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。這份報(bào)告指出氫能革命的步伐在逐步加快，這對(duì)城市水處理行業(yè)意味著什么？水行業(yè)是否對(duì)氫能有足夠的認(rèn)識(shí)？在這份報(bào)告里，大家能夠了解水務(wù)行業(yè)使用氫氣的基礎(chǔ)知識(shí)，并指出了未來幾年值得探索的問題。

　　水行業(yè)與氫能相互成就？

　　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。

　　澳洲已經(jīng)加快其氫革命的步伐——政府和行業(yè)機(jī)構(gòu)宣布了大量新的氫項(xiàng)目、戰(zhàn)略和政策框架。澳大利亞的聯(lián)邦政府正在向氫能行業(yè)注入12 億澳元的資金，澳大利亞可再生能源署(ARENA)承諾將為商用規(guī)模的項(xiàng)目投入超 1億澳元的資金。

　　氫氣是一種無色無味無毒的可燃性氣體。它本身對(duì)環(huán)境是無害的，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)青、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，答案正在一座座的城市污水處理廠里。特別是在澳洲，在過去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)目方和受益人來分?jǐn)?，降低了?cái)務(wù)可行性的門檻。

　　三思而行

　　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：

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

　　污水廠場(chǎng)址的可行性

　　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：

　　實(shí)現(xiàn)溫室氣體的減排

　　在投資決策過程中考慮社會(huì)成本

　　利用盈余的可再生能源

　　了解再生水的潛力

　　利用好水處理工藝升級(jí)的內(nèi)驅(qū)

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

　　污水處理 與產(chǎn)氫設(shè)施共址

　　挖掘多重收益的改進(jìn)點(diǎn)

　　向循環(huán)經(jīng)濟(jì)過渡轉(zhuǎn)型

　　圖. 制氫中心生態(tài)系統(tǒng)的概念圖

　　制氫藍(lán)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。

　　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。

　　圖. 亞拉河谷水務(wù)公司的污水處理+綠氫共生愿景

　　維多利亞州的東北水務(wù)公司也在開展污水處理+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。

　　小結(jié)

　　總的來說，氫能的發(fā)展對(duì)水務(wù)行業(yè)來說是一個(gè)新的機(jī)遇。甲烷和再生水都是能通過成熟技術(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)。

編輯：王媛媛