0.3　多种多样、丰富多彩的制氢方法

现在世界能源的主体是化石能源。近百年来化石能源支撑人类社会高速发展，功莫大焉。但有越来越多的证据表明化石能源的大量使用已经损害了环境，并造成全球气候的变化。而化石能源是一种有限的资源，特别是石油以现有的消费速度很可能在100年内就将被消耗完。而且化石能源的分布存在明显的地理分布不均匀性。对能源的争夺越来越激烈，由此也带来了能源安全的问题。在这种情况下，可再生能源越来越受到人们的重视。可再生能源包括太阳能、生物质能、风能、水力能、地热能、海洋能源等。笔者在《无碳能源：太阳氢》（2009年，化学工业出版社）中“耀眼的太阳氢”一节中指出氢会进一步提高可再生能源在全球能源市场中的比例。总之，氢能越来越受到人们的重视。

氢能是一种二次能源，在人类生存的地球上，几乎没有现成的氢，因此必须将含氢物质加工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水（H2O），其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气、硫化氢）及各种生物质等。

0.3.1　根据制氢原料分类

所有的化石能源都既可以直接制氢，也可以间接制氢。目前，全世界氢气的主要来源是用化石能源制氢，其中主要是煤和天然气制氢。

可再生能源中，太阳能是最活跃的制氢介质，有很多种方法制氢，既可以直接制氢，也可以间接制氢。有太阳和水就能制得氢。难怪太阳能-氢系统受到青睐。生物质能也是可以多途径制氢的介质，它既可以直接制氢，也可以间接制氢，由于生物质生长过程吸收的CO2与其制氢过程释放的CO2相当，所以生物质制氢备受重视；风能、水能、地热能和海洋能（不包括海洋植物）只能间接制氢，即先发电，再用电解水制氢。

核能和太阳能一样，可以直接或间接制氢。

几乎所有的能源载体都可以制氢。电是最重要的能源载体。电解水制氢是非常重要的工业化制氢方法。汽油、柴油、甲醇、氨气等既是能源载体，也是重要的氢的载体，所以，用这些含氢丰富的氢能载体制氢是顺理成章的事。

综上所述，将根据原料划分的制氢方法制图如图0-2（毛宗强，毛志明.氢能生产及热化学利用.北京：化学工业出版社，2015）所示。

图0-2　工业制氢方法框图

从图0-2可见，化石能源煤、石油和天然气制氢途径最多，可以直接制得氢气，也可以先发电再制氢，还可以制成其他化合物（如汽柴油、甲醇）后再制氢。可再生能源中太阳能、生物质能和新能源核能则可以直接制氢或者先发电再制氢。而风能、水力能、地热能和海洋能（不包括海洋植物）则只能先发电再电解水制氢。图0-2中左下框的物质都和氢一样是能源载体，由它们可以直接制取氢气。电也是能源载体，因为它较为特殊，不仅可以由电制氢，称为PTG；也可以由氢气发电，称为GTP。电和氢就是一对“好兄弟”，可以相互转化。图0-2下框中的铝粉、氧化铁、硫化氢等，是一些金属或化合物的代表，它们都可以直接制氢。

0.3.2　根据制氢原理分类

另一种分类方法是根据制氢原理分类。可以将工业制氢分为：热化学方法、电化学方法、等离子体法、生物法和光化学法等。每种方法的原理和特点见表0-1。

表0-1　制氢原理和特点

本文主要介绍已经产业化或接近产业化的工业制氢方法及原理，并根据制氢原料分类，这样为各地区因地制宜制氢提供了可能性和现实性。