氢能“变脸”

文／王 能 刘先云

加快灰氢替代，多措并举支持和推动化工行业低碳发展。

为应对气候变化，我国提出二氧化碳排放力争2030 年前达到峰值、2060 年前实现碳中和的目标。2021 年的政府工作报告提出，今年要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案。

●碳达峰将成为未来十年中国发展的关键词，绿氢化工要加紧 。 供图/中国石化

化工属于碳排放的重点领域，且属于减排难度较大的领域。碳达峰，对化工产业转型提出了更高要求。化工产业既是氢气的最大制造来源，也是重要的使用领域。推动蓝氢和绿氢在化工产业的应用，是实现我国碳达峰、碳中和目标的重要路径。

绿氢化工深度脱碳

在化工行业中，氢气主要用来生产合成氨、甲醇等产品。我国是全球第一大合成氨生产国。根据产量推算，氢气消费量为1200 万～1500万吨，绝大部分是使用灰氢，即通过煤炭、石油等化石燃料来制取氢气。

从制氢的碳排放强度角度来看，煤制氢为20 千克二氧化碳/千克氢、天然气制氢为10 千克二氧化碳/千克氢。

绿氢是用可再生能源电解制成的氢，不仅不会排放二氧化碳，而且是一种高效的储能方式，可帮助解决困扰风能和太阳能的间歇性问题。用绿氢替代灰氢作为化工原料，也被称为“绿氢化工”，是实现化工行业深度脱碳的重要途径。未来，绿氢替代灰氢潜力巨大。

目前，普及绿氢化工最大的问题是绿氢成本较高，是灰氢的2～3 倍。但是，我国可再生能源资源比较丰富，是世界上可再生能源利用第一大国。2020 年，我国并网风电、太阳能发电装机容量分别为2.8 亿千瓦和2.5 亿千瓦，同比增长34.6%和24.1%。

在2020 年12 月12 日举行的气候雄心峰会上，习近平总书记提出，到2030 年我国风电、太阳能发电总装机容量将达12 亿千瓦以上的目标，这将为我国推广绿氢提供重要的保障。

随着光伏和风电设备价格的快速下降，太阳能和风电发电成本也在显著降低。以光伏为例，2019 年，全国光伏年均利用小时数为1169 小时，光伏电站建设成本4.5 元/W，此时1kW·h成本为0.44 元，较10 年前已下降80%以上。因此，长远来看，我国在绿氢供应上具有数量上的保证和价格上的竞争力，可率先在有条件的地区,开展规模化绿氢化工应用的探索。

国际上许多国家和地区已提出“绿氢化工”的路线图并开展规模化的实践。

《欧洲氢能经济路线图》指出，到2030 年，超低碳氢的1/3 将用于包括炼油厂和氨生产在内的化工产业；《美国氢能经济路线图》指出，到2026 年，氨、甲醇和石化产品的生产将过渡到使用低碳氢的模式。2018 年，壳牌公司联合ITM Power 在其德国莱茵州的炼厂建设10MW 的PEM 电解制氢厂，绿氢年产量达到1300 吨。

反观国内，氢能应用尚处于起步阶段，“绿氢化工”更是处于探索阶段。迄今为止，我国尚未发布类似的路线图或规划。

2019 年12 月，国内首个太阳能燃料生产示范工程在兰州新区精细化工园区落地。项目由光伏发电、电解水制氢、二氧化碳加氢合成甲醇三大系统单元组成，通过10MW 的光伏发电单元电解水制氢制取的氢气与二氧化碳在催化剂作用下反应合成甲醇。

我国最大的现代煤化工产业示范区宁夏宁东能源化工基地，计划充分发挥太阳能资源优势，积极布局“绿氢化工”项目。

推动灰氢变蓝氢

中国是世界第一产氢大国。2019年，全国氢气产量约2200 万吨，占全球总产量的比例超过30%。国内95%以上的氢气由煤炭、石油等化石燃料制取，二氧化碳排放强度很高，年总排放量为2 亿～4 亿吨。

在灰氢制备上加碳捕捉、封存（CCS）装置后生产的氢气称之为“蓝氢”，能有效降低生产过程中的碳排放水平。数据显示，煤制氢可将碳排放降低到2 千克二氧化碳/千克氢，天然气制氢降低到1 千克二氧化碳/千克氢，减少了90%以上的碳排放量。但加CCS 装置后会导致运营成本增加约1倍，如华能集团上海石洞口捕集示范项目的发电成本从0.26 元/千瓦时增加到0.5 元/千瓦时。相比较CCS，CCUS（碳捕获、利用与封存）增加了二氧化碳的利用，可以有效摊销投资和运营成本，但目前还处于研发和示范阶段。

2020 年，全球CCUS 市场规模预计达到16 亿美元，预计到2025 年这一数据将增至35 亿美元。其间，年复合增长率达到17%。从行业来看，油气化工类企业将成为全球碳捕集、利用和封存市场的主要参与者，包括壳牌、Equinor（挪威石油公司）、林德、日立、埃克森美孚、JGC 控股、霍尼韦尔、哈里伯顿等企业。

国外石油化工企业已开始蓝氢规模发展的探索。2020 年7 月，Equinor 宣布公司计划在英格兰东北部赫尔市附近的Saltend 化工园区建造一座利用天然气生产氢气的工厂，并将其与CCS相结合。这一项目名为H2H Saltend，在世界同类项目中规模最大，有望在2023 年开始建设、2026 年投产。项目投产后，预计每年减少二氧化碳排放近90 万吨。

短期来看，国内碳捕捉市场尚处于起步阶段，还未有大的龙头化工企业参与。化工企业可利用自身产业链优势，以制蓝氢为契机，加快技术研发，在获取新的市场机会的同时实现低碳发展。

多措并举支持绿氢化工

据中国氢能联盟预测，到2035 年，我国的氢能供给量达到4000 万吨，在终端能源体系中占比5.9%。

氢作为化工产业的重要产品和生产原料，是实现化工产业低碳生产的重要载体。我国有必要在政策上大力支持绿氢化工产业的发展。

首先，从规划和财政方面给予政策支持。包括从国家层面出台氢能产业的发展规划，明确灰氢、蓝氢、绿氢的发展目标，为行业提供明确信号；出台相应的激励机制，引导社会资本进入绿氢和蓝氢领域，构建相应的资金和担保机制，鼓励绿氢和蓝氢产业的发展，为化工企业制氢、用氢转型提供良好的政策环境和制度保障等。

其次，加快培育创新型氢能化工企业。支持企业建立氢能制备和利用研发的工程技术中心，推动化工企业积极研发绿氢和蓝氢新技术、新设备；建立产学研合作平台，加速提升行业自主创新能力，以创新引领产业的发展。

再次，强化环境政策监督倒逼产业转型。我国要将碳排放的外部性内部化，进一步完善碳排放权交易政策，建立全国统一的碳排放交易市场，将氢能与碳排放权交易相结合，丰富碳金融产品和市场，通过碳汇、碳税等市场化手段，逐步限制煤制甲醇等传统反应过程。积极鼓励绿氢与化石能源生产耦合，以推动我国化工产业的深度脱碳。