0.3　多種多樣、豐富多彩的制氫方法

現在世界能源的主體是化石能源。近百年來化石能源支撐人類社會高速發展，功莫大焉。但有越來越多的證據表明化石能源的大量使用已經損害了環境，并造成全球氣候的變化。而化石能源是一種有限的資源，特別是石油以現有的消費速度很可能在100年內就將被消耗完。而且化石能源的分布存在明顯的地理分布不均勻性。對能源的爭奪越來越激烈，由此也帶來了能源安全的問題。在這種情況下，可再生能源越來越受到人們的重視。可再生能源包括太陽能、生物質能、風能、水力能、地熱能、海洋能源等。筆者在《無碳能源：太陽氫》（2009年，化學工業出版社）中“耀眼的太陽氫”一節中指出氫會進一步提高可再生能源在全球能源市場中的比例。總之，氫能越來越受到人們的重視。

氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，幾乎沒有現成的氫，因此必須將含氫物質加工后方能得到氫氣。最豐富的含氫物質是水（H2O），其次就是各種礦物燃料（煤、石油、天然氣、硫化氫）及各種生物質等。

0.3.1　根據制氫原料分類

所有的化石能源都既可以直接制氫，也可以間接制氫。目前，全世界氫氣的主要來源是用化石能源制氫，其中主要是煤和天然氣制氫。

可再生能源中，太陽能是最活躍的制氫介質，有很多種方法制氫，既可以直接制氫，也可以間接制氫。有太陽和水就能制得氫。難怪太陽能-氫系統受到青睞。生物質能也是可以多途徑制氫的介質，它既可以直接制氫，也可以間接制氫，由于生物質生長過程吸收的CO2與其制氫過程釋放的CO2相當，所以生物質制氫備受重視；風能、水能、地熱能和海洋能（不包括海洋植物）只能間接制氫，即先發電，再用電解水制氫。

核能和太陽能一樣，可以直接或間接制氫。

幾乎所有的能源載體都可以制氫。電是最重要的能源載體。電解水制氫是非常重要的工業化制氫方法。汽油、柴油、甲醇、氨氣等既是能源載體，也是重要的氫的載體，所以，用這些含氫豐富的氫能載體制氫是順理成章的事。

綜上所述，將根據原料劃分的制氫方法制圖如圖0-2（毛宗強，毛志明.氫能生產及熱化學利用.北京：化學工業出版社，2015）所示。

從圖0-2可見，化石能源煤、石油和天然氣制氫途徑最多，可以直接制得氫氣，也可以先發電再制氫，還可以制成其他化合物（如汽柴油、甲醇）后再制氫。可再生能源中太陽能、生物質能和新能源核能則可以直接制氫或者先發電再制氫。而風能、水力能、地熱能和海洋能（不包括海洋植物）則只能先發電再電解水制氫。圖0-2中左下框的物質都和氫一樣是能源載體，由它們可以直接制取氫氣。電也是能源載體，因為它較為特殊，不僅可以由電制氫，稱為PTG；也可以由氫氣發電，稱為GTP。電和氫就是一對“好兄弟”，可以相互轉化。圖0-2下框中的鋁粉、氧化鐵、硫化氫等，是一些金屬或化合物的代表，它們都可以直接制氫。

0.3.2　根據制氫原理分類

另一種分類方法是根據制氫原理分類。可以將工業制氫分為：熱化學方法、電化學方法、等離子體法、生物法和光化學法等。每種方法的原理和特點見表0-1。

本文主要介紹已經產業化或接近產業化的工業制氫方法及原理，并根據制氫原料分類，這樣為各地區因地制宜制氫提供了可能性和現實性。