企校合作探索制氫加氫一體站商業應用模式

□牟 琳 李海洋 陳 勇 鄧錦霞 林展鷹

4月14日，中國石化銷售公司與福州大學戰略合作協議簽署儀式在福州大學舉行。雙方將利用各自品牌及資源優勢，共同推進“氨-氫”能源技術國家科技示范項目，并在“氨-氫”能源技術聯合研發、產品生產及商業應用方面展開深入合作。此次戰略合作協議的簽訂，標志著中國石化在探索制氫加氫一體站商業應用模式已率先邁出企校合作新模式。

“氨-氫”能源技術，采取將“氫”“氨”循環轉化的方式，能夠有效降低氫能在儲運過程中的安全風險，為氫能源產業開拓一條無碳化的能源生產及利用新模式，不僅突破了氫能產業發展的安全性“卡脖子”技術瓶頸，還能大幅度降低終端用氫成本和加氫站建設成本。

氫能產業發展的重要性

氫能作為來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，是支撐可再生能源規模化利用較為理想的媒介，被視為未來終極能源。3月23日，國家發展改革委、國家能源局聯合發布《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，明確氫能是未來國家能源體系的重要組成部分、是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體、是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向的三大戰略定位。

為實現碳達峰、碳中和目標，中國石化主動擁抱綠色革命，調整優化產業和能源結構，將氫能作為新能源核心業務，積極打造“中國第一氫能公司”，努力探索加氫站新發展路徑。

我國加氫站建設的探索與發展

2022年4月14日，中國石化銷售股份有限公司與福州大學戰略合作協議簽署儀式在福州大學舉行。圖為簽約現場。林展鷹 攝

中國氫能聯盟研究院研究顯示，截至2021年底，全球在營加氫站達到659座，中國累計已建成加氫站255座，其中在營183座，在營數量首次超過日本位居全球第一。

目前，我國加氫站主要以外供氫、氣態、35MPa壓力加氫站為主。站內現場制氫加氫站方面，主要有天然氣制氫加氫、電解水制氫加氫等，截至2021年底，全國累計已建成13座制氫加氫一體站。

由于氫氣化學性質活潑、體積能量密度低、易燃易爆易泄漏等特性，存在儲運成本高、安全性差等問題。因此，氫氣儲運是氫能產業鏈的關鍵環節。若要實現氫能大規模商業化應用必須突破瓶頸，結合各地的產業基礎和資源稟賦，走出一條安全、高效、低成本的氫能“制儲運加”新路徑。

“氨-氫”能源技術探索顯成效

氨是富氫載體，被稱為“陽光燃料”，所含氫元素的質量百分數達17.6%，常溫常壓下為氣態，常溫加壓至1MPa可轉為密度603kg/m3的液氨，常壓下溫度降到-33℃則轉化為密度為680kg/m3的液氨。氨的主要制備方式是氫氣和氮氣在高溫高壓下催化反應合成，工藝技術成熟，成本低廉。全球年產量1.8億噸，80%用于化肥行業，我國氨產量占世界總產量的四分之一。

近年來，福州大學研發團隊開發出世界首套安全高效低能耗合成氨成套技術并實現在年產20萬噸合成氨裝置上工業應用，打破了國外近30年的技術壟斷；創制出新型低溫催化劑，突破了“氨-氫”能源循環的關鍵技術瓶頸，為發展“氨-氫”特色能源產業奠定了堅實的基礎。該團隊的氨分解制氫技術能分解得到體積各占75%和25%的氫氣和氮氣混合氣體。

“氨-氫”能源技術轉換的優勢

福州大學氨制氫催化技術研究團隊提供數據顯示，以每噸氨價格3500元為測算基礎，1噸氫氣的原料成本約19元/公斤，考慮氨制氫設備投資成本后，在現場制氫供氫的價格可控制在35元/公斤以內，若結合石化企業上游煉廠副產氫資源來合成氨，成本優勢更加凸顯。

從氨運輸成本來看，氨現場制氫本質上改變了氫氣的運輸狀態，氨只需加壓至1MPa既可以液態形式儲運，一輛液氨槽罐車載氨量可達30噸（約含5.29噸氫），與長管拖車運氫（單車載氫量不到400公斤）相比，液氨載氫量提高一個數量級，因此運氨成本很低（約0.001元/公斤/公里）。

從氨運輸安全性來看，氨是一種含氫量高、有刺激性臭味的無色氣體，具有燃點高、不易爆、低壓易液化的特點，爆炸極限為15.7～27.4%，火災危險等級為“乙類”，刺激性氣味恰好是氣體泄漏的可靠警報信號。氨化工作為傳統化工的重要領域，在我國已有數十年的發展歷史，液氨運輸已十分成熟，因此氨儲氫可以避免高壓儲氫的風險，具有很高的本質安全性。

氨制氫加氫一體站發展思路

一是以依法合規為準繩推進政策法規建設。我國對于氫氣按照危險化學品管理，現場制氫加氫站更是屬于?；飞a管理范疇，相關政策法規、技術標準規范等體系尚不健全，且國內目前尚未有商業運營成熟的氨制氫加氫站，因此項目的前期建設審批難度較大。產業相關方應加強與政府主管部門的溝通協調，積極傳遞“氨-氫”產業安全性、科學管控技術、管理制度、發展前景等信息，搭建企地溝通合作平臺，引導規劃和扶持，加快推動管理標準和規范建立。

二是以技術工藝為依托防控安全環保風險。目前國內僅廣東省發布《制氫加氫一體站安全技術規范》（征求意見稿），文件也僅適用于水電解制氫加氫一體站的安全技術和管理要求。氨制氫加氫一體站缺乏相關的技術標準和規范，建議參考借鑒水電解制氫站的標準和規范，聘請行業一流的具備制氫加氫站建設相關設計資質以及豐富制氫加氫工程設計經驗的單位盡早介入項目進行站點選址、勘查和設計。

三是以能力建設為目標培養氫能高素質人才。氫能產業的發展，核心在技術，關鍵在人才。對加氫站建設項目管理人員、安全數質量管理人員、一線管理操作人員等關鍵重點崗位人員提前開展分級分類培訓和教育，必要時可專門引進氫能方面專業人才，盡早建立專業、嚴謹、高素質的加氫站管理隊伍；從投資建設、運營管理、服務保障等方面全面構建安全、穩定、高效的氫能企業管理體系。

據悉，在中國石化銷售股份有限公司與福州大學的戰略協議框架下，首個項目由福州石油與福大紫金氫能科技公司同步簽約開展，計劃共同在福州建設一座氨制氫加氫一體化示范站。未來該示范站將發揮以點帶面的效應，在技術、商業、安全管理等維度為國內加氫站建設模式提供推廣借鑒價值。