美国一直以来依赖着廉价的石油衍生能源，而现在，众多初创企业正展开竞争，以实现从垃圾堆中提取氢并将其用为燃料的技术商业化。

巨大的垃圾“圣塔”耸立在加利福尼亚州东洛杉矶。这个由1亿3000万吨垃圾组成的神殿，是象征着美国国民过度消费生活的纪念碑，其气势“威慑”着周围的山丘。

（文中图片均来自网络）

尽管这座Puente Hills垃圾场近10年来都没有接收新的垃圾，其垃圾量仍位居全美首位。而且这个垃圾场每分钟会产生30000立方英尺（约85万升）的垃圾填埋气。垃圾填埋气是由二氧化碳和甲烷混合而成的有毒气体，因垃圾中含有的有机物被微生物食用而产生。

在Puente Hills垃圾场，大部分温室气体由埋在地下的管道回收，然后制造出清洁的电力供给70000户家庭。但是，Ways2H的首席执行官（CEO）兼创始人让-路易斯·金德勒说，这种利用方法并没有充分发挥废弃物所具有的潜力。

从垃圾中提取氢气

金德勒说，如果他的想法得以实现的话，就不需要像Puente Hills那样的垃圾场了。金德勒正在考虑以全世界的废弃物为原料制造氢，作为稳定、无限供给的“未来燃料”，用于家庭、飞机、汽车、飞天汽车等。

金德勒说：“我们收到塑料、城市废弃物、医疗废弃物等大量废弃物”，“虽然这些东西很难处理，但是全部都含有氢。”

法国出身的金德勒常年致力于亚洲的清洁能源技术开发，近年来驻扎在从Puente Hills垃圾场向南开车约1小时路程的的长滩，在那里金德勒创建了Ways2H的总部。

大约20年前，他与日本的Blue Energy公司合作，率先在世界范围内开发了用废弃物制造氢气的技术。Ways2H是为了将这项技术商业化而创建的公司。

使用他开发的技术，从下水道污泥到旧轮胎，从几乎所有种类的废弃物中都可以提取氢。今年6月，该公司宣布将与一家工程公司合作，在加利福尼亚中部建设首个利用废弃物制造氢气的民营处理设施。

将废弃物转化为能源

美国各处已经存在将废弃物转化为能源的气化设施。Ways2H的处理系统类似于此类气化设施，但也有一些重要区别。

在Ways2H系统中，首先从废弃物中排除不含碳和氢的物质（玻璃和金属等），将剩下的物质干燥后粉碎。接着，将粉碎后的废弃物在气化室加热至约540℃，生成由氢气、甲烷和二氧化碳混合而成的合成气体。

接下来是合成气体的精制。将合成气体与水蒸气混合，使氢浓度上升。与水蒸气混合后，合成气体会变为一半氢气、一半二氧化碳的气体。最后将该气体放入装满吸收二氧化碳的吸收剂的商业PSA系统（Pressure Swing Adsorption：压力波动吸附）的罐中，除去二氧化碳后，就可以提取出纯氢。

整个系统容纳在大约7层高的塔中。

垃圾制氢设备

得到“绿色氢气”

金德勒说：“气化反应，如果使用煤炭和木屑等来源明确的原料的话，会非常顺利”，“但是，当原料为城市废弃物等复杂不明的时候，反应很难预测，控制反应炉中的温度也非常困难”。

金德勒称其开发出了一个划时代的方法。为了调节温度，Ways2H在向气化室投入废弃物时加入陶瓷小球。它起到“热介质”的作用，有助于使反应炉内的温度恒定，从而可以不用在意投入的废弃物的种类。金德勒称：“只要含有碳和氢，任何垃圾都可以利用。”

在Ways2H的试验设施中，每吨废弃物可以提取100磅（约45kg）的氢气。另外，在提取氢气的过程中，会有副产物产生，主要是二氧化碳，但是作为原料的废弃物中包含的二氧化碳和产生的二氧化碳的量相等，被相互抵消。因此，该过程是碳中性（二氧化碳的排出量和吸收量相等）的，即得到的为“绿色氢气”。

但是，金德勒表示，Ways2H公司将着手解决这个问题，为实现碳阳性（二氧化碳的吸收量大于排放量），将二氧化碳捕获和存储系统引入该设施。

金德勒计划在年内完成设施，并在2021年初开始向顾客提供氢气。如果Ways2H的事业成功的话，这将是美国第一个从废弃物中制造氢的设施。

同时回收氢和硫的技术

但是，想要开展这项事业的不仅仅是金德勒。同样在加利福尼亚州，名为SGH2的企业正在使用同样的气化系统，建设从废弃物中制造超高纯度的绿色氢的设施。除此之外，也有企业在探索使用化学反应制造清洁氢的方法，比如以佛罗里达为据点初创公司Standard Hydrogen等。

Standard Hydrogen公司今年年初首次公开了从硫化氢中提取氢的反应炉的台式样机。硫化氢是提炼石油和天然气时产生的毒性很强的副产物。该反应炉应用了从硫化氢中回收硫的“克劳斯反应”（回收的硫大部分用于制造硫酸，硫酸用于染料和炸药的制造等广泛的领域），据说该技术已经被使用了100年。

在通常的克劳斯反应中，反应炉内的氢和氧反应生成水，然后就会消失。但是Standard Hydrogen通过排除反应炉内的氧，使得氢和硫都可以被回收。

Standard Hydrogen最初的目的是从石油精制产生的硫化氢中提取氢。据首席执行官艾伦·明泽称，该反应炉从除硫化氢以外的大部分的废弃物中都可以提取氢。

其步骤是，首先在废弃物中混入液态硫，废弃物中的氢和硫反应生成硫化氢。据明泽说明，硫和碳等其他化合物都会反应，但是这些副产物一般没有毒性，也很容易处理。

硫化氢分解成硫和氢后，只取出氢，硫再次用于废弃物的分解。明泽称：“不断投入废弃物，提取氢。硫在其中循环利用。”

目前Standard Hydrogen反应炉只有灭火器大小的圆柱形样机。但是，据明泽称，为了处理废弃物和制造氢，有很多企业对这个反应炉感兴趣，目前正在与他们商谈业务合作伙伴关系。

如果谈判顺利的话，2021年年初第一个试点设施就可以开工。明泽说道：“这项技术既不是停留在讨论可行性的阶段，也不是停留在确定化学反应是否成功的阶段”，“已经成为现实，是实际存在的技术”。

“自由市场”成为最大障碍

废弃物制氢在技术上可能没有问题。但是，为了将全世界的垃圾变成干净的氢而相互竞争的初创公司，在这之后必须要越过最后的难关。也就是自由市场。

数十年来，在实用规模上制造绿色氢的障碍不是技术方面，主要是经济、政治方面。在21世纪初的美国，氢作为降低对海外进口石油依赖度的手段而受到好评。

布什政权称氢为“自由燃料”。但是，美国的压裂革命（注：使得从此前无法开采的页岩层中提取出大量原油和天然气成为可能，因此也被称为“页岩革命”）通过水力破碎法（压裂）使得开采大量的原油和天然气成为可能，廉价的天然气供过于求，受此影响，在美国国内制造氢的计划胎死腹中。

美国能源部（DOE）的能源效率化·可再生能源局助理部长丹尼尔·西蒙斯说：“围绕氢的能源安全保障的讨论已不再有意义”，“但是，氢可以由各种各样的原料制造出来，是非常通用的燃料。这种灵活性在当今非常有吸引力。”

迫切的成本问题

现在在美国制造的氢，几乎全部都是由天然气等化石燃料制成的，也就是所谓的“灰色氢”。除此之外还可通过电解（电解水），即通过电将水分子分解成氧气和氢气。如果使用从风力和太阳光等可再生能源得到的电力来制氢的话，虽然是碳中性，但是目前成本还很高，最高可达灰色氢的5倍。

化石燃料制氢示意图

西蒙斯称：“削减成本是迫切的问题”，“实现成本削减的方法之一是扩大制氢规模”。

今年年初，DOE宣布，作为以可扩大规模的绿色氢的研究开发为目的的H2@Scale项目的一环，将投入6000万美元（约4亿2000万元）的资金。在该项目中，DOE以储氢罐的制造技术和大型车用燃料电池的开发等6个研究领域为焦点，公开征集项目并提供资金支持。但是，关键的制氢方法主要集中在对电解水技术的改良上。

DOE的氢及燃料电池技术局局长苏妮塔·萨卡帕称：“电解水装置已经布置完毕”，“制氢的成本几乎都是电费，为了削减成本，需要提高效率。”

根据萨卡帕的说法，目前电解水装置的效率约为60%，不过，DOE希望找到使效率达到70%以上的方法。另外，为了确保对灰色氢和天然气的成本竞争力，需要延长电解水装置的寿命，希望将连续运行时的平均寿命延长到现在的2倍，达到10年左右。

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废弃物供不应求？

DOE似乎将水电解作为扩大制氢规模的捷径，然而，其同时也在投资利用废弃物制氢等其他技术。去年DOE向俄勒冈州立大学的研究小组提供了100万美元的资金。该小组利用微生物，开发了从食品垃圾和木屑等生物质中制氢的反应炉。

西蒙斯认为：“从废弃物中制氢的方法，与作为原料的废弃物的种类和数量有关，每个地区都会有所不同”，“这和电解水形成对比，电解水的主要原料是在大部分地方都容易获得的水。尽管如此，以废弃物为原料的方法在能够再利用当地的废弃物这一层面上还是很有趣的”。

也有人认为，对于在美国增加绿色氢的制造量，从废弃物中制造氢的技术没有太大帮助。在非盈利的清洁能源研究机构——落基山研究所（Rocky Mountain Institute, RMI）担任重物运输分析家的托马斯·科克·布兰克表示，废弃物的供给量将成为主要的障碍。

科克指出，虽然在瑞典和挪威重点投资了由废弃物制造氢的系统，但是很快废弃物的需求就超过了供给，产生了垃圾不足的问题。这两个国家现在正从欧洲进口废弃物并加以利用。

科克称：“我并不是说这个想法不好”，“有建设性的废弃物再利用法是好事。但是从更广阔的视角来看，我认为没有必要纠结于何种制氢方法更有利于扩大氢气制造。”

金德勒和明泽都认为，用废弃物制造氢的技术，不能够满足不断增长的氢气需求。两人认为，这项技术在处理日益严重的废弃物处理问题上是有用的，但应与其他方法并用。

“美国迫切需要氢。与此同时，堆积如山的废弃物也必须处理”金德勒指出，“如果利用废弃物制造氢的话，不足的氢仅通过水电解就可以补足。关于氢的制造，应该同时使用多种方法”。

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