在追求碳中和目標的大背景下，國內外對氫能的關注持續升溫。

根據一項新協議，Barwon Water將與Viva Energy Australia合作，以4330萬美元的資金為可再生氫的生產提供再生水。

該工廠生產的氫氣將用于擴大澳大利亞在移動市場的能力，合作伙伴旨在為首批15輛重型車輛提供氫氣。為了產生氫氣，該項目將包含一個2MW的電解槽，并將回收的水轉化為可再生的氫氣。為了支持該項目，澳大利亞可再生能源署(ARENA)提供了2280萬美元的資金，而維多利亞州政府也提供了100萬美元。

早在2021年12月初，澳大利亞水資源服務協會（Water Services Association of Australia-WSAA）發布的一份題為《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意味著什么？水行業是否對氫能有足夠的認識？在這份報告里，大家能夠了解水務行業使用氫氣的基礎知識，并指出了未來幾年值得探索的問題。

氫能利用是必然趨勢？

氫能源是人類未來發展的能源趨勢，它不會產生溫室氣體，對于地球的大氣環境不會造成污染。

自從人類進入到21世紀，伴隨著傳統能源對于地球氣候環境的影響越來越嚴重，氫能源也被提上日程，很多國家都制定了氫能源的發展規劃，我國也是其中之一。

我國早從上世紀70年代的長征2號火箭開始，在燃料選擇方面，也都是液態氫了；在鐵路運輸等領域，也逐漸將氫能源作為主要的燃料；市政交通方面，部分地區試點使用氫燃料電池公交車，不過車輛價格和燃料成本較高。同等配置的純電動公交車為100萬元左右，而燃料電池公交車超過250萬；氫氣每公斤價格為60-70元（補貼后為40元/公斤），這個價格對于燃油車毫無優勢（每公斤低于40元才能與柴油車相當）。

既然人類使用氫能源已經有數十年歷史了，為何在我們的生活中并不常見呢？這是因為氫能源沒有辦法大量產生，因為如何用低成本來產生足夠人類日常需求的氫氣，至今仍然沒有重大突破。

工業上制氫大概來自五個方面：副產品氫氣、化石燃料制氫、電解水、生物能源制氫以及太陽能。金屬冶煉過程中常常會產生副產品氫氣，純度偏低；化石燃料，生物能源和太陽能制氫類似于發電，能源消耗較大。現有的制氫技術仍屬于起步階段，氫氣制備少，能源消耗大。

所以，即使知道氫能源是人類未來的發展趨勢，但是由于它的產量不夠，所以只能在航天等高精尖領域應用，來自全球的各大實驗室，也都在尋找可以產生足夠氫氣的方法。

水行業與氫能相輔相成？

2021年被許多人認為是碳中和元年。在格拉斯哥舉行的COP26 全球氣候會議結束之后，世人開始將更多的目光轉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，但過去的產氫及似乎屬于碳密集型工藝，而隨著新工藝的普及，產氫的碳影響正大大降低，這也促進了氫能的復興之路。

澳洲已經加快其氫革命的步伐——政府和行業機構宣布了大量新的氫項目、戰略和政策框架。澳大利亞的聯邦政府正在向氫能行業注入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。

氫氣是一種無色無味無毒的可燃性氣體。它本身對環境是無害的，但它的生產方式可能會對環境造成影響。因此這份報告介紹了目前四種主要的產氫方法，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，目前行業認為綠氫的生產是最為環保的，因為它是用風能和光能發電來電解水制氫，消耗的原材料僅為水，而電解水制氫產生的氫氣在消耗之后又會產生水，看上去是一條可持續發展的技術路線。澳洲許多準備建造的氫能中心都是以綠氫路線設計的。

但水又從哪里來呢？這份報告預測，如果氫能按照預期速度發展，2050年澳洲制氫水耗將高達2.6億立方米，與目前整個澳大利亞昆士蘭東南部的供水量相當。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年經歷了兩次嚴重旱災之后，他們的水務公司希望能找到不依賴降雨的飲用水水源。對污水廠的出水進行再生處理是其中的選擇。利用反滲透技術，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系。這種潛在的共生關系，也意味著項目成本和風險可以有項目方和受益人來分攤，降低了財務可行性的門檻。

三思而行

報告指出，每個水務公司都要根據自己的實際情況，評估能否參與氫能經濟的浪潮，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；

污水廠場址的可行性；

是否有充足技能和資源的合作伙伴(關鍵)。

基于這三點屬性，他們還列出了污水廠需要考慮的九個因素，包括：

實現溫室氣體的減排；

在投資決策過程中考慮社會成本；

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者和監管機構；

污水處理與產氫設施共址；

挖掘多重收益的改進點；

向循環經濟過渡轉型。

圖. 制氫中心生態系統的概念圖

制氫藍圖

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

第一個是例子是悉尼水務的Malabar污水廠，該廠擁有厭氧消化設施。悉尼水務正在和燃氣管網公司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行甲烷化反應，生產更多的生物甲烷。

該項目金額為1400萬澳元，其中Jemena出資810萬，澳大利亞可再生能源署(ARENA)則提供590萬的資助。項目計劃在2022年9月完成，預計在每年將生產 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目提供額外支持——該州政府推出一項新的認證計劃，為購買零排放燃氣的用戶提供經驗證的選擇，以支持天然氣管網的去碳轉型，這將為綠氫生產的認證鋪平了道路。

                                                                        圖. Malabar污水廠

第二個例子是墨爾本的亞拉河谷水務公司(Yarra Valley Water)。他們成功召集了一個團隊在墨爾本北郊的Aurora污水廠開展一個制氫項目。該團隊除了水務公司，還有希望實現碳減排的租戶、希望擴大制氫設備規模的技術供應商，以及尋求去碳化的供氣公司。項目的水源是污水廠多余的再生水，以及附近一個垃圾發電廠的剩余可再生能源。

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

這個項目將從小試開始試驗，預計在2023年7月擴大到年產700噸的規模。屆時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2300萬澳元，亞拉河谷水務公司仍在尋求50%的資金資助。

維多利亞州的東北水務公司也在開展污水處理+綠氫共生的項目，該項目位于West Wodonga污水廠，電解槽規模達10MW。生產的氫氣用于和天然氣混合，最大比例為10%。氧氣則會用于污水廠。這個項目已經獲得了3210萬澳元的撥款資助，項目總投資規模達4400萬，預計在2023年下半年完成。

小結

總的來說，氫能的發展對水務行業來說是一個新的機遇。甲烷和再生水都是能通過成熟技術得到的原料，但如何將制氫的產品推向市場、制定價格并由此獲利，是污水廠相對陌生的領域。所以，報告的作者認為各水務公司要想找到自己進入氫能領域的最佳入口，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推動變革，石油和天然氣行業的公司可能是水務行業未來的關鍵合作伙伴，畢竟后者迫切急于去碳化和拓展新市場。

另外北京環丁環保大數據研究院在2021年10月也曾發布了一份題為《城市污水處理廠氫能開發潛力與利用途徑初步研究》的報告，對耦合光伏電及電解水的污水廠制氫潛力進行了研究分析。感興趣的讀者可以對中澳兩地污水廠的制氫前景進行對比。