工业副产氢主要指现有工业在生产目标产品的过程中生成的氢气，目前主要形式有烧碱(氢氧化钠)行业副产氢气、钢铁高炉煤气可分离回收副产氢气、焦炭生产过程中焦炉煤气可分离回收氢气、石化工业中的丙烷脱氢生产回收氢气，可概括为焦化副产氢、氯碱副产氢和丙烷脱氢副产氢等。

据统计，全球工业副产氢约占全球氢气产量的 39%，我国工业副产氢约占国内氢气产量的 21%。其中，我国 2020 年焦炭产量达 4.7 亿吨，每吨焦炭可产生 焦炉煤气约 350~450 立方米，焦炉煤气中氢气含量约占 50%~60%，可副产氢气约 760 万吨; 中国烧碱年产量已达到 3500 万吨以上，2020 年实现烧碱产量 3643 万吨，可副产氢气约 90 万吨; 丙烷脱氢（PDH）项目近年来在国内发展迅速，截至 2020 年国内 PDH 产能达到约2000 万吨规模，以4%氢气收率计算，PDH可副产氢气约 80 万吨。以上合计，中国工业副产氢理论上可以达到约 1000 万吨以上的年产量规模。由此可见，我国工业副产氢产量巨大。相对于巨大的产能，当前工业副产氢的利用却效率低下，其主要消耗多为燃烧产热甚至直接排空，造成极大的能源浪费。

工业富产氢利用相关政策导向

国家发改委、国家能源局今年3月联合印发的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》提出，到2025年，初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系；到2030年，形成较为完备的清洁能源制氢及供应体系，可再生能源制氢广泛应用；到2035年，形成氢能产业体系，可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升。

据中国氢能联盟测算，预计到2030年，我国氢气年需求量将达3715万吨，在终端能源消费中的占比约为5%，到2050年，氢气年需求量将接近6000万吨，氢能在终端能源体系中占比超过10％。碳达峰碳中和目标下，绿氢将是氢能产业未来重要的发展方向，但当前，由于可再生能源资源禀赋与终端用能需求空间分布不匹配，能源用氢政策不能“一刀切”。我国是全球最大的工业副产氢国家，因此工业副产氢在氢气供应方面有着得天独厚的优势。同时，与可再生能源电解水产业资源丰富的西北地区相比，工业副产氢可覆盖京津冀、长三角和广东地区，与氢能应用先发地区匹配。   

基于此，多地开始重视工业副产氢的布局。据不完全统计已有近40个省（区、市）发布了涉及氢能的规划和政策，其中，上海、山东、山西、内蒙古等地都提出要发挥本地的“工业副产氢资源优势”。例如，《上海市氢能产业发展中长期规划（2022—2035年）》提出，将工业副产氢列为该市即将启动的氢能供应保障工程的首位。“十四五”期间，上海将重点推进低碳、安全的工业副产氢源保障项目建设，保障规模化氢能推广的用氢需求。2023年2月21日浙江省经济和信息化厅、发改委、生态环境厅联合印发《浙江省工业领域碳达峰实施方案》，其中氢能方面指出调整原料结构，控制新增原料用煤，拓展富氢原料进口来源。

工业富产氢高温膜燃料电池热电联供技术基本原理

基于工业富产氢的高温膜燃料电池热电联供系统核心设备为高温膜燃料电池系统、系统组件与控制系统等。高温膜燃料电池其工作原理电解质隔膜两侧分别发生氢的氧化反应和氧的还原反应，反应过程中电子通过外电路做功，即形成电流，其反应的产物仅为水和热量。高温膜燃料电池可以看作是一个清洁发电机，其“燃料”是用工业富产氢。其基本工作原理如下图1所示：

图1 工业富产氢高温膜燃料电池热电联供系统原理图

高温膜燃料电池（HT-PEMFC）是一类工作温度通常在130~200 oC之间的燃料电池技术。相较于低温质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池技术，由于HT-PEMFC其较高的工作温度，该技术存在以下突出优势：

（1）抗燃料/空气中杂质毒化能力强：200 oC工作温度下可以耐受高达7% CO杂质气体，因此可直接使用富氢燃料（如液体燃料重整气、工业副产氢等）。

（2）系统简化综合效率高：由于高温下产物水为气态，简化了质子交换膜燃料电池的水/热管理组件。不需要额外附加氢气纯化技术，整机效率高45%，热电综合利用效率可达90%以上。

（3）运行成本低：可使用工业副产氢、天然气、甲醇、氨等燃料，运行成本低；高温下反应动力学加快，有望实现非贵金属催化剂的应用，大幅降低制造成本。

（4）宽温域环境要求：环境温度与湿度要求宽泛，可适用于-50oC~50oC的工作环境。

（5）技术耦合性强：可根据场景需要，实现分布式热电联供、水电联产、高温氢泵纯化等技术。

因此，高温膜燃料电池技术作为一类前瞻性燃料电池技术，有望解决目前低温质子交换膜燃料电池所面临的高纯氢气制备成本高、储运、加注难和安全管理复杂等挑战，在车（船）载电源、紧急备用电源、分布式固定电站和热（水）电联产等民用与军事领域具有极为广泛的应用前景。