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在追求碳中和目标的背景下，国内外对氢能的关注不断升温。2021年12月初，澳大利亚水资源服务协会发布了一份题为《Water: fueling the path to a hydrogen future》的报告。这份报告指出，氢能革命的步伐正在逐渐加快，这对城市水处理行业意味着什么？水行业对氢能有足够的了解吗？在这份报告中，我们可以了解水行业使用氢气的基本知识，并指出未来几年值得探索的问题。
水行业与氢能相互成就？
2021年被许多人认为是碳中和的元年。在格拉斯哥召开的COP26全球气候会议结束后，世界开始更加关注依赖非化石燃料的能源，这其中就包括氢能。氢能并不是什么新鲜事，但过去的氢产量似乎是碳密集型工艺，随着新工艺的普及，产氢的碳影响大大降低，这也促进了氢能的复兴。
澳大利亚加快了氢革命的步伐——政府和行业机构宣布了大量新的氢项目、战略和政策框架。澳大利亚联邦政府正在向氢能行业注入12亿澳元，澳大利亚可再生能源署（ARENA）承诺将为商业项目投资超过1亿澳元。
氢是一种无色、无味、无毒的可燃气体。它本身对环境无害，但它的生产方式可能会对环境产生影响。因此，本报告介绍了蒸汽甲烷重组（SMR）、气化、热裂解或电解四种主要产氢方法，并衍生出灰氢、蓝氢、蓝绿氢和绿氢等术语。
从颜色上可以看出，目前行业认为绿氢的生产是最环保的，因为它利用风能和光能发电来电解水制氢，消耗的原材料只是水，而电解水制氢产生的氢气消耗后会产生水，这似乎是一条可持续发展的技术路线。澳大利亚的许多氢能中心都是用绿氢路线去设计的。
但是水从哪里来呢？报告预测，如果氢能按预期速度发展，2050年澳大利亚制氢水耗将高达2.6亿立方米，相当于澳大利亚昆士兰东南部的供水量。这些水从哪里来？答案是在城市污水处理厂里。尤其是在澳大利亚，在过去20年经历了两次严重的旱灾后，他们的水务公司希望找到不依赖降雨的饮用水源。污水处理厂出水口再生是选择之一。利用反渗透技术，污水处理厂的出水口可以净化到制氢水平。除了水，甲烷是另一种制氢原料，也可以由具有厌氧消化技术的污水处理厂提供。因此，污水处理厂和制氢处理厂可以形成自然的共生关系。这种潜在的共生关系也意味着项目方和受益人可以分担项目成本和风险，降低了财务可行性的门槛。
三思而行
报告指出，每个水务公司都应根据自身实际情况评估能否参与氢能经济浪潮。首先，可以考虑公司是否具备以下三个成功属性，包括：
参与前要充分了解机遇和挑战；
污水厂址的可行性
是否有足够技能和资源的合作伙伴（关键）
基于这三个属性，他们还列出了污水处理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
向循环经济转型
制氢蓝图
如下图所示，澳大利亚计划在东西海岸建设7个吉瓦级（GWh）绿氢项目。此外，各地的污水处理厂都有实际的测试或运行项目。
第一个例子是悉尼水务公司的Malabar污水处理厂，它有厌氧消化设施。悉尼水务公司正在与燃气管网公司Jenema合作，将沼气升级为生物甲烷，去除的二氧化碳可以出售或与氢气发生甲烷反应，以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）提供590万资金。该项目计划于2022年9月完成，预计每年生产95TJ可再生绿色天然气，满足约6300户家庭的需求。这相当于5000吨碳减排。
此外，污水处理厂所属的新南威尔士州政府为该项目提供了额外的支持——州政府推出了一项新的认证计划，为购买零排放燃气的用户提供经验证选择，以支持天然气管网的去碳转型，为绿氢生产认证铺平了道路。
第二个例子是墨尔本的亚拉河谷水务公司。他们成功地召集了一个团队，在墨尔本北郊的亚拉河谷污水处理厂开展制氢工程。除了水务公司，该团队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和寻求去碳化的供气公司。该项目的水源是污水处理厂多余的再生水，以及附近垃圾发电厂剩余的可再生能源。
为了提高可行性，项目积极扩大氢终端用户，包括叉车、公交车、卡车等1200辆特种车队的燃料；1MW电力和热发电系统，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，该项目产生的氧气也将用于污水处理厂的氧气处理过程。
该项目将从小试验开始，预计2023年7月扩大到年产700吨。届时将成为污水处理和绿色制氢的共生案例。该项目的投资成本估计为2300万澳元，亚拉河谷水务公司仍在寻求50%的资金。
维多利亚东北水务公司也在开展污水处理+绿氢共生项目，位于West Wodonga污水处理厂，电解槽规模10MW。生产的氢气用于与天然气混合，最大比例为10%。氧气将用于污水处理厂。该项目已获得3210万澳元拨款资助，项目总投资4400万，预计2023年下半年完成。
总的来说，氢能的发展是水务行业的新机遇。甲烷和再生水是成熟技术可以获得的原料，但如何将制氢产品推向市场，制定价格并从中获利是污水处理厂相对陌生的领域。因此，报告的作者认为，水务公司要想找到进入氢能领域的最佳入口，还需要因地制宜地走探索之路。报告指出，需要利用合作促进变革。石油天然气行业的公司可能是未来水务行业的关键合作伙伴。毕竟，后者急于去碳化和拓展新市场。
此外，2021年10月，北京环丁环保大数据研究院还发布了题为《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，分析了耦合光伏电和电解水污水处理厂的制氢潜力。感兴趣的读者可以比较中澳污水处理厂的制氢前景。
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