水资源不足或降水不确定性成氢能发展瓶颈

氢能作为绿色、高效的二次能源，是全球能源转型发展的重要载体之一，发展氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。绿氢是氢能利用的理想形态，生产过程无碳排放，未来有望成为供氢主体。

近日，国际可再生能源署（IRENA）联合行业研究机构未澜咨询（Bluerisk）发布《全球制氢用水报告》（以下简称《报告》）指出，目前主流制氢方式耗水量普遍较大，随着全球氢能产业规模扩张，将显著增加项目所在地区用水压力，用水紧缺可能成为未来氢能产业发展瓶颈。

《报告》显示，目前全球主流制氢方式都需要用水，主要集中在制氢和冷却两大过程中。绿氢主要是利用光伏、风电等可再生能源电解水制氢，蓝氢需要用天然气为原料与水蒸气进行重整制氢，煤制氢则需要用大量水冷却，另外化石燃料制氢所需要的碳捕捉与封存技术同样需要大量水资源进行冷却、吸附和提纯。

据介绍，绿氢一般是通过光电、风电等可再生能源电解水制氢；灰氢是以天然气为原料制氢，需要水蒸气与甲烷一起重整（SMR）棕氢以煤炭为原料，通过气化制氢，需要水制备水煤浆；蓝氢是在灰氢和棕氢的基础上加用了碳捕集封存和利用技术（CCUS），减少二氧化碳排入大气，而这些制氢系统加上CCUS之后，耗水量会大大增加，主要有两个原因，第一是系统效率因为CCUS的能耗变低，第二是因为CCUS本身有大量的冷却需求，而且在去杂质、吸附等每一步都需要用到水。

在冷却环节，系统效率越高，能量损失产生的废热就越少，从而需要冷却耗水也就越少。

众所周知，绿氢是所有清洁氢能技术中用水效率最高的。就平均水平来看，质子交换膜（PEM）电解水的水耗强度最低，大约为生产每千克氢气消耗 17.5 升水。碱性电解紧随其后，水耗强度约为每千克 22.3 升。相比之下，基于蒸汽甲烷重整的蓝氢（SMR-CCUS）技术的水耗约为 32.2 L/kg，而基于自热重整的蓝氢（ATR-CCUS）约为 24.2 L/kg。

煤气化是目前可用制氢技术中耗水量最大的，其平均取水强度约为50L/kg，耗水强度为31L/kg，大约是PEM的两倍。如果配备CCUS，其用水强度将增加约60%，升至每千克80.2升和49.4升。举例而言，一个年产23.7万吨氢气并配备CCUS的煤制氢工厂，每年的取水量大约为1900万立方米，足以支撑伦敦市半年的居民用水需求或者一个1吉瓦火电厂一年多的用水需求。

随着气候变化加剧，极端天气的频度和强度上升，降水不确定性增大，全球范围内因缺水导致能源设施被迫关闭或减产的案例频见报端，“水—能”关系愈发紧张。

比如，海湾阿拉伯国家合作委员会国家淡水资源匮乏，只能通过海水淡化和海水冷却来满足现阶段灰氢用水需求。罗天一表示，海湾国家有计划将这一地区打造成一个“氢能出口中心”，在2040年实现年产超三千万吨，包括一千万蓝氢和两千万绿氢。这也大大了增加当地制氢产业的海水淡化成本以及海水卤化的环境风险。

又如，欧洲气候变化导致干旱加剧，对能源行业的影响也日益频繁。计划中的制氢项目有不少处于水资源本就紧缺的地方，“水—能”冲突在未来十年可能会进一步升级。