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在追求碳中和目標的背景下，國內外對氫能的關注不斷升溫。2021年12月初，澳大利亞水資源服務協會發布了一份題為《Water: fueling the path to a hydrogen future》的報告。這份報告指出，氫能革命的步伐正在逐漸加快，這對城市水處理行業意味著什么？水行業對氫能有足夠的了解嗎？在這份報告中，我們可以了解水行業使用氫氣的基本知識，并指出未來幾年值得探索的問題。
水行業與氫能相互成就？
2021年被許多人認為是碳中和的元年。在格拉斯哥召開的COP26全球氣候會議結束后，世界開始更加關注依賴非化石燃料的能源，這其中就包括氫能。氫能并不是什么新鮮事，但過去的氫產量似乎是碳密集型工藝，隨著新工藝的普及，產氫的碳影響大大降低，這也促進了氫能的復興。
澳大利亞加快了氫革命的步伐——政府和行業機構宣布了大量新的氫項目、戰略和政策框架。澳大利亞聯邦政府正在向氫能行業注入12億澳元，澳大利亞可再生能源署（ARENA）承諾將為商業項目投資超過1億澳元。
氫是一種無色、無味、無毒的可燃氣體。它本身對環境無害，但它的生產方式可能會對環境產生影響。因此，本報告介紹了蒸汽甲烷重組（SMR）、氣化、熱裂解或電解四種主要產氫方法，并衍生出灰氫、藍氫、藍綠氫和綠氫等術語。
從顏色上可以看出，目前行業認為綠氫的生產是最環保的，因為它利用風能和光能發電來電解水制氫，消耗的原材料只是水，而電解水制氫產生的氫氣消耗后會產生水，這似乎是一條可持續發展的技術路線。澳大利亞的許多氫能中心都是用綠氫路線去設計的。
但是水從哪里來呢？報告預測，如果氫能按預期速度發展，2050年澳大利亞制氫水耗將高達2.6億立方米，相當于澳大利亞昆士蘭東南部的供水量。這些水從哪里來？答案是在城市污水處理廠里。尤其是在澳大利亞，在過去20年經歷了兩次嚴重的旱災后，他們的水務公司希望找到不依賴降雨的飲用水源。污水處理廠出水口再生是選擇之一。利用反滲透技術，污水處理廠的出水口可以凈化到制氫水平。除了水，甲烷是另一種制氫原料，也可以由具有厭氧消化技術的污水處理廠提供。因此，污水處理廠和制氫處理廠可以形成自然的共生關系。這種潛在的共生關系也意味著項目方和受益人可以分擔項目成本和風險，降低了財務可行性的門檻。
三思而行
報告指出，每個水務公司都應根據自身實際情況評估能否參與氫能經濟浪潮。首先，可以考慮公司是否具備以下三個成功屬性，包括：
參與前要充分了解機遇和挑戰；
污水廠址的可行性
是否有足夠技能和資源的合作伙伴（關鍵）
基于這三個屬性，他們還列出了污水處理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
向循環經濟轉型
制氫藍圖
如下圖所示，澳大利亞計劃在東西海岸建設7個吉瓦級（GWh）綠氫項目。此外，各地的污水處理廠都有實際的測試或運行項目。
第一個例子是悉尼水務公司的Malabar污水處理廠，它有厭氧消化設施。悉尼水務公司正在與燃氣管網公司Jenema合作，將沼氣升級為生物甲烷，去除的二氧化碳可以出售或與氫氣發生甲烷反應，以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）提供590萬資金。該項目計劃于2022年9月完成，預計每年生產95TJ可再生綠色天然氣，滿足約6300戶家庭的需求。這相當于5000噸碳減排。
此外，污水處理廠所屬的新南威爾士州政府為該項目提供了額外的支持——州政府推出了一項新的認證計劃，為購買零排放燃氣的用戶提供經驗證選擇，以支持天然氣管網的去碳轉型，為綠氫生產認證鋪平了道路。
第二個例子是墨爾本的亞拉河谷水務公司。他們成功地召集了一個團隊，在墨爾本北郊的亞拉河谷污水處理廠開展制氫工程。除了水務公司，該團隊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和尋求去碳化的供氣公司。該項目的水源是污水處理廠多余的再生水，以及附近垃圾發電廠剩余的可再生能源。
為了提高可行性，項目積極擴大氫終端用戶，包括叉車、公交車、卡車等1200輛特種車隊的燃料；1MW電力和熱發電系統，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，該項目產生的氧氣也將用于污水處理廠的氧氣處理過程。
該項目將從小試驗開始，預計2023年7月擴大到年產700噸。屆時將成為污水處理和綠色制氫的共生案例。該項目的投資成本估計為2300萬澳元，亞拉河谷水務公司仍在尋求50%的資金。
維多利亞東北水務公司也在開展污水處理+綠氫共生項目，位于West Wodonga污水處理廠，電解槽規模10MW。生產的氫氣用于與天然氣混合，最大比例為10%。氧氣將用于污水處理廠。該項目已獲得3210萬澳元撥款資助，項目總投資4400萬，預計2023年下半年完成。
總的來說，氫能的發展是水務行業的新機遇。甲烷和再生水是成熟技術可以獲得的原料，但如何將制氫產品推向市場，制定價格并從中獲利是污水處理廠相對陌生的領域。因此，報告的作者認為，水務公司要想找到進入氫能領域的最佳入口，還需要因地制宜地走探索之路。報告指出，需要利用合作促進變革。石油天然氣行業的公司可能是未來水務行業的關鍵合作伙伴。畢竟，后者急于去碳化和拓展新市場。
此外，2021年10月，北京環丁環保大數據研究院還發布了題為《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，分析了耦合光伏電和電解水污水處理廠的制氫潛力。感興趣的讀者可以比較中澳污水處理廠的制氫前景。
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