当前，石化、煤化工、钢铁等行业仍需使用化石能源充当原料、还原剂等，且难以用可再生能源资源作为替代，由此产生大量碳排放——
■本报记者 朱妍 《 中国能源报 》（ 2021年03月01日 第 19 版）
成群的光伏板有序分布在半山坡，一路之隔就是大型厂区，内有电解水制氢、甲醇合成等装置。利用光伏发出的电分解水制氢，氢气与二氧化碳反应，再合成甲醇燃料——这是位于兰州新区的我国首个千吨级液态太阳燃料合成示范项目的创新尝试。“绿氢”的加入一改传统工序，二氧化碳不再大量排放，而是作为碳资源实施转化利用。
“煤制甲醇已是成熟的煤化工技术，但在实现煤炭清洁高效利用的同时，无法从根本上解决必然产生的碳排放问题。上述工艺提供了一条可行的减排路径，以每吨甲醇需转化1.375吨二氧化碳、我国甲醇年产能约8000万吨计算，若能广泛应用，可减排亿吨级二氧化碳。”中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所研究员李灿介绍。
记者进一步了解到，该项目是氢能助力碳减排的一个缩影。在工业、交通等碳排放的广泛领域，利用氢能实现深度脱碳渐成现实。
在绿电难以覆盖的
领域形成有效补充
在碳达峰、碳中和背景之下，“减排”成为能源行业关键词。然而，在大幅提高可再生能源利用的同时，化石能源仍占有一席之地。
“我国是工业化大国，石化、煤化工、钢铁等行业，需要使用化石能源作为还原剂或原料等，提取其中的碳氢组分。由此，每年产生二氧化碳排放接近15亿吨，占全国能源碳排放量的15%左右。”国家发改委能源研究所助理研究员符冠云表示，这些领域所消耗的化石能源，很难用可再生能源电力来替代，因此成为“难以减排领域”。
再如排放“大户”交通行业，目前虽已大规模推广电动化，但仍存在重卡、航运等“难以减排领域”。分析显示，我国柴油重卡仅占全国汽车保有量的7%，却产生60%以上的交通大气污染物。因载重较大，重卡若采用锂电池技术，电池自重高达整车重量的2/3以上，加上受到低温等运输条件限制，碳减排面临难题。
如何解决？在多位业内人士看来，氢能为“难以减排领域”提供了思路。国际氢能协会副主席、清华大学教授毛宗强称，绿氢和绿电同属于二次能源，在碳中和进程中，绿氢可在绿电无法发挥作用的领域起到补充。实践证明，氢冶金、绿氢化工、交通燃料等应用已取得突破。
符冠云举例说，与传统炼钢方式相比，氢能炼钢可降低90%以上的碳排放；氢能还可用于生产合成氨、甲醇等化工产品，替代制氢所需的化石能源。“在这些领域，氢能是最佳、甚至是截至目前唯一的脱碳方案。未来，氢能将扮演高效清洁的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料三重角色，到2050年，有望形成超过15亿吨二氧化碳的减排能力，并与可再生电力形成协同，实现我国深度减碳目标。”
以化石能源为主的
氢源结构违背初衷
那么，助力脱碳的氢能从哪里来？多位专家坦言，从氢源结构来看，当前，煤炭、天然气等化石能源制氢仍占主导，若以此来替代终端部门的化石能源消费，实际上是“多此一举”。不但违背减排初衷，还可能带来“生产地污染、消费地清洁”等问题。
“氢本无色，人为将其定义为灰氢、蓝氢、蓝绿氢和绿氢，分别指化石能源制氢、化石能源制氢+碳捕集和封存技术、天然气热解得到固体碳和氢气，及核能、可再生能源通过电解水制氢。”毛宗强表示，其中，只有绿氢的制备过程才没有温室气体排放。
毛宗强举例，2019年，我国甲醇产能与产量分别为8812万吨、6216万吨，估算其生产过程需要1000万吨以上的氢气。这些氢气基本来自煤制氢，对应二氧化碳排放约1600万吨。我国甲醇产能主要集中在西北地区，这里恰恰是可再生能源富集地，以此制取绿氢才能真正减排。再如，焦炉煤气是很好的蓝氢来源，但我们不应该为获得这种蓝氢而发展炼焦行业煤，否则只会排放更多二氧化碳。
李灿也称，发展氢能的初衷在于减排，从化石能源制氢生产、储运、利用的全过程来看，只是将碳排放由全过程的末端转移到前端，实质并未减少。最终，还是要发展可再生能源制氢。
扭转氢源结构，进一步伴随着高成本问题。符冠云坦言，成本过高是推广绿氢的最大障碍，导致其难与传统能源形成竞争关系。“比如在工业领域，煤制氢价格约10元/公斤。以绿氢替代灰氢，电价需控制在0.15元/度以内。目前虽有'弃电制氢'的提法，但现实中弃电基本处于数量无保证、电价无优惠状态，根本无法有效降低绿氢成本。只有大幅度降低供应链成本，氢能终端应用才能打开。”
引导灰氢有序退出、
绿氢大规模发展
“若不解决上述问题，氢能就难以真正为碳中和贡献力量。”符冠云进一步建议，应制定清洁制氢路线图，引导灰氢有序退出、蓝氢高值利用和绿氢大规模发展。
对此，符冠云认为，近中期应以蓝氢、绿氢来保证氢气增量需求。在确保资源供应和氢气需求相衔接条件下，优先利用工业副产氢，鼓励在“弃电”现象严重地区建设现场制氢项目，实现清洁制氢、副产品高值化利用和提升可再生能源消纳的“三赢”。中长期，应着力打造绿氢为主体，多种方式并存的低碳氢源结构。
“评估从原料采集、生产、运输、使用、回收的全生命周期碳足迹，制定氢能发展的碳足迹标准和测量指标，来引导氢能产业发展。”符冠云提出，围绕“难以减排领域”，统筹经济效益、节能减碳和产业发展等因素，逐步构建绿色低碳的多元化氢能应用场景。
毛宗强提出，西北地区太阳能、风能资源丰沛，是生产绿氢、使用绿氢的便利之地。国家有关部门可根据氢气应用场景、市场需求等，提出氢能发展的指导意见及相应标准，鼓励有绿氢发展基础的地区先行先试，然后在全国推广。
李灿透露，目前还在尝试推进可再生能源制氢与煤化工结合。“在煤制油、制气、制甲醇等过程中，煤炭当中的碳原子利用率很低，其中的1/3-1/2转化为产品，另外2/3-1/2烧成二氧化碳排出去。比如煤制甲醇需要2-3个碳原子，而甲醇本身只需煤炭提供1个碳原子，其余的碳原子全部转化为二氧化碳白白浪费，经济效率不到50%。若能通过可再生能源实现零碳排放制氢，与煤化工反应过程相结合，把所有的碳原子经济转化为产品，不再以二氧化碳排放，即可大幅节约煤炭资源并减少排放。”
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