能—氢能系统(简称太阳氢)是人类理想的能源系统。太阳氢系统的科学性主要体现在:（1）能长久的提供人类所需的足够能量。太阳正源源不断地向地球提供光和热。以目前技术水平，太阳—氢能系统的效率最高可达20%，大规模应用后定能满足发展需要。（2）是最环保的能源系统。利用太阳能制氢，特别是从水中获取氢气，再将氢用于燃料电池发电和供热，重新生成水。整个能量利用无污染，可以避免当前大规模利用化石燃料对地球生态环境造成的严重危害，有助于实现人类在地球上的可持续发展。（3）是和平的能源利用方式。地球上的太阳能资源分布相对均匀，高纬度地区太阳能分布少，人口分布也稀疏。随着技术的发展，人们可利用大面积的公海日照实现大规模的太阳能制氢，并实现低成本、长距离输氢。
五 副产氢气是宝电解食盐水制烧碱、煤炼焦炭、合成氨制化肥以及钢铁等多种行业均产生大量的氢气副产品。
据专家估计，我国独立焦化企业每年放散的焦炉煤气超过200亿m3，相当于损失了 100亿m3氢气。我国 2005年产钢3.5亿吨，实际冶金消耗的焦炭量约为 2.3亿吨。按每生产1吨焦炭可伴生 350m3富含氢气的焦炉煤气计算，由此可提取 175m3氢气，折算重量为15.6kg。若把 2005年生产焦炭时所伴生的焦炉煤气全部变压吸附提氢，则氢气产量高达 402.5亿 m3，可替代车用汽油 2421.9万吨。如能采取适当的措施将这些氢气分离回收，每年可得到上百亿立方米的氢气，替代数千万吨汽油，所以说副产氢气是个宝。
六 天生我才必有用——每一种制氢方法都有自己的用武之地制造氢气的技术多种多样，各有优缺点。
在我国和世界范围内，由于存在资源分布不均的现象，人们在探索各种不同的制造氢气的方法来满足不同地区、不同情况的需要。在利用制氢资源方面，除了继续利用矿物资源外，人们正在积极探索利用生物质与废物资源。在利用能源方面，人们在考虑利用太阳能、风能、地热能、核能来电解水制氢。水力发电高峰时，将多余的电力用来制备氢气，当电力不够时再利用氢燃料电池发电，实现发电与制造氢气的互补。因此不同的氢气制备方法对不同国家和地区的意义是不一样的。
21世纪的氢气市场需求特性将决定制造氢气技术的发展方向。随着世界范围内环境法规的日益严格以及社会对洁净的氢能源关注的加深，氢气的需求量将稳步增长，燃料电池汽车出现后，氢气的需求又具有分布广、小型化的特点。因此我们有理由相信在世界范围内多种制造氢气方法将会共同发展。
（转载自：中国氢能源网，来源：《太阳能》）
