隨著氫能產業(yè)步入快速發(fā)展期，確保穩(wěn)定、可靠及低成本供應，已成為其高質量發(fā)展的迫切需要。
從氫源出發(fā)，世界能源理事會將氫能劃分為灰氫、藍氫與綠氫，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。但據記者了解，在我國現有的2500萬噸氫氣產量中，煤制氫占62%、天然氣制氫占19%、工業(yè)副產氣制氫占18%，真正的“綠氫”僅占1%左右。業(yè)內普遍認為，目前占比最大煤基制氫路線，恰恰與氫能產業(yè)的“減排”初衷相違背。
兼具原料富集、成本較低、技術成熟等特性，煤制氫的優(yōu)勢不可否認。但同時，高污染與高碳排的“痛點”也不可回避，煤炭與氫能可否實現協(xié)同發(fā)展？
具備規(guī)模和成本優(yōu)勢
統(tǒng)計顯示，我國煤炭資源保有量約1.95萬億噸，假設10%用于煤氣化制氫，制氫潛力約為243.8億噸。而據中國氫能聯(lián)盟預測，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)模效應顯著。
在中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長劉峰看來，煤制氫占比高主要是因為煤炭是我國唯一的優(yōu)勢礦產，資源儲量大、開采能力強，大型煤氣化制氫技術成熟，從資源和生產技術方面對制氫均有較好保障。
據劉峰介紹，近年來，隨著現代煤化工技術和裝備的發(fā)展，我國煤炭大型高溫氣化技術和裝備不斷成熟，各種類型并擁有自主知識產權的大型煤氣化爐不斷示范應用。“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120多噸‘4個9到5個9’（濃度99.99%至99.999%）的高品質、高純度氫氣，按照現有氫能源汽車氫氣消耗指標估算，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。數據顯示，煤制氫成本低廉，每公斤氫氣的生產成本只有10-15元，為電解水制氫成本的20%-25%，是現有汽油車油耗成本的40%左右。
但從現有消費構成看，我國氫氣基本全部用于工業(yè)領域，合成氨用氫占37%、甲醇占19%、煉油10%、其他工業(yè)領域約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，煤制氫可以承擔兜底保供作用。
高碳排放問題引關注
盡管優(yōu)勢突出，煤制氫卻伴隨著一個不可回避的問題——高碳排放，煤炭制備1公斤氫氣，大約產生11公斤二氧化碳。采訪中，多位業(yè)內人士表示，在“30·60”雙碳目標下，煤制氫碳排放問題必須引起高度重視。
清華大學能源轉型與社會發(fā)展研究中心常務副主任何繼江對記者表示，目前，我國化工產業(yè)有大量的副產氫，但氫能產業(yè)面臨的問題不是缺氫，而是缺應用情景。“煤制氫在局部地區(qū)可以起到技術驗證的作用，但從碳減排的角度看，煤制氫負作用凸顯，在CCS尚不能規(guī)模化應用之前，大規(guī)模煤制氫來解決氫源與雙碳目標背道而馳。”
中國科學院院士李燦也稱，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、儲運、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，煤制氫低廉的價格，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。
發(fā)展初期可保障供應
面對“喜憂參半”的現實，煤制氫有無出路？
中國科學院院士包信和指出，“真正的綠氫，一定要通過可再生能源獲得。用風、光、核產生的電能，把水電解變成氫的過程只排放氫氣，不產生二氧化碳。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計院有限公司總工程師王洪建表示，煤炭在短期內不會退出歷史舞臺，剛剛起步的氫能產業(yè)應以經濟性為首，合理利用現有的豐富資源，并通過對煤制氫技術的利用劃定相應的時間范圍，引導氫能產業(yè)無碳綠色轉型。“從遠期來看，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，可再生能源制氫或轉變?yōu)楦呓洕缘闹茪渎窂健?rdquo;
劉峰認為，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、穩(wěn)定供應的時期，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合，作為原料生產工業(yè)產品，實現碳氫互補，也能夠更好地發(fā)揮二者的優(yōu)勢。”
李燦透露，部分地區(qū)正在嘗試推進可再生能源與煤化工結合，發(fā)展“零碳排放的煤化工”。“煤可以制油、制氣、制甲醇等。但在生產過程中，煤的碳原子利用率其實很低，其中只有1/3-1/2的煤碳原子轉化為產品，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’就是要實現化石資源優(yōu)化利用，為綠色生產提供一套新思路。通過可再生能源實現零碳排放制氫，與煤化工過程結合，把所有的煤碳原子都經濟地轉化為產品，而不是以二氧化碳排放。”
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