在追求碳中和目标的大背景下，国内外对氢能的关注持续升温。

根据一项新协议，Barwon Water将与Viva Energy Australia合作，以4330万美元的资金为可再生氢的生产提供再生水。

该工厂生产的氢气将用于扩大澳大利亚在移动市场的能力，合作伙伴旨在为首批15辆重型车辆提供氢气。为了产生氢气，该项目将包含一个2MW的电解槽，并将回收的水转化为可再生的氢气。为了支持该项目，澳大利亚可再生能源署(ARENA)提供了2280万美元的资金，而维多利亚州政府也提供了100万美元。

早在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。这份报告指出氢能革命的步伐在逐步加快，这对城市水处理行业意味着什么？水行业是否对氢能有足够的认识？在这份报告里，大家能够了解水务行业使用氢气的基础知识，并指出了未来几年值得探索的问题。

氢能利用是必然趋势？

氢能源是人类未来发展的能源趋势，它不会产生温室气体，对于地球的大气环境不会造成污染。

自从人类进入到21世纪，伴随着传统能源对于地球气候环境的影响越来越严重，氢能源也被提上日程，很多国家都制定了氢能源的发展规划，我国也是其中之一。

我国早从上世纪70年代的长征2号火箭开始，在燃料选择方面，也都是液态氢了；在铁路运输等领域，也逐渐将氢能源作为主要的燃料；市政交通方面，部分地区试点使用氢燃料电池公交车，不过车辆价格和燃料成本较高。同等配置的纯电动公交车为100万元左右，而燃料电池公交车超过250万；氢气每公斤价格为60-70元（补贴后为40元/公斤），这个价格对于燃油车毫无优势（每公斤低于40元才能与柴油车相当）。

既然人类使用氢能源已经有数十年历史了，为何在我们的生活中并不常见呢？这是因为氢能源没有办法大量产生，因为如何用低成本来产生足够人类日常需求的氢气，至今仍然没有重大突破。

工业上制氢大概来自五个方面：副产品氢气、化石燃料制氢、电解水、生物能源制氢以及太阳能。金属冶炼过程中常常会产生副产品氢气，纯度偏低；化石燃料，生物能源和太阳能制氢类似于发电，能源消耗较大。现有的制氢技术仍属于起步阶段，氢气制备少，能源消耗大。

所以，即使知道氢能源是人类未来的发展趋势，但是由于它的产量不够，所以只能在航天等高精尖领域应用，来自全球的各大实验室，也都在寻找可以产生足够氢气的方法。

水行业与氢能相辅相成？

2021年被许多人认为是碳中和元年。在格拉斯哥举行的COP26 全球气候会议结束之后，世人开始将更多的目光转向依赖非化石燃料的能源，这其中就包括了氢能。氢能本不是什么新鲜事，但过去的产氢及似乎属于碳密集型工艺，而随着新工艺的普及，产氢的碳影响正大大降低，这也促进了氢能的复兴之路。

澳洲已经加快其氢革命的步伐——政府和行业机构宣布了大量新的氢项目、战略和政策框架。澳大利亚的联邦政府正在向氢能行业注入12 亿澳元的资金，澳大利亚可再生能源署(ARENA)承诺将为商用规模的项目投入超 1亿澳元的资金。

氢气是一种无色无味无毒的可燃性气体。它本身对环境是无害的，但它的生产方式可能会对环境造成影响。因此这份报告介绍了目前四种主要的产氢方法，包括蒸汽甲烷重整(SMR)、气化、热裂解或电解，并由此衍生出灰氢、蓝青、蓝绿氢和绿氢这样的名词。

从颜色可以看出，目前行业认为绿氢的生产是最为环保的，因为它是用风能和光能发电来电解水制氢，消耗的原材料仅为水，而电解水制氢产生的氢气在消耗之后又会产生水，看上去是一条可持续发展的技术路线。澳洲许多准备建造的氢能中心都是以绿氢路线设计的。

但水又从哪里来呢？这份报告预测，如果氢能按照预期速度发展，2050年澳洲制氢水耗将高达2.6亿立方米，与目前整个澳大利亚昆士兰东南部的供水量相当。这些水从哪来，答案正在一座座的城市污水处理厂里。特别是在澳洲，在过去20年经历了两次严重旱灾之后，他们的水务公司希望能找到不依赖降雨的饮用水水源。对污水厂的出水进行再生处理是其中的选择。利用反渗透技术，污水厂出水可以净化到制氢用水的水平。

除了水，甲烷是另一种制氢原料，而这也是带有厌氧消化工艺的污水厂可以提供的。正因如此，污水厂和制氢厂可以形成一种天然的共生关系。这种潜在的共生关系，也意味着项目成本和风险可以有项目方和受益人来分摊，降低了财务可行性的门槛。

三思而行

报告指出，每个水务公司都要根据自己的实际情况，评估能否参与氢能经济的浪潮，首先可以考量公司是否具备下面三大成功属性，包括：

要在参与前对机遇和挑战都有充分认识；

污水厂场址的可行性；

是否有充足技能和资源的合作伙伴(关键)。

基于这三点属性，他们还列出了污水厂需要考虑的九个因素，包括：

实现温室气体的减排；

在投资决策过程中考虑社会成本；

利用盈余的可再生能源；

了解再生水的潜力；

利用好水处理工艺升级的内驱；

吸引感兴趣的利益相关者和监管机构；

污水处理与产氢设施共址；

挖掘多重收益的改进点；

向循环经济过渡转型。

图. 制氢中心生态系统的概念图

制氢蓝图

如下图所示，澳洲计划在东西海岸打造7个吉瓦级（GWh）的绿氢项目。此外，各地的污水厂已经有实际的项目在测试或运行中。

第一个是例子是悉尼水务的Malabar污水厂，该厂拥有厌氧消化设施。悉尼水务正在和燃气管网公司Jenema合作将沼气升级为生物甲烷，去除的二氧化碳则可出售或与氢气一起进行甲烷化反应，生产更多的生物甲烷。

该项目金额为1400万澳元，其中Jemena出资810万，澳大利亚可再生能源署(ARENA)则提供590万的资助。项目计划在2022年9月完成，预计在每年将生产 95TJ 的可再生绿色天然气，可满足约6300户家庭的用气需求。这相当于5000吨的碳减排量。

此外，该污水厂所属的新南威尔士州政府为该项目提供额外支持——该州政府推出一项新的认证计划，为购买零排放燃气的用户提供经验证的选择，以支持天然气管网的去碳转型，这将为绿氢生产的认证铺平了道路。

                                                                        图. Malabar污水厂

第二个例子是墨尔本的亚拉河谷水务公司(Yarra Valley Water)。他们成功召集了一个团队在墨尔本北郊的Aurora污水厂开展一个制氢项目。该团队除了水务公司，还有希望实现碳减排的租户、希望扩大制氢设备规模的技术供应商，以及寻求去碳化的供气公司。项目的水源是污水厂多余的再生水，以及附近一个垃圾发电厂的剩余可再生能源。

该项目为了提高可行性，已经积极拓展氢气的终端用户，包括为1200辆特殊车辆的车队提供燃料，包括叉车、公交和卡车等；一个1MW的电力和热力发电系统，用于平衡 2.5MW太阳能系统的电力供应；并入天然气管网系统。此外，该项目产生的氧气还将用于污水厂的好氧处理工艺。

这个项目将从小试开始试验，预计在2023年7月扩大到年产700吨的规模。届时将成为污水处理与绿色制氢的共生案例。项目投资成本估计为2300万澳元，亚拉河谷水务公司仍在寻求50%的资金资助。

维多利亚州的东北水务公司也在开展污水处理+绿氢共生的项目，该项目位于West Wodonga污水厂，电解槽规模达10MW。生产的氢气用于和天然气混合，最大比例为10%。氧气则会用于污水厂。这个项目已经获得了3210万澳元的拨款资助，项目总投资规模达4400万，预计在2023年下半年完成。

小结

总的来说，氢能的发展对水务行业来说是一个新的机遇。甲烷和再生水都是能通过成熟技术得到的原料，但如何将制氢的产品推向市场、制定价格并由此获利，是污水厂相对陌生的领域。所以，报告的作者认为各水务公司要想找到自己进入氢能领域的最佳入口，还需要因地制宜地走一段探索之路。报告中指出需要利用合作来推动变革，石油和天然气行业的公司可能是水务行业未来的关键合作伙伴，毕竟后者迫切急于去碳化和拓展新市场。

另外北京环丁环保大数据研究院在2021年10月也曾发布了一份题为《城市污水处理厂氢能开发潜力与利用途径初步研究》的报告，对耦合光伏电及电解水的污水厂制氢潜力进行了研究分析。感兴趣的读者可以对中澳两地污水厂的制氢前景进行对比。