氫能“變臉”

文／王 能 劉先云

加快灰氫替代，多措并舉支持和推動(dòng)化工行業(yè)低碳發(fā)展。

為應(yīng)對(duì)氣候變化，我國(guó)提出二氧化碳排放力爭(zhēng)2030 年前達(dá)到峰值、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。2021 年的政府工作報(bào)告提出，今年要扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作，制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案。

●碳達(dá)峰將成為未來(lái)十年中國(guó)發(fā)展的關(guān)鍵詞，綠氫化工要加緊 。 供圖/中國(guó)石化

化工屬于碳排放的重點(diǎn)領(lǐng)域，且屬于減排難度較大的領(lǐng)域。碳達(dá)峰，對(duì)化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型提出了更高要求?；ぎa(chǎn)業(yè)既是氫氣的最大制造來(lái)源，也是重要的使用領(lǐng)域。推動(dòng)藍(lán)氫和綠氫在化工產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要路徑。

綠氫化工深度脫碳

在化工行業(yè)中，氫氣主要用來(lái)生產(chǎn)合成氨、甲醇等產(chǎn)品。我國(guó)是全球第一大合成氨生產(chǎn)國(guó)。根據(jù)產(chǎn)量推算，氫氣消費(fèi)量為1200 萬(wàn)～1500萬(wàn)噸，絕大部分是使用灰氫，即通過(guò)煤炭、石油等化石燃料來(lái)制取氫氣。

從制氫的碳排放強(qiáng)度角度來(lái)看，煤制氫為20 千克二氧化碳/千克氫、天然氣制氫為10 千克二氧化碳/千克氫。

綠氫是用可再生能源電解制成的氫，不僅不會(huì)排放二氧化碳，而且是一種高效的儲(chǔ)能方式，可幫助解決困擾風(fēng)能和太陽(yáng)能的間歇性問(wèn)題。用綠氫替代灰氫作為化工原料，也被稱(chēng)為“綠氫化工”，是實(shí)現(xiàn)化工行業(yè)深度脫碳的重要途徑。未來(lái)，綠氫替代灰氫潛力巨大。

目前，普及綠氫化工最大的問(wèn)題是綠氫成本較高，是灰氫的2～3 倍。但是，我國(guó)可再生能源資源比較豐富，是世界上可再生能源利用第一大國(guó)。2020 年，我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量分別為2.8 億千瓦和2.5 億千瓦，同比增長(zhǎng)34.6%和24.1%。

在2020 年12 月12 日舉行的氣候雄心峰會(huì)上，習(xí)近平總書(shū)記提出，到2030 年我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)12 億千瓦以上的目標(biāo)，這將為我國(guó)推廣綠氫提供重要的保障。

隨著光伏和風(fēng)電設(shè)備價(jià)格的快速下降，太陽(yáng)能和風(fēng)電發(fā)電成本也在顯著降低。以光伏為例，2019 年，全國(guó)光伏年均利用小時(shí)數(shù)為1169 小時(shí)，光伏電站建設(shè)成本4.5 元/W，此時(shí)1kW·h成本為0.44 元，較10 年前已下降80%以上。因此，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我國(guó)在綠氫供應(yīng)上具有數(shù)量上的保證和價(jià)格上的競(jìng)爭(zhēng)力，可率先在有條件的地區(qū),開(kāi)展規(guī)?；G氫化工應(yīng)用的探索。

國(guó)際上許多國(guó)家和地區(qū)已提出“綠氫化工”的路線(xiàn)圖并開(kāi)展規(guī)?；膶?shí)踐。

《歐洲氫能經(jīng)濟(jì)路線(xiàn)圖》指出，到2030 年，超低碳?xì)涞?/3 將用于包括煉油廠(chǎng)和氨生產(chǎn)在內(nèi)的化工產(chǎn)業(yè)；《美國(guó)氫能經(jīng)濟(jì)路線(xiàn)圖》指出，到2026 年，氨、甲醇和石化產(chǎn)品的生產(chǎn)將過(guò)渡到使用低碳?xì)涞哪Ｊ健?018 年，殼牌公司聯(lián)合ITM Power 在其德國(guó)萊茵州的煉廠(chǎng)建設(shè)10MW 的PEM 電解制氫廠(chǎng)，綠氫年產(chǎn)量達(dá)到1300 噸。

反觀(guān)國(guó)內(nèi)，氫能應(yīng)用尚處于起步階段，“綠氫化工”更是處于探索階段。迄今為止，我國(guó)尚未發(fā)布類(lèi)似的路線(xiàn)圖或規(guī)劃。

2019 年12 月，國(guó)內(nèi)首個(gè)太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)示范工程在蘭州新區(qū)精細(xì)化工園區(qū)落地。項(xiàng)目由光伏發(fā)電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇三大系統(tǒng)單元組成，通過(guò)10MW 的光伏發(fā)電單元電解水制氫制取的氫氣與二氧化碳在催化劑作用下反應(yīng)合成甲醇。

我國(guó)最大的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)寧夏寧東能源化工基地，計(jì)劃充分發(fā)揮太陽(yáng)能資源優(yōu)勢(shì)，積極布局“綠氫化工”項(xiàng)目。

推動(dòng)灰氫變藍(lán)氫

中國(guó)是世界第一產(chǎn)氫大國(guó)。2019年，全國(guó)氫氣產(chǎn)量約2200 萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)量的比例超過(guò)30%。國(guó)內(nèi)95%以上的氫氣由煤炭、石油等化石燃料制取，二氧化碳排放強(qiáng)度很高，年總排放量為2 億～4 億噸。

在灰氫制備上加碳捕捉、封存（CCS）裝置后生產(chǎn)的氫氣稱(chēng)之為“藍(lán)氫”，能有效降低生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放水平。數(shù)據(jù)顯示，煤制氫可將碳排放降低到2 千克二氧化碳/千克氫，天然氣制氫降低到1 千克二氧化碳/千克氫，減少了90%以上的碳排放量。但加CCS 裝置后會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本增加約1倍，如華能集團(tuán)上海石洞口捕集示范項(xiàng)目的發(fā)電成本從0.26 元/千瓦時(shí)增加到0.5 元/千瓦時(shí)。相比較CCS，CCUS（碳捕獲、利用與封存）增加了二氧化碳的利用，可以有效攤銷(xiāo)投資和運(yùn)營(yíng)成本，但目前還處于研發(fā)和示范階段。

2020 年，全球CCUS 市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到16 億美元，預(yù)計(jì)到2025 年這一數(shù)據(jù)將增至35 億美元。其間，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到17%。從行業(yè)來(lái)看，油氣化工類(lèi)企業(yè)將成為全球碳捕集、利用和封存市場(chǎng)的主要參與者，包括殼牌、Equinor（挪威石油公司）、林德、日立、埃克森美孚、JGC 控股、霍尼韋爾、哈里伯頓等企業(yè)。

國(guó)外石油化工企業(yè)已開(kāi)始藍(lán)氫規(guī)模發(fā)展的探索。2020 年7 月，Equinor 宣布公司計(jì)劃在英格蘭東北部赫爾市附近的Saltend 化工園區(qū)建造一座利用天然氣生產(chǎn)氫氣的工廠(chǎng)，并將其與CCS相結(jié)合。這一項(xiàng)目名為H2H Saltend，在世界同類(lèi)項(xiàng)目中規(guī)模最大，有望在2023 年開(kāi)始建設(shè)、2026 年投產(chǎn)。項(xiàng)目投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)每年減少二氧化碳排放近90 萬(wàn)噸。

短期來(lái)看，國(guó)內(nèi)碳捕捉市場(chǎng)尚處于起步階段，還未有大的龍頭化工企業(yè)參與?；て髽I(yè)可利用自身產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，以制藍(lán)氫為契機(jī)，加快技術(shù)研發(fā)，在獲取新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展。

多措并舉支持綠氫化工

據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè)，到2035 年，我國(guó)的氫能供給量達(dá)到4000 萬(wàn)噸，在終端能源體系中占比5.9%。

氫作為化工產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)品和生產(chǎn)原料，是實(shí)現(xiàn)化工產(chǎn)業(yè)低碳生產(chǎn)的重要載體。我國(guó)有必要在政策上大力支持綠氫化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

首先，從規(guī)劃和財(cái)政方面給予政策支持。包括從國(guó)家層面出臺(tái)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，明確灰氫、藍(lán)氫、綠氫的發(fā)展目標(biāo)，為行業(yè)提供明確信號(hào)；出臺(tái)相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制，引導(dǎo)社會(huì)資本進(jìn)入綠氫和藍(lán)氫領(lǐng)域，構(gòu)建相應(yīng)的資金和擔(dān)保機(jī)制，鼓勵(lì)綠氫和藍(lán)氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為化工企業(yè)制氫、用氫轉(zhuǎn)型提供良好的政策環(huán)境和制度保障等。

其次，加快培育創(chuàng)新型氫能化工企業(yè)。支持企業(yè)建立氫能制備和利用研發(fā)的工程技術(shù)中心，推動(dòng)化工企業(yè)積極研發(fā)綠氫和藍(lán)氫新技術(shù)、新設(shè)備；建立產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)，加速提升行業(yè)自主創(chuàng)新能力，以創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

再次，強(qiáng)化環(huán)境政策監(jiān)督倒逼產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。我國(guó)要將碳排放的外部性?xún)?nèi)部化，進(jìn)一步完善碳排放權(quán)交易政策，建立全國(guó)統(tǒng)一的碳排放交易市場(chǎng)，將氫能與碳排放權(quán)交易相結(jié)合，豐富碳金融產(chǎn)品和市場(chǎng)，通過(guò)碳匯、碳稅等市場(chǎng)化手段，逐步限制煤制甲醇等傳統(tǒng)反應(yīng)過(guò)程。積極鼓勵(lì)綠氫與化石能源生產(chǎn)耦合，以推動(dòng)我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的深度脫碳。