2025年1月，广东省人民政府办公厅印发《广东省加快建设生物制造产业创新高地行动方案》提出，持续推进生物制氢储氢、生物燃料电池等技术研发和迭代，加强专业设备研发制造，为商业化推广应用提供技术和装备支持。
鼓励开展生物制氢工程示范，拓宽省内绿氢供给渠道，结合燃料电池汽车示范城市群建设和广湛氢能高速示范项目实施，加大推广应用力度。探索开发未来生物能源、新型生物燃料电池技术。
其实早在广东省出台政策前，包括氢能中长期规划在内的中央多份政策文件早就多次提及加快生物质制氢进程。在政策推动下，国内一些项目也已经启动。
2023年8月，全国首个大规模沼气制氢加氢一体化项目——瀚蓝环境可再生能源（沼气）制氢项目在广东省佛山市南海区正式投产，有效缓解了佛山市本地的氢源供应问题。
生物质制氢多次写入政府政策，生物质制氢项目也已取得不错成效。
那么什么是生物质制氢？
生物质制氢原理是什么？
生物质制氢发展到现在到了什么阶段？
氢能汇（微信公众号：h2-2005）下面为您详细介绍一下。
生物质制氢的定义
生物质制氢是指以生物质为原料，通过各种技术手段将生物质中的碳氢化合物等成分转化为氢气的过程。
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，包括植物、动物和微生物。在生物质制氢中，常用的原料有农业废弃物（如秸秆、稻壳等）、林业废弃物（如木屑、树枝等）、能源作物（如柳枝稷、麻疯树等）以及城市有机垃圾、工业有机废水等。
图片来源：AI
生物质制氢的生产原理生物质制氢的原理主要是基于生物质中含有大量的有机物质，这些有机物质由碳、氢、氧等元素组成。通过特定的技术方法，打破生物质中复杂的有机化合物的化学键，使其中的氢元素与其他元素分离，再经过一系列的反应和处理，最终形成氢气。
图片来源：AI
生物质制氢的主要技术方法
目前，生物质制氢技术主要包括热化学法和生物法两个技术路径，其中生物质热化学制氢技术相对较为成熟：
一、热化学法
热化学制氢是指通过热化学处理，将生物质高温分解后转化成富氢可燃气，再通过分离提纯以及催化剂的作用将气体分解出氢气。该方法的优点是原料广泛，生产氢气的效率较高，且可以得到多种有用的副产物，如甲醇、乙醇、醋酸等。但由于高温条件下易产生焦化和积碳现象，所以需要采取高温快速反应的方法来解决。根据具体制氢过程的不同可将该路径进一步划分为蒸汽气化制氢技术、超临界水气化制氢技术和生物质热解重整法制氢技术。
1.蒸汽气化制氢技术
蒸汽气化制氢技术是指利用蒸汽作为气化剂对生物质原料进行气化，最终转化为富氢燃料的过程，其原理如图所示：
气化过程中，生物质原料会经过干燥、热解、还原和燃烧阶段，最终产生混合的气态产物。该技术通常能够获得体积分数40%~60%的氢气和高热值合成气，缺点是会有焦油作为副产物产生。
2、超临界水气化制氢技术
超临界水气化是指生物质在超临界水（介于气态和液态下的水）中通过热解、水解、冷凝和脱氢分解产生H2、CO2和其他气体，其原理如图所示：
由于在此过程中超临界水同时作为反应介质和反应物，因此无需干燥生物质原料，可以降低能耗。虽然该技术原料价格较低，但超临界水系统的初期投资与运行成本较高，并且尚无大规模示范性项目，因此短期内还无法推广商业使用。
3、生物质热解重整法制氢技术
生物质热解制氢是指生物质在反应器中完全缺氧或有限氧的条件下，热分解制取氢气的技术。热解后的生物燃料含有酚、酸等含氧化合物，会降低所得燃料品质，因此利用重整法将衍生物转化为高附加价值产品，最终形成热解重整法，其原理如图所示：
该技术虽然可以在制氢同时获得高附加值产品，但是受到经济性、制氢效率、碳转化效率等多个因素的限制。
二、生物法
生物法制氢技术也叫做微生物降解法、生物质发酵法制氢，是通过氢化酶和固氮酶2种关键酶，将生物质中水分子与有机底物催化降解转化为氢气。常见的技术有光解法、发酵法、光暗耦合发酵法、无细胞系统制氢等多种细分技术。这种方法的优点是不需要高温反应，不会产生焦化和积碳现象，同时也可以得到有机肥等有用的副产物。但是由于微生物的生长受到环境因素的影响，所以需要控制好反应条件，以确保产氢效率。
1、光解法制氢技术
光解法制氢技术，可分为直接光解和间接光解。
直接光解法制氢过程发生在藻类或植物细胞中，微生物通过光合作用直接将水分子分解为氢离子和氧气，产生的氢离子通过氢化酶转化为氢气，其原理如图所示：
间接光解法制氢技术是利用蓝藻或微藻从淀粉或糖原产生氢气的过程，其制氢原理如图所示：
2、发酵法制氢技术
发酵法制氢技术，分为光发酵和暗发酵。
光发酵制氢技术利用厌氧光合微生物将有机底物转化产生氢气，是一种安全有效的制氢方式，其机理如下图所示。
光发酵制氢技术的系统复杂，会受到预处理方法、原料特性、光生物反应器等多种因素影响。
暗发酵制氢技术通过专性厌氧菌与兼性生物进行，在特定工况下富含碳水化合物的藻类进行反应后产生氢气，具体原理如下图所示。与光发酵相比，该技术经济性高且产氢速率快，但其显著缺点为产物存在有毒化合物。
这些不同的技术可以根据原料特点、生产规模和应用场景等进行选择和优化，为生物质制氢的广泛应用提供了技术支撑。
生物质制氢的经济性
生物质热解和气化制氢技术在技术层面已经相对成熟，尽管部分生物质原料在工艺上存在一些特殊问题，但整体而言，这些技术的可行性是相当高的。然而，生物质热解和气化技术面临的主要挑战在于其经济性。
技术与成本对比
通过上表的对比分析，我们可以看到生物质热解和气化技术的氢气成本大约是传统甲烷重整技术的1.6至3.2倍，这在市场竞争中显然是不利的。为了降低生物质热解和气化技术的氢气生产成本，可以考虑使用更经济的生物质废弃物资源。这一策略的实施依赖于生物质资源在收集、存储和运输等环节的效率提升。
制氢成本的详细计算
在加氢站的日常运营中，假设每个加氢站每天需要的氢气量在300至500公斤之间。基于这一假设，我们可以对整个气化制氢工艺进行成本效益分析。在生物质固定床气化过程中，选用空气和水蒸气作为气化剂，预计产气量为每公斤生物质2立方米。在重整和变压吸附效率达到70%的情况下，每公斤生物质（干基）能够产出0.54立方米的氢气，即0.0482公斤。
如果氢气的日需求量为500公斤，那么每天需要气化的生物质量将达到10373公斤。制氢成本的构成包括原料成本、原料成型成本、气化成本、净化成本、变换成本以及PSA（变压吸附）成本等。将这些成本折算为原料成本后，我们可以得到制氢成本的合计。
制氢成本的估算
根据上表的估算，生物质气化制氢的成本折算到每吨原料生物，以氢气为基准计算，制氢成本为2.28元/立方米。然而，由于变压吸附得到的氢气纯度无法满足燃料电池车的使用要求，因此在变压吸附后需要进行提纯。这一过程涉及到合成气变换、净化以及提纯等多个环节，导致整个工艺流程变长，工艺系统变得更加复杂。
生物质制氢的优点
生物质制氢作为一种具有潜力的制氢方式，与传统化石能源制氢等方法相比，具有诸多优点，具体如下：
环保效益：生物质制氢过程中产生的二氧化碳可以被视为生物质生长过程中吸收的碳的排放，从而实现碳中和。此外，与传统的化石燃料制氢方法相比，生物质气化制氢产生的污染物排放较少，有利于减少环境污染。
灵活性：生物质气化制氢系统可以根据需要进行规模调整，既可以用于小规模的分布式能源系统，也可以用于大规模的能源供应。
可再生能源：生物质作为一种可再生资源，其来源广泛，可持续利用。利用生物质气化制氢，不仅可以减少对化石燃料的依赖，还可以降低能源开采和运输过程中的环境影响。
经济效益：尽管生物质气化制氢技术面临一些挑战，如生物质资源的收集、运输和储存成本较高，但随着技术的不断发展和成本的降低，预计这些问题将得到解决。资源丰富：生物质资源来源广泛，包括农业废弃物（如秸秆、稻壳）、林业废弃物（如木屑、树枝）、能源作物（如柳枝稷、麻风树）以及城市有机垃圾等。废弃物可循环利用：生物质制氢后的剩余残渣通常可以作为优质的有机肥料还田，或者用于其他工业生产过程，实现资源的循环利用，减少废弃物的产生和对环境的压力。
能源独立：生物质制氢可以减少对进口化石能源的依赖，提高一个国家或地区的能源自给率，增强能源安全保障。通过发展生物质制氢技术，将本地的生物质资源转化为清洁能源，有助于构建多元化的能源供应体系，降低因国际能源市场波动带来的风险。
生物质制氢的缺点
生物质制氢，虽然具有很多的优点，但也存在一些显著的缺点：
原料供应的稳定性和季节性：生物质原料的供应受季节、气候和地域等因素影响较大。许多生物质原料如农作物秸秆，只有在特定的收获季节才能大量获得，这可能导致生产过程在非收获季节面临原料短缺的问题，影响制氢的连续性。
原料的收集和运输成本：生物质原料通常具有分散性的特点，需要从广大的农村地区或其他产地收集并运输到制氢工厂。这涉及到大量的人力、物力和运输设备，收集和运输过程中的成本较高，可能会使制氢的总成本上升。
原料成分的复杂性：不同种类的生物质原料成分差异很大，即使是同一种类的生物质，其成分也可能因生长环境、收获时间等因素而有所不同。复杂且不稳定的原料成分会给制氢过程的工艺控制和产品质量带来挑战，增加了生产过程的难度和成本。
转化效率有待提高：目前生物质制氢的各种技术，如气化、热解、生物发酵等，其转化效率相对较低。这意味着需要消耗大量的生物质原料才能获得一定量的氢气，不仅增加了原料成本，也限制了制氢规模的扩大和生产效率的提升。
反应条件较为苛刻：部分生物质制氢技术需要在高温、高压或特定的催化剂作用下进行，对设备的要求较高。高温高压条件不仅增加了设备的投资成本和运行风险，还可能导致设备的维护成本上升，降低生产的经济性和稳定性。
初始投资成本高：建设生物质制氢工厂需要购置大量的专业设备，如气化炉、发酵罐、分离净化装置等，还需要配套的基础设施建设，这使得项目的初始投资成本较高。对于许多投资者来说，较高的初始投资可能会带来较大的经济压力和投资风险。
我国生物质制氢技术的突破与挑战
2022年10月，我国首个生物质气化制氢多联产应用研究中试项目在安徽马鞍山一次“点火”成功。
该项目全流程成本测算远远低于目前通用的电解水制氢项目，制备氢气纯度达99.99%，年产氢量11万平方米。产出的氢气可用于燃料电池发电和多业态氢能商业应用，能源利用率可达90%以上。
目前，我国生物质制氢虽然取得了一定的突破，但是大部分的生物质制氢过程都是在小型设备上完成，要将其用于大规模的工业化生产还存在一定挑战。
首先，生物质转化过程比较复杂，需要较高的技术支持，其次，由于生物质的特性及其在反应过程中的变化，制取的氢气质量可能受到一定影响，需要进一步研究和优化反应过程，提高氢气产量和质量。
所以，实现产氢过程的可控性，提高产氢速率和效率、节约生产成本、加快工业化进程是生物质制氢亟待解决的问题。
从全球范围来看，生物质制氢技术发展还处于萌芽阶段，我国生物质制氢技术虽然起步较晚，但是近年来得到飞速发展，具有极大的发展潜力。
生物质制氢相关企业
氢气需求的加速增长，生物质制氢凭借其优势将会在行业内越来越受关注，很多公司业务已涉及生物质制氢领域，具体如下：
1.上海电气
上海电气是全球领先的工业级绿色智能系统解决方案提供商，专注于能源装备、工业装备、集成服务三大板块，提供全生命周期服务和系统解决方案。
洮南市风电耦合生物质绿色甲醇一体化示范项目由其投资建设，总投资 56 亿元，计划建设 25 万吨风电耦合生物质制绿色甲醇一体化项目，配套建设新能源规模 68 万千瓦。该项目采用生物质气化技术，通过气化之后的合成气生产绿色甲醇。
2.金风绿能
金风绿色能源化工科技（江苏）有限公司（简称金风绿能化 工）成立于 2022 年 11 月，注册在江苏无锡，是新疆金风科技股份有限公司的全资子公司，生产基地和销售服务辐射全国。致力于利用清洁能源替代传统化石能源在化工行业的技术研发与创新。 金风绿能化工（兴安盟）有限公司绿氢制 50 万吨绿色甲醇项目，其合成气制备装置选择北京清创晋华科技有限公司生物质气化技术。
3.中国能建
2024年10月14日，中能建双鸭山绿色甲醇与绿色航油示范基地工程正式开工建设。
该项目位于黑龙江省双鸭山市，项目总投资208亿元，规划年产30万吨绿色航油和20万吨绿色甲醇。一期建设450兆瓦的风电场和光伏电站、一座水电解制氢站、生物质预处理工厂，以及一座绿色航油合成工厂。
4.岚泽能源
2024年11月7日，岚泽大丰港年产30万吨绿色甲醇项目通过企业投资项目备案批复。
年产30万吨绿色甲醇项目总投资22.5亿元，以农业废弃物为原料，用自主知识产权的绿色甲醇生产技术高水平系列催化剂，创新研发了生物质气化生产装置、绿色甲醇生产装置，全程使用绿电。
5.中国天楹
中国天楹股份有限公司是一家从事城市环境服务和废弃物末端处理及再利用的大型国际化上市公司。公司主要业务模式以市政环境基础设施项目的投资、建设、运营、维护，以及环保装备的研发、生产和销售为主。秉持“高质量，快节奏，尖技术，优服务”的服务理念。
中国天楹在吉林省辽源市高新技术产业开发区化工产业园氢能化工加工区内，负责建设“风光储氢氨醇一体化”系列项目。这些项目包括风力发电、绿碳制备、绿氢生产、绿色甲醇合成等部分，其中绿氢生产和绿色甲醇合成都涉及到生物质的利用。
6.华氢昊能
华氢吴能 是一家以氢能为核心提供传统能源与环保场景转型综合解决方案，进一步依托示范项目反向带动多种路线的氢能核心材料与零部件研发的创新型科技企业。
2024 年 4 月 17 日，牵头与久生能源、环渝能源就生物质气化 - 制氢 - 发电项目签约战略合作协议，构建了一套完整的生物质气化 - 制氢 - 发电的综合解决方案。
素材来源：各企业官网 华氢汇智能 生物质能源交易平台等
