隨著氫能產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展期，確保穩(wěn)定、可靠及低成本供應(yīng)，已成為其高質(zhì)量發(fā)展的迫切需要。
從氫源出發(fā)，世界能源理事會(huì)將氫能劃分為灰氫、藍(lán)氫與綠氫，分別指碳基能源制氫，化石燃料制氫加碳捕集、封存路線，以及利用可再生能源電解制氫的方式。但據(jù)記者了解，在我國現(xiàn)有的2500萬噸氫氣產(chǎn)量中，煤制氫占62%、天然氣制氫占19%、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫占18%，真正的“綠氫”僅占1%左右。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，目前占比最大煤基制氫路線，恰恰與氫能產(chǎn)業(yè)的“減排”初衷相違背。
兼具原料富集、成本較低、技術(shù)成熟等特性，煤制氫的優(yōu)勢不可否認(rèn)。但同時(shí)，高污染與高碳排的“痛點(diǎn)”也不可回避，煤炭與氫能可否實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展？
具備規(guī)模和成本優(yōu)勢
統(tǒng)計(jì)顯示，我國煤炭資源保有量約1.95萬億噸，假設(shè)10%用于煤氣化制氫，制氫潛力約為243.8億噸。而據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2050年，我國氫氣需求量接近6000萬噸。由此可見，煤制氫的規(guī)模效應(yīng)顯著。
在中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長劉峰看來，煤制氫占比高主要是因?yàn)槊禾渴俏覈ㄒ坏膬?yōu)勢礦產(chǎn)，資源儲(chǔ)量大、開采能力強(qiáng)，大型煤氣化制氫技術(shù)成熟，從資源和生產(chǎn)技術(shù)方面對制氫均有較好保障。
據(jù)劉峰介紹，近年來，隨著現(xiàn)代煤化工技術(shù)和裝備的發(fā)展，我國煤炭大型高溫氣化技術(shù)和裝備不斷成熟，各種類型并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型煤氣化爐不斷示范應(yīng)用。“以2000噸級多噴嘴水煤漿氣化爐為例，通過全部變換制氫，每天可以生產(chǎn)120多噸‘4個(gè)9到5個(gè)9’（濃度99.99%至99.999%）的高品質(zhì)、高純度氫氣，按照現(xiàn)有氫能源汽車氫氣消耗指標(biāo)估算，足可以供13萬輛小轎車跑100公里。”
從成本看，煤制氫也具備優(yōu)勢。數(shù)據(jù)顯示，煤制氫成本低廉，每公斤氫氣的生產(chǎn)成本只有10-15元，為電解水制氫成本的20%-25%，是現(xiàn)有汽油車油耗成本的40%左右。
但從現(xiàn)有消費(fèi)構(gòu)成看，我國氫氣基本全部用于工業(yè)領(lǐng)域，合成氨用氫占37%、甲醇占19%、煉油10%、其他工業(yè)領(lǐng)域約19%，真正直接燃燒占比不足15%，且沒有多少閑置。劉峰表示，未來如果氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來，氫氣將迎來大規(guī)模使用，那么氫源必須有可靠保障，而這其中，煤制氫可以承擔(dān)兜底保供作用。
高碳排放問題引關(guān)注
盡管優(yōu)勢突出，煤制氫卻伴隨著一個(gè)不可回避的問題——高碳排放，煤炭制備1公斤氫氣，大約產(chǎn)生11公斤二氧化碳。采訪中，多位業(yè)內(nèi)人士表示，在“30·60”雙碳目標(biāo)下，煤制氫碳排放問題必須引起高度重視。
清華大學(xué)能源轉(zhuǎn)型與社會(huì)發(fā)展研究中心常務(wù)副主任何繼江對記者表示，目前，我國化工產(chǎn)業(yè)有大量的副產(chǎn)氫，但氫能產(chǎn)業(yè)面臨的問題不是缺氫，而是缺應(yīng)用情景。“煤制氫在局部地區(qū)可以起到技術(shù)驗(yàn)證的作用，但從碳減排的角度看，煤制氫負(fù)作用凸顯，在CCS尚不能規(guī)?；瘧?yīng)用之前，大規(guī)模煤制氫來解決氫源與雙碳目標(biāo)背道而馳。”
中國科學(xué)院院士李燦也稱，發(fā)展氫能的初衷之一是減排污染物和二氧化碳。從煤制氫生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、利用的全過程來看，并沒有減少碳排放，只是將排放由末端轉(zhuǎn)移到前端。“從優(yōu)化利用角度，煤炭作為寶貴的原料資源，用于制備更重要的化學(xué)品及材料才更合理。”
不過，在劉峰看來，煤氣化制氫所排放的是高濃度、較高純度的二氧化碳，而且是集中排放，有利于二氧化碳的無害化處置和碳循環(huán)利用。同時(shí)，煤制氫低廉的價(jià)格，也為開展碳埋藏和碳循環(huán)利用騰出來很大的成本空間，大規(guī)模開展碳捕捉、封存與利用有較好基礎(chǔ)。
發(fā)展初期可保障供應(yīng)
面對“喜憂參半”的現(xiàn)實(shí)，煤制氫有無出路？
中國科學(xué)院院士包信和指出，“真正的綠氫，一定要通過可再生能源獲得。用風(fēng)、光、核產(chǎn)生的電能，把水電解變成氫的過程只排放氫氣，不產(chǎn)生二氧化碳。因此從碳減排角度出發(fā)，不建議使用煤炭等化石能源制氫。”
對此，北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司總工程師王洪建表示，煤炭在短期內(nèi)不會(huì)退出歷史舞臺(tái)，剛剛起步的氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)以經(jīng)濟(jì)性為首，合理利用現(xiàn)有的豐富資源，并通過對煤制氫技術(shù)的利用劃定相應(yīng)的時(shí)間范圍，引導(dǎo)氫能產(chǎn)業(yè)無碳綠色轉(zhuǎn)型。“從遠(yuǎn)期來看，隨著全國碳交易市場的成熟，以及減排力度的增加，煤制氫成本上升不可避免，屆時(shí)，可再生能源制氫或轉(zhuǎn)變?yōu)楦呓?jīng)濟(jì)性的制氫路徑。”
劉峰認(rèn)為，在發(fā)展初級階段，氫氣需求量并不大，但便捷、低成本、穩(wěn)定供應(yīng)非常重要。“盡管煤制氫是所謂的灰氫，碳捕捉與封存環(huán)節(jié)將增加煤制氫成本，在綠氫尚不足以低價(jià)、穩(wěn)定供應(yīng)的時(shí)期，不妨先將煤制氫作為氫氣重要來源。即使到了可再生能源發(fā)電制氫的成本更低、規(guī)模更大的階段，可再生能源制綠氫與煤炭相結(jié)合，作為原料生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)碳?xì)浠パa(bǔ)，也能夠更好地發(fā)揮二者的優(yōu)勢。”
李燦透露，部分地區(qū)正在嘗試推進(jìn)可再生能源與煤化工結(jié)合，發(fā)展“零碳排放的煤化工”。“煤可以制油、制氣、制甲醇等。但在生產(chǎn)過程中，煤的碳原子利用率其實(shí)很低，其中只有1/3-1/2的煤碳原子轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，另外2/3-1/2-的煤碳原子燒成二氧化碳排出去了。‘零碳排放的煤化工’就是要實(shí)現(xiàn)化石資源優(yōu)化利用，為綠色生產(chǎn)提供一套新思路。通過可再生能源實(shí)現(xiàn)零碳排放制氫，與煤化工過程結(jié)合，把所有的煤碳原子都經(jīng)濟(jì)地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，而不是以二氧化碳排放。”
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