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化工行業低碳發展。

為應對氣候變化，我國提出二氧化碳排放力爭2030 年前達到峰值、2060 年前實現碳中和的目標。2021 年的政府工作報告提出，今年要扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案。

●碳達峰將成為未來十年中國發展的關鍵詞，綠氫化工要加緊 。 供圖/中國石化

化工屬于碳排放的重點領域，且屬于減排難度較大的領域。碳達峰，對化工產業轉型提出了更高要求。化工產業既是氫氣的最大制造來源，也是重要的使用領域。推動藍氫和綠氫在化工產業的應用，是實現我國碳達峰、碳中和目標的重要路徑。

綠氫化工深度脫碳

在化工行業中，氫氣主要用來生產合成氨、甲醇等產品。我國是全球第一大合成氨生產國。根據產量推算，氫氣消費量為1200 萬～1500萬噸，絕大部分是使用灰氫，即通過煤炭、石油等化石燃料來制取氫氣。

從制氫的碳排放強度角度來看，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，不僅不會排放二氧化碳，而且是一種高效的儲能方式，可幫助解決困擾風能和太陽能的間歇性問題。用綠氫替代灰氫作為化工原料，也被稱為“綠氫化工”，是實現化工行業深度脫碳的重要途徑。未來，綠氫替代灰氫潛力巨大。

目前，普及綠氫化工最大的問題是綠氫成本較高，是灰氫的2～3 倍。但是，我國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。2020 年，我國并網風電、太陽能發電裝機容量分別為2.8 億千瓦和2.5 億千瓦，同比增長34.6%和24.1%。

在2020 年12 月12 日舉行的氣候雄心峰會上，習近平總書記提出，到2030 年我國風電、太陽能發電總裝機容量將達12 億千瓦以上的目標，這將為我國推廣綠氫提供重要的保障。

隨著光伏和風電設備價格的快速下降，太陽能和風電發電成本也在顯著降低。以光伏為例，2019 年，全國光伏年均利用小時數為1169 小時，光伏電站建設成本4.5 元/W，此時1kW·h成本為0.44 元，較10 年前已下降80%以上。因此，長遠來看，我國在綠氫供應上具有數量上的保證和價格上的競爭力，可率先在有條件的地區,開展規模化綠氫化工應用的探索。

國際上許多國家和地區已提出“綠氫化工”的路線圖并開展規模化的實踐。

《歐洲氫能經濟路線圖》指出，到2030 年，超低碳氫的1/3 將用于包括煉油廠和氨生產在內的化工產業；《美國氫能經濟路線圖》指出，到2026 年，氨、甲醇和石化產品的生產將過渡到使用低碳氫的模式。2018 年，殼牌公司聯合ITM Power 在其德國萊茵州的煉廠建設10MW 的PEM 電解制氫廠，綠氫年產量達到1300 噸。

反觀國內，氫能應用尚處于起步階段，“綠氫化工”更是處于探索階段。迄今為止，我國尚未發布類似的路線圖或規劃。

2019 年12 月，國內首個太陽能燃料生產示范工程在蘭州新區精細化工園區落地。項目由光伏發電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇三大系統單元組成，通過10MW 的光伏發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合成甲醇。

我國最大的現代煤化工產業示范區寧夏寧東能源化工基地，計劃充分發揮太陽能資源優勢，積極布局“綠氫化工”項目。

推動灰氫變藍氫

中國是世界第一產氫大國。2019年，全國氫氣產量約2200 萬噸，占全球總產量的比例超過30%。國內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）裝置后生產的氫氣稱之為“藍氫”，能有效降低生產過程中的碳排放水平。數據顯示，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 裝置后會導致運營成本增加約1倍，如華能集團上海石洞口捕集示范項目的發電成本從0.26 元/千瓦時增加到0.5 元/千瓦時。相比較CCS，CCUS（碳捕獲、利用與封存）增加了二氧化碳的利用，可以有效攤銷投資和運營成本，但目前還處于研發和示范階段。

2020 年，全球CCUS 市場規模預計達到16 億美元，預計到2025 年這一數據將增至35 億美元。其間，年復合增長率達到17%。從行業來看，油氣化工類企業將成為全球碳捕集、利用和封存市場的主要參與者，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。

國外石油化工企業已開始藍氫規模發展的探索。2020 年7 月，Equinor 宣布公司計劃在英格蘭東北部赫爾市附近的Saltend 化工園區建造一座利用天然氣生產氫氣的工廠，并將其與CCS相結合。這一項目名為H2H Saltend，在世界同類項目中規模最大，有望在2023 年開始建設、2026 年投產。項目投產后，預計每年減少二氧化碳排放近90 萬噸。

短期來看，國內碳捕捉市場尚處于起步階段，還未有大的龍頭化工企業參與。化工企業可利用自身產業鏈優勢，以制藍氫為契機，加快技術研發，在獲取新的市場機會的同時實現低碳發展。

多措并舉支持綠氫化工

據中國氫能聯盟預測，到2035 年，我國的氫能供給量達到4000 萬噸，在終端能源體系中占比5.9%。

氫作為化工產業的重要產品和生產原料，是實現化工產業低碳生產的重要載體。我國有必要在政策上大力支持綠氫化工產業的發展。

首先，從規劃和財政方面給予政策支持。包括從國家層面出臺氫能產業的發展規劃，明確灰氫、藍氫、綠氫的發展目標，為行業提供明確信號；出臺相應的激勵機制，引導社會資本進入綠氫和藍氫領域，構建相應的資金和擔保機制，鼓勵綠氫和藍氫產業的發展，為化工企業制氫、用氫轉型提供良好的政策環境和制度保障等。

其次，加快培育創新型氫能化工企業。支持企業建立氫能制備和利用研發的工程技術中心，推動化工企業積極研發綠氫和藍氫新技術、新設備；建立產學研合作平臺，加速提升行業自主創新能力，以創新引領產業的發展。

再次，強化環境政策監督倒逼產業轉型。我國要將碳排放的外部性內部化，進一步完善碳排放權交易政策，建立全國統一的碳排放交易市場，將氫能與碳排放權交易相結合，豐富碳金融產品和市場，通過碳匯、碳稅等市場化手段，逐步限制煤制甲醇等傳統反應過程。積極鼓勵綠氫與化石能源生產耦合，以推動我國化工產業的深度脫碳。