當前，石化、煤化工、鋼鐵等行業仍需使用化石能源充當原料、還原劑等，且難以用可再生能源資源作為替代，由此產生大量碳排放——
■本報記者 朱妍 《 中國能源報 》（ 2021年03月01日 第 19 版）
成群的光伏板有序分布在半山坡，一路之隔就是大型廠區，內有電解水制氫、甲醇合成等裝置。利用光伏發出的電分解水制氫，氫氣與二氧化碳反應，再合成甲醇燃料——這是位于蘭州新區的我國首個千噸級液態太陽燃料合成示范項目的創新嘗試。“綠氫”的加入一改傳統工序，二氧化碳不再大量排放，而是作為碳資源實施轉化利用。
“煤制甲醇已是成熟的煤化工技術，但在實現煤炭清潔高效利用的同時，無法從根本上解決必然產生的碳排放問題。上述工藝提供了一條可行的減排路徑，以每噸甲醇需轉化1.375噸二氧化碳、我國甲醇年產能約8000萬噸計算，若能廣泛應用，可減排億噸級二氧化碳。”中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所研究員李燦介紹。
記者進一步了解到，該項目是氫能助力碳減排的一個縮影。在工業、交通等碳排放的廣泛領域，利用氫能實現深度脫碳漸成現實。
在綠電難以覆蓋的
領域形成有效補充
在碳達峰、碳中和背景之下，“減排”成為能源行業關鍵詞。然而，在大幅提高可再生能源利用的同時，化石能源仍占有一席之地。
“我國是工業化大國，石化、煤化工、鋼鐵等行業，需要使用化石能源作為還原劑或原料等，提取其中的碳氫組分。由此，每年產生二氧化碳排放接近15億噸，占全國能源碳排放量的15%左右。”國家發改委能源研究所助理研究員符冠云表示，這些領域所消耗的化石能源，很難用可再生能源電力來替代，因此成為“難以減排領域”。
再如排放“大戶”交通行業，目前雖已大規模推廣電動化，但仍存在重卡、航運等“難以減排領域”。分析顯示，我國柴油重卡僅占全國汽車保有量的7%，卻產生60%以上的交通大氣污染物。因載重較大，重卡若采用鋰電池技術，電池自重高達整車重量的2/3以上，加上受到低溫等運輸條件限制，碳減排面臨難題。
如何解決？在多位業內人士看來，氫能為“難以減排領域”提供了思路。國際氫能協會副主席、清華大學教授毛宗強稱，綠氫和綠電同屬于二次能源，在碳中和進程中，綠氫可在綠電無法發揮作用的領域起到補充。實踐證明，氫冶金、綠氫化工、交通燃料等應用已取得突破。
符冠云舉例說，與傳統煉鋼方式相比，氫能煉鋼可降低90%以上的碳排放；氫能還可用于生產合成氨、甲醇等化工產品，替代制氫所需的化石能源。“在這些領域，氫能是最佳、甚至是截至目前唯一的脫碳方案。未來，氫能將扮演高效清潔的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色低碳的工業原料三重角色，到2050年，有望形成超過15億噸二氧化碳的減排能力，并與可再生電力形成協同，實現我國深度減碳目標。”
以化石能源為主的
氫源結構違背初衷
那么，助力脫碳的氫能從哪里來？多位專家坦言，從氫源結構來看，當前，煤炭、天然氣等化石能源制氫仍占主導，若以此來替代終端部門的化石能源消費，實際上是“多此一舉”。不但違背減排初衷，還可能帶來“生產地污染、消費地清潔”等問題。
“氫本無色，人為將其定義為灰氫、藍氫、藍綠氫和綠氫，分別指化石能源制氫、化石能源制氫+碳捕集和封存技術、天然氣熱解得到固體碳和氫氣，及核能、可再生能源通過電解水制氫。”毛宗強表示，其中，只有綠氫的制備過程才沒有溫室氣體排放。
毛宗強舉例，2019年，我國甲醇產能與產量分別為8812萬噸、6216萬噸，估算其生產過程需要1000萬噸以上的氫氣。這些氫氣基本來自煤制氫，對應二氧化碳排放約1600萬噸。我國甲醇產能主要集中在西北地區，這里恰恰是可再生能源富集地，以此制取綠氫才能真正減排。再如，焦爐煤氣是很好的藍氫來源，但我們不應該為獲得這種藍氫而發展煉焦行業煤，否則只會排放更多二氧化碳。
李燦也稱，發展氫能的初衷在于減排，從化石能源制氫生產、儲運、利用的全過程來看，只是將碳排放由全過程的末端轉移到前端，實質并未減少。最終，還是要發展可再生能源制氫。
扭轉氫源結構，進一步伴隨著高成本問題。符冠云坦言，成本過高是推廣綠氫的最大障礙，導致其難與傳統能源形成競爭關系。“比如在工業領域，煤制氫價格約10元/公斤。以綠氫替代灰氫，電價需控制在0.15元/度以內。目前雖有'棄電制氫'的提法，但現實中棄電基本處于數量無保證、電價無優惠狀態，根本無法有效降低綠氫成本。只有大幅度降低供應鏈成本，氫能終端應用才能打開。”
引導灰氫有序退出、
綠氫大規模發展
“若不解決上述問題，氫能就難以真正為碳中和貢獻力量。”符冠云進一步建議，應制定清潔制氫路線圖，引導灰氫有序退出、藍氫高值利用和綠氫大規模發展。
對此，符冠云認為，近中期應以藍氫、綠氫來保證氫氣增量需求。在確保資源供應和氫氣需求相銜接條件下，優先利用工業副產氫，鼓勵在“棄電”現象嚴重地區建設現場制氫項目，實現清潔制氫、副產品高值化利用和提升可再生能源消納的“三贏”。中長期，應著力打造綠氫為主體，多種方式并存的低碳氫源結構。
“評估從原料采集、生產、運輸、使用、回收的全生命周期碳足跡，制定氫能發展的碳足跡標準和測量指標，來引導氫能產業發展。”符冠云提出，圍繞“難以減排領域”，統籌經濟效益、節能減碳和產業發展等因素，逐步構建綠色低碳的多元化氫能應用場景。
毛宗強提出，西北地區太陽能、風能資源豐沛，是生產綠氫、使用綠氫的便利之地。國家有關部門可根據氫氣應用場景、市場需求等，提出氫能發展的指導意見及相應標準，鼓勵有綠氫發展基礎的地區先行先試，然后在全國推廣。
李燦透露，目前還在嘗試推進可再生能源制氫與煤化工結合。“在煤制油、制氣、制甲醇等過程中，煤炭當中的碳原子利用率很低，其中的1/3-1/2轉化為產品，另外2/3-1/2燒成二氧化碳排出去。比如煤制甲醇需要2-3個碳原子，而甲醇本身只需煤炭提供1個碳原子，其余的碳原子全部轉化為二氧化碳白白浪費，經濟效率不到50%。若能通過可再生能源實現零碳排放制氫，與煤化工反應過程相結合，把所有的碳原子經濟轉化為產品，不再以二氧化碳排放，即可大幅節約煤炭資源并減少排放。”
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