污水厂制氢可行吗？

2021年12月初，澳大利亚水资源服务协会（Water Services Association of Australia-WSAA）发布的一份题为《Water: fueling the path to a hydrogen future》的报告。探讨了污水处理出水途径如何成为解锁绿色制氢的关键。

那么污水厂制氢真的可行吗？

随着淡水资源的日益匮乏，地下水通常被视为应对未来水资源短缺的战略水库，而地表水也与生活、工业与农业等用水紧密相关，导致电解水源会与之形成竞争。雨水则因受天气和气候影响严重，会导致供应不连续。

目前，我国电解水制氢水源主要为海水。

海水电解水制氢分为直接制氢和间接制氢，前者是直接利用海水电解，但该技术并不成熟，海水复杂的水质成分会对设备造成严重堵塞、腐蚀，电解水制氢效率较低；后者间接制氢主要是将海水淡化脱盐处理后再进行电解水制氢，但海水淡化过程设备投资与运行成本均较高。

相比之下，我国城镇污水处理厂出水水量稳定，水质比海水好，可成为电解水制氢的替代水源。

就水量而言，制氢对水资源的消耗量较小，制氢产业对地表水/地下水资源长期开采也不会造成水资源或水循环的不可逆破坏。

但自然水体受季节性汛期和枯水期的影响，水量供应并不稳定；同时，我国地下水资源分布存在南多北少的差异。

相对而言，污水处理厂出水水量较为稳定，供应完全可以获得保证

根据《中国城镇污水处理与再生利用发展报告（1978—2020）》，截至2020年，我国城镇污水处理能力达2.3×108m3/d，而平均利用率却不足20%。

国家发改委在2021年底印发的《典型地区再生水利用配置试点方案》中要求到2025年，缺水地区、京津冀地区及其他地区试点城市再生水利用率应分别达到35%、45%和25%以上。

从水量来看，污水处理厂出水电解水制氢利用前景广阔。

电解水制氢不仅要考虑稳定的水量，更重要的是要有水质保证，这直接关系到电解水制氢技术的效率及可行性。

根据研究，各种水源水质均不能满足直接电解水制氢标准，需要采取一定的预处理措施后方可用于制氢。不同水源水质差异将导致预处理措施难易程度不尽相同。

处理出水标准制定参考了环境水体的水质因素，二级出水水质基本上与地表水和地下水水质处于同一量级。但地表水和地下水受经纬度等地质变化和季节性因素的影响，水质差异较大。

相对而言，二级出水水质稳定，直接受限于所规定的出水排放标准。反观海水盐度，是其他水源的10~30倍，总溶解性固体等均超出其他水源几个数量级。

因此，从水质角度考虑优先级，处理出水>地表水/地下水>海水。

无论采用哪种水源进行电解水制氢，水的输送成本均占主导地位。

有研究指出，高达60%的制氢供水成本由输水环节造成；而葡萄牙的研究结果显示，输水成本占比甚至高达90%。

海水通常采用管道取水，铺设难度大，而且海水因水质盐度高等特性而具有较强的腐蚀性，对取水和输水管道与设备材质要求较高，必须采用耐腐蚀材料（如玻璃钢、PCCP等管材），从而导致相关运行和维护成本偏高。

这意味着即使是近海城市，海水作为制氢水源也并不具备经济性。

而将污水处理厂与电解水制氢厂合建则完全没有输水成本的存在。

综上，从经济角度分析制氢成本，海水运输和处理需求较高，导致相应成本增大；而污水处理出水比海水制氢成本低，地表水制氢成本与处理出水基本一致。

不同水源制氢还需考虑环境综合影响。

深海取水会造成噪声污染和振动问题，可能对深海生物形成撞击或者夹带，从而影响海洋生态系统平衡。污水处理出水的脱盐卤水可能含有更多的污染物成分，处理不当会造成环境污染问题。

另一方面，采用污水处理出水制氢，产生的纯氧可以直接原位供给污水处理厂，提高污水处理设施中好氧处理系统的效率，降低污水处理厂的运营成本；同时也能为污水厂节能降耗作出贡献。