在追求碳中和目標的大背景下，國內外對氫能的關(guān)注持續升溫。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》的報告。這份報告指出氫能革命的步伐在逐步加快，這對城市水處理行業(yè)意味著(zhù)什么？水行業(yè)是否對氫能有足夠的認識？在這份報告里，大家能夠了解水務(wù)行業(yè)使用氫氣的基礎知識，并指出了未來(lái)幾年值得探索的問(wèn)題。

　　水行業(yè)與氫能相互成就？

　　2021年被許多人認為是碳中和元年。在格拉斯哥舉行的COP26 全球氣候會(huì )議結束之后，世人開(kāi)始將更多的目光轉向依賴(lài)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(zhù)新工藝的普及，產(chǎn)氫的碳影響正大大降低，這也促進(jìn)了氫能的復興之路。

　　澳洲已經(jīng)加快其氫革命的步伐——政府和行業(yè)機構宣布了大量新的氫項目、戰略和政策框架。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)承諾將為商用規模的項目投入超 1億澳元的資金。

　　氫氣是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)毒的可燃性氣體。它本身對環(huán)境是無(wú)害的，但它的生產(chǎn)方式可能會(huì )對環(huán)境造成影響。因此這份報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、藍青、藍綠氫和綠氫這樣的名詞。

　　從顏色可以看出，目前行業(yè)認為綠氫的生產(chǎn)是最為環(huán)保的，因為它是用風(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發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)。澳洲許多準備建造的氫能中心都是以綠氫路線(xiàn)設計的。

　　但水又從哪里來(lái)呢？這份報告預測，如果氫能按照預期速度發(fā)展，2050年澳洲制氫水耗將高達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。這些水從哪來(lái)，答案正在一座座的城市污水處理廠(chǎng)里。特別是在澳洲，在過(guò)去20年經(jīng)歷了兩次嚴重旱災之后，他們的水務(wù)公司希望能找到不依賴(lài)降雨的飲用水水源。對污水廠(chǎng)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(chǎng)出水可以?xún)艋街茪溆盟乃?。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(chǎng)可以提供的。正因如此，污水廠(chǎng)和制氫廠(chǎng)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(zhù)項目成本和風(fēng)險可以有項目方和受益人來(lái)分攤，降低了財務(wù)可行性的門(mén)檻。

　　三思而行

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

　　要在參與前對機遇和挑戰都有充分認識；

　　污水廠(chǎng)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(chǎng)需要考慮的九個(gè)因素，包括：

　　實(shí)現溫室氣體的減排

　　在投資決策過(guò)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的內驅

　　吸引感興趣的利益相關(guān)者和監管機構

　　污水處理 與產(chǎn)氫設施共址

　　挖掘多重收益的改進(jìn)點(diǎn)

　　向循環(huán)經(jīng)濟過(guò)渡轉型

　　圖. 制氫中心生態(tài)系統的概念圖

　　制氫藍圖

　　如下圖所示，澳洲計劃在東西海岸打造7個(gè)吉瓦級（GWh）的綠氫項目。此外，各地的污水廠(chǎng)已經(jīng)有實(shí)際的項目在測試或運行中。

　　第一個(gè)是例子是悉尼水務(wù)的Malabar污水廠(chǎng)，該廠(chǎng)擁有厭氧消化設施。悉尼水務(wù)正在和燃氣管網(wǎng)公司Jenema合作將沼氣升級為生物甲烷，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，生產(chǎn)更多的生物甲烷。

　　該項目金額為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。項目計劃在2022年9月完成，預計在每年將生產(chǎn) 95TJ 的可再生綠色天然氣，可滿(mǎn)足約6300戶(hù)家庭的用氣需求。這相當于5000噸的碳減排量。

　　此外，該污水廠(chǎng)所屬的新南威爾士州政府為該項目提供額外支持——該州政府推出一項新的認證計劃，為購買(mǎi)零排放燃氣的用戶(hù)提供經(jīng)驗證的選擇，以支持天然氣管網(wǎng)的去碳轉型，這將為綠氫生產(chǎn)的認證鋪平了道路。

　　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)團隊在墨爾本北郊的Aurora污水廠(chǎng)開(kāi)展一個(gè)制氫項目。該團隊除了水務(wù)公司，還有希望實(shí)現碳減排的租戶(hù)、希望擴大制氫設備規模的技術(shù)供應商，以及尋求去碳化的供氣公司。項目的水源是污水廠(chǎng)多余的再生水，以及附近一個(gè)垃圾發(fā)電廠(chǎng)的剩余可再生能源。

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

　　這個(gè)項目將從小試開(kāi)始試驗，預計在2023年7月擴大到年產(chǎn)700噸的規模。屆時(shí)將成為污水處理與綠色制氫的共生案例。項目投資成本估計為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(kāi)展污水處理+綠氫共生的項目，該項目位于West Wodonga污水廠(chǎng)，電解槽規模達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(chǎng)。這個(gè)項目已經(jīng)獲得了3210萬(wàn)澳元的撥款資助，項目總投資規模達4400萬(wàn)，預計在2023年下半年完成。

　　小結

　　總的來(lái)說(shuō)，氫能的發(fā)展對水務(wù)行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)新的機遇。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(chǎng)相對陌生的領(lǐng)域。所以，報告的作者認為各水務(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)。

編輯：王媛媛