氫能作為助力全球綠色轉(zhuǎn)型，落實(shí)雙碳目標(biāo)的重要能源載體，如何認(rèn)定為“綠色”是其發(fā)展的重要基礎(chǔ)。目前如何在全球范圍內(nèi)達(dá)成共識，并統(tǒng)一認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，是各國關(guān)注的焦點(diǎn)之一。各國現(xiàn)有認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，以下基于氫、氨、甲醇三種主要的氫基能源展開分析，對國際上現(xiàn)有的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理，并對我國氫基能源的綠色認(rèn)證提出發(fā)展建議。
引言
為應(yīng)對全球氣候變化，提高能源安全保供能力，大力發(fā)展綠色氫能已經(jīng)成為全球共識。根據(jù)國際氫能委員會《Hydrogen Scaling Up》報告，到2050年氫能將承擔(dān)全球18%的能源終端需求，其中超過95%的氫需要通過低碳方式生產(chǎn)。歐盟完善了《可再生能源指令》中的綠色氫標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)域整體低碳電力組合供電制氫也可被認(rèn)定為綠色氫，并逐步放寬對綠色氫的認(rèn)證限制。日本《低碳?xì)湔J(rèn)證》、德國《TÜV綠氫認(rèn)證》、國際綠氫組織的綠色氫標(biāo)準(zhǔn)，將下游用氫環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的碳排放也加入到碳核算范疇。
我國當(dāng)前僅有2020年發(fā)布了《低碳?xì)洹⑶鍧崥渑c可再生能源氫的標(biāo)準(zhǔn)與評價》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，與國際上發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)相比，我國綠電認(rèn)證體系中尚未對生產(chǎn)綠氫的電力來源要求配備綠證，同時也未將碳排放計(jì)量范圍拓展到下游綠氫使用環(huán)節(jié)，未來亟需加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)以完善我國與國際標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
中國氫能標(biāo)準(zhǔn)體系框架圖
綠電可通過氫基能源實(shí)現(xiàn)儲存、運(yùn)輸，綠電與綠色氫基能源是理想的“過程性能源”載體。在“雙碳”目標(biāo)下，綠色氫基能源具有化石能源無法替代的獨(dú)特作用，如在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中，氫基能源既可實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)性長時儲能，又能解決可再生能源消納難題，或在鋼鐵、化工等工業(yè)領(lǐng)域，氫基能源可實(shí)現(xiàn)行業(yè)深度脫碳。
如何利用可再生能源獲得“綠色氫基能源”是未來能源領(lǐng)域的重要研究方向。建立完善的氫基能源認(rèn)證體系，需要對綠色氫基能源有明確定義，同時能夠給予生產(chǎn)全生命周期中明確的溫室氣體量化標(biāo)準(zhǔn)。
“綠”氫認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)
(1)歐盟“可再生氫”(Renewable Hydrogen)定義
2023年2月13日，歐盟通過了可再生能源指令要求的兩項(xiàng)授權(quán)法案。
第一個授權(quán)法案規(guī)定了三種可被計(jì)入“可再生氫”的場景，分別是：可再生能源生產(chǎn)設(shè)施與制氫設(shè)備直接連接所生產(chǎn)的氫氣;在可再生能源比例超過90%的地區(qū)采用電網(wǎng)供電所生產(chǎn)的氫氣;在低二氧化碳排放限制的地區(qū)簽訂可再生能源電力購買協(xié)議后采用電網(wǎng)供電來生產(chǎn)氫氣。
第二項(xiàng)授權(quán)法案定義了一種量化可再生氫的計(jì)算方法，即可再生氫的燃料閾值必須達(dá)到28.2克二氧化碳當(dāng)量/兆焦(3.4千克二氧化碳當(dāng)量/千克氫氣)才能被視為可再生。該方法考慮到了燃料整個生命周期的溫室氣體排放，同時明確了在化石燃料生產(chǎn)設(shè)施中共同生產(chǎn)可再生氫或其衍生物的情況下，應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算其溫室氣體排放。
(2)日本“低碳?xì)?rdquo;(低炭素水素)定義
2023年6月6日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省(METI)發(fā)布修訂版《氫能基本戰(zhàn)略》，該草案已經(jīng)在可再生能源、氫能相關(guān)部長級會議上通過。該戰(zhàn)略設(shè)定了“低碳?xì)?rdquo;的碳強(qiáng)度目標(biāo)，即從原料生產(chǎn)到氫氣生產(chǎn)的碳排放強(qiáng)度低于3.4千克二氧化碳/千克氫氣，并明確了境外生產(chǎn)氫的碳排放要涵蓋長途運(yùn)輸?shù)热芷凇?/p>
(3)美國“清潔氫”(Clean Hydrogen)定義
美國國家能源部發(fā)布《“清潔氫”生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)指南》，該指南要求美國后續(xù)所制定的涉及“清潔氫”標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)滿足以下要求。
支持生產(chǎn)“清潔氫”的各種方式，包括但不限于：使用帶碳捕集、利用和封存技術(shù)(CCUS)的化石燃料，氫載體燃料(包括乙醇和甲醇)，可再生能源，核能等;定義“清潔氫”一詞，定量為在生產(chǎn)場所每生產(chǎn)1千克氫，產(chǎn)生的二氧化碳當(dāng)量不高于2千克，全生命周期二氧化碳當(dāng)量不高于4千克每千克氫。
(4)國際可再生能源署IRENA“綠氫”(Green Hydrogen)定義
國際可再生能源署IRENA發(fā)布《“綠氫”政策制定指南2020》，其中定義“綠氫”，即用可再生能源生產(chǎn)的氫能。該指南提及最成熟的綠氫制備技術(shù)是基于可再生電能的水電解技術(shù)，同時也提及了其他可再生能源制氫方案，包括生物質(zhì)氣化與裂解、熱化學(xué)水分解、光催化、生物質(zhì)超臨界水氣化等。國際可再生能源署對于生產(chǎn)每單位綠氫的二氧化碳當(dāng)量沒有明確規(guī)定。
(5)中國“綠氫”定義
中國氫能協(xié)會對“綠氫”作出了初步定義，“綠氫”是指通過可再生能源電解水制氫而得到的氫氣，它是一種清潔能源，與傳統(tǒng)的灰氫(通過化石燃料，煤炭、石油、天然氣等，燃燒產(chǎn)生的氫氣)有著明顯的區(qū)別，“綠氫”的生產(chǎn)過程中使用的電力必須來自于可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、水能等。
2020年12月29日，國內(nèi)行業(yè)組織提出《低碳?xì)洹⑶鍧崥渑c可再生能源氫的標(biāo)準(zhǔn)與評價》，當(dāng)中指出在單位氫氣碳排放量方面，低碳?xì)涞拈撝禐?4.51千克二氧化碳當(dāng)量/千克氫，清潔氫和可再生氫的閾值為4.9千克二氧化碳當(dāng)量/千克氫，同時可再生氫要求其制氫能源為可再生能源。
“綠”氨認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)
(1)歐盟“可再生氨”(RFNBO)定義
歐盟《可再生能源指令(Renewable Energy Directive)》中定義了可再生燃料產(chǎn)品組“RFNBO”，基于可再生氫生產(chǎn)的液態(tài)燃料，如氨、甲醇或電子燃料，同時被視為RFNBO。歐盟對于生產(chǎn)每單位綠氨的二氧化碳當(dāng)量沒有明確規(guī)定。
(2)日本“低碳氨”(低炭素アンモニア)定義
2023年6月6日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省(METI)發(fā)布修訂版《氫能基本戰(zhàn)略》，為氫和氨的生產(chǎn)設(shè)定全生命周期碳排放強(qiáng)度指標(biāo)，“低碳氨”(低炭素アンモニア)的定義為生產(chǎn)鏈(含制氫過程)的碳排放強(qiáng)度低于0.84千克二氧化碳當(dāng)量/千克氨。
(3)國際綠氫組織“綠氨”(Green Ammonia)定義
2023年1月14日，國際綠氫組織(GH2)宣布對綠氨標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定由綠氫制成綠氨(Green Ammonia)的溫室氣體排放強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)超過0.3千克二氧化碳當(dāng)量/千克氨。
(4)國際可再生能源署IRENA“可再生氨”(Renewable Ammonia)定義
2022年，國際可再生能源署(IRENA)和氨能協(xié)會(AEA)聯(lián)合發(fā)布《創(chuàng)新展望：可再生氨》，報告中定義“可再生氨”(Renewable Ammonia)是利用可再生電力生產(chǎn)的氫氣和從空氣中凈化的氮?dú)馍a(chǎn)的。可再生氨用于生產(chǎn)氨的所有原料和能源都必須是可再生能源(生物質(zhì)、太陽能、風(fēng)能、水電、地?zé)岬?。國際可再生能源署對于生產(chǎn)每單位綠氨的二氧化碳當(dāng)量沒有明確規(guī)定。
(5)中國“綠氨”定義
目前，國內(nèi)關(guān)于“綠氨”尚無官方機(jī)構(gòu)和權(quán)威組織的統(tǒng)一定義。行業(yè)內(nèi)具備相關(guān)發(fā)聲，國內(nèi)企業(yè)對綠氨的定義主要關(guān)注其原料氫是否由可再生能源電力制取，對生產(chǎn)過程中的碳排沒有明確的要求。
中投顧問提出綠氨指電解制氫、帶碳捕捉的生物質(zhì)制氫等工藝獲得原料氫的氨產(chǎn)品，綠氨被歸類為基本上零碳排放的氨;金聯(lián)創(chuàng)化肥提出綠氨是通過風(fēng)能、太陽能等可再生能源電力電解水產(chǎn)生氫氣，再結(jié)合空氣中的氮?dú)夂铣砂保G氨全程以可再生能源為原料進(jìn)行制備;智研瞻產(chǎn)業(yè)研究院提出綠色氨是通過使用可再生能源(如風(fēng)能、太陽能等)來制造氫氣，然后將氫氣與氮?dú)膺M(jìn)行合成得到的氨。
“綠”甲醇認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)
(1)國際可再生能源署IRENA“可再生甲醇”(Renewable Methanol)定義
2021年國際可再生能源署IRENA發(fā)布《創(chuàng)新場景：可再生甲醇》，報告指出“可再生甲醇”(Renewable Methanol)所需原料來源必須全部符合可再生能源標(biāo)準(zhǔn)，且只有生物質(zhì)循環(huán)利用及綠電制綠氫再制甲醇的這兩種方式的甲醇產(chǎn)品才能稱為“可再生甲醇”。
生物質(zhì)循環(huán)利用制甲醇(生物甲醇Bio-methanol)：由生物質(zhì)生產(chǎn)的生物甲醇。可持續(xù)生物質(zhì)原料包括，林業(yè)和農(nóng)業(yè)廢棄物及副產(chǎn)品、垃圾填埋場產(chǎn)生的沼氣、污水、城市固體廢物和制漿造紙業(yè)的黑液。將生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)處理后，通過熱解氣化，產(chǎn)生含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣的合成氣，再經(jīng)過催化劑合成生物甲醇。此外，將生物質(zhì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，直接重整，或?qū)⑵渲械亩趸挤蛛x，加氫重整，也可合成生物甲醇。
綠電制綠氫再制甲醇：利用綠氫和可再生二氧化碳合成可再生甲醇，要求使用“可再生二氧化碳”(Renewable carbon dioxide)，即來自于生物質(zhì)能產(chǎn)生或從空氣捕集的二氧化碳。綠氫與可再生二氧化碳經(jīng)過高溫高壓合成可再生甲醇，盡管后續(xù)甲醇燃燒時還會產(chǎn)生二氧化碳，但是由于這些碳排放是經(jīng)過循環(huán)捕集來的，所以全生命周期甲醇的碳排放為0。
(2)歐盟“可再生甲醇”(Renewable Methanol)定義
基于可再生燃料產(chǎn)品組“RFNBO”，歐盟《可再生能源指令(REDⅡ)》的補(bǔ)充條例中提出，考慮脫碳進(jìn)程，在短期內(nèi)，利用已計(jì)入歐盟排放交易體系，在工業(yè)中捕集獲得的二氧化碳制備的甲醇可以暫認(rèn)為“可再生甲醇”(Renewable Methanol)，但全生命周期碳排放不超過28.2克二氧化碳當(dāng)量/兆焦(3.4千克二氧化碳當(dāng)量/千克氫氣)。
(3)美國“綠色甲醇”(Green Methanol)定義
目前，尚未查詢到美國有關(guān)綠色甲醇的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)或定義，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)報道，2023年9月美國OCI公司宣布擬擴(kuò)建綠色甲醇(Green Methanol)項(xiàng)目，其綠色甲醇將使用可再生原料的混合物生產(chǎn)，包括RNG、綠色氫氣和其他原料。上述報道中其綠色甲醇主要原材料均為可再生原料。
(4)中國“綠色甲醇”定義
目前，國內(nèi)關(guān)于“綠色甲醇”還沒有官方機(jī)構(gòu)和權(quán)威組織的統(tǒng)一定義。全球甲醇行業(yè)協(xié)會中國區(qū)提到，關(guān)于綠色甲醇的定義，目前全球并沒有明確的說法，如果能夠使用可再生的原料制取甲醇，并且其全生命周期的碳足跡能夠做到足夠低，就可稱為綠色甲醇。
貢獻(xiàn)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的中國方案，助力全球綠色氫基能源標(biāo)準(zhǔn)融合統(tǒng)一
綠色氫基能源會受到市場和政策的雙重推動，因此需要在中國制定自己的綠色氫基能源標(biāo)準(zhǔn)。首先，目前各國對綠氫的術(shù)語定義并不統(tǒng)一，存在“可再生氫”(Renewable Hydrogen)、“低碳?xì)?rdquo;(低炭素水素)、“清潔氫”(Clean Hydrogen)“綠氫”(Green Hydrogen)等多種相似概念的術(shù)語，綠氨、綠甲醇標(biāo)準(zhǔn)體系更加混亂。其次，對于其生產(chǎn)方式是否一定涉及電解水尚有爭議，如美國支持“清潔氫”的生產(chǎn)方式可使用帶碳捕集、利用和封存技術(shù)(CCUS)的化石燃料、生物質(zhì)、核能等非電解水制氫的方式，而日本認(rèn)為“低碳?xì)?rdquo;的生產(chǎn)方式應(yīng)為電解水制氫。最后，各國對當(dāng)量的碳排放標(biāo)準(zhǔn)尚無共識，綠色氫基能源生命周期溫室氣體排放量二氧化碳當(dāng)量閾值并不統(tǒng)一。
我國是目前全球唯一具有綠色氫基能源全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，可通過規(guī)模化開發(fā)應(yīng)用攻克技術(shù)難題，解決綠色氫基能源大規(guī)模經(jīng)濟(jì)性利用核心問題的國家，因而急需一套統(tǒng)一的綠色氫基能源標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定體系。
明確綠氫(氨、醇)標(biāo)準(zhǔn)并納入認(rèn)證體系
未來我國構(gòu)建氫基能源認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)有明確的目標(biāo)，需要在國家層面制定一套“綠氫(氨、醇)術(shù)語”標(biāo)準(zhǔn)，明確綠氫的定義，確定綠氫(氨、醇)生產(chǎn)場景，定量溫室氣體排放閾值。結(jié)合國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，研究制定符合我國國情，同時與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的綠色氫基能源標(biāo)準(zhǔn)，降低綠色貿(mào)易壁壘和國際監(jiān)管風(fēng)險。
推進(jìn)氫市場和碳市場深度融合
推進(jìn)綠色氫基能源全產(chǎn)業(yè)鏈綠色價值認(rèn)證，建立完善綠色氫基能源生命周期碳排放核算體系，以碳價值激勵氫基能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。構(gòu)建氫基能源碳足跡認(rèn)證方法和標(biāo)準(zhǔn)，打造清潔低碳的生產(chǎn)供應(yīng)鏈。建立各類氫基能源項(xiàng)目碳排放數(shù)據(jù)監(jiān)測體系，推進(jìn)我國氫基能源國際化合作。
推進(jìn)綠氫與綠證的耦合發(fā)展
綠證作為電力綠色屬性的標(biāo)志已經(jīng)得到全球主流經(jīng)濟(jì)體的廣泛認(rèn)可，其可以實(shí)現(xiàn)電力能源屬性與綠色屬性的解耦，推動綠色氫基能源與綠證的耦合發(fā)展，可助力綠色氫基能源的規(guī)模化發(fā)展和降低制備成本，加速綠色氫基能源的市場滲透率，為綠色氫基能源的高質(zhì)量發(fā)展保駕護(hù)航。
作者：李昇 姜海 余官培，作者單位：水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院
作者：李昇 姜海 余官培
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