耦合綠氫是助力化工行業(yè)深度脫碳的有效路徑。
國家發(fā)改委等六部門日前發(fā)布的《推動現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展》提出，要推動現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展，在資源稟賦和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好的地區(qū)，推動現(xiàn)代煤化工與可再生能源、綠氫等耦合創(chuàng)新發(fā)展。
當(dāng)前，包括煤化工、煉油、合成氨、甲醇等在內(nèi)的化工行業(yè)，均是用氫大戶。但由于我國目前更多依賴化石能源制氫，即灰氫，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放量較大。因此，在業(yè)內(nèi)看來，耦合綠氫是助力化工行業(yè)深度脫碳的有效路徑。
公開信息顯示，目前，包括中國石化、中煤集團等在內(nèi)的大型能源企業(yè)均在布局相關(guān)示范項目，探索通過電解水制綠氫、綠氫耦合化工，助力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。
將灰氫升級為綠氫
中國電動汽車百人會氫能中心發(fā)布的《綠氫促進化工行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型》顯示，2020年，中國化工行業(yè)的碳排放量約為13.8億噸，占全國碳排放總量的13.4%，其中直接排放9.18億噸，電力排放4.6億噸，在工業(yè)領(lǐng)域的碳排放量僅次于冶金行業(yè)，減碳壓力巨大。但傳統(tǒng)的減碳措施不足以實現(xiàn)化工行業(yè)的凈零排放，在此背景下，可再生能源驅(qū)動的綠氫有望發(fā)揮重要作用。
數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國每年氫氣產(chǎn)量約3340萬噸，其中80%用于石油煉化、合成氨、合成甲醇、現(xiàn)代煤化工等化工領(lǐng)域，而這部分氫氣主要通過煤炭、天然氣等原料制取，制取每公斤氫氣的碳排放強度約為10—20公斤。
大連化物所研究員王集杰對《中國能源報》記者表示：“以煤制甲醇為例，目前我國甲醇的表觀消費量接近1億噸，煤制甲醇的產(chǎn)能有8000多萬噸。煤本身碳多氫少，如果生產(chǎn)甲醇，額外需要很多氫。現(xiàn)有煤化工工藝是先做煤氣化，再做水氣變換，用一氧化碳和水生產(chǎn)二氧化碳和氫氣，生產(chǎn)1噸甲醇大概要產(chǎn)生2.6噸左右的二氧化碳。”
“該路線有兩個明顯不足：一是二氧化碳排放強度偏大，二是煤炭的碳資源屬性沒有被利用好，因為它以二氧化碳的形式排放到大氣中，并沒有進入甲醇。這就是現(xiàn)有煤化工技術(shù)的弊端。”王集杰說，“但如果能跟綠氫耦合，煤炭只提供碳資源和少量的氫，更多的氫由綠電通過電解水制氫來提供。這樣不僅可以把煤炭資源省下來，而且還可以減少二氧化碳排放。這是符合碳中和要求的煤化工發(fā)展的必經(jīng)之路。”
關(guān)鍵在于降低綠氫成本
據(jù)了解，當(dāng)前多家大型能源企業(yè)均有綠氫耦合化工的相關(guān)項目布局。比如，中石化在新疆庫車的綠氫示范項目，用光伏發(fā)電，電解水制取綠氫后，用于替代塔河煉化公司的天然氣制氫;中煤集團位于鄂爾多斯的10萬噸/年二氧化碳加綠氫制甲醇技術(shù)示范項目，規(guī)劃225兆瓦風(fēng)電、400兆瓦光伏發(fā)電制綠氫，用于下游合成甲醇。
不過，多位受訪者表示，目前綠氫的制取成本相對較高，并不具備經(jīng)濟性。
清華大學(xué)化工系副研究員唐城在接受《中國能源報》記者采訪時指出：“綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢是與高耗能高排放工業(yè)相結(jié)合，目前新疆、寧夏、內(nèi)蒙古等地已有多個綠氫耦合煤化工、合成氨、煉化、氫冶金的技術(shù)示范項目開工。但目前電解水制氫成本仍然偏高，是化石能源制氫的3—5倍，且現(xiàn)有電解槽裝備對波動性光伏和風(fēng)電的適應(yīng)性較差，主要還是以市電為主，并不是真正意義上的綠氫。”
王集杰表示：“整體上看，在綠氫的成本構(gòu)成中，電費占70%，設(shè)備投入、其他運行成本占30%。在西部風(fēng)光資源較好的內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、青海、新疆一帶，光伏發(fā)電每度已經(jīng)低于2毛錢，風(fēng)電略高一點。如果按1方氫耗5度電來算，制1方氫氣的整體成本為1.4元左右，而煤制氫的成本大概是每方0.6—0.8元。另外，由于可再生能源發(fā)電存在間歇性，尚無法保證生產(chǎn)的連續(xù)性。因此，現(xiàn)在一些項目會使用部分市電讓電解槽盡量連續(xù)運行，這樣一來，成本就更高了，而且這也會導(dǎo)致生產(chǎn)出來的氫并不是真正意義上的綠氫。”
仍需技術(shù)和政策雙重發(fā)力
在受訪的專家看來，在碳達峰碳中和目標(biāo)背景下，綠氫耦合化工發(fā)展是必然趨勢，但若要大規(guī)模推廣，仍需在技術(shù)上多發(fā)力。
“電解槽的技術(shù)亟需面向產(chǎn)業(yè)痛點創(chuàng)新升級，如催化材料、極板、隔膜、密封、系統(tǒng)等，這從根本上決定了電解水制氫的安全性、綠色性和經(jīng)濟性。”唐城指出。
王集杰表示：“目前主流的堿液電解水制氫和PEM電解水制氫均存在不足。PEM電耗低、響應(yīng)快，但成本高、規(guī)模小，堿液成本低、規(guī)模大，但能耗高、響應(yīng)慢。若要推動綠氫整體成本下降，一是要不斷降低綠電成本;二是要降低每方氫的能耗，提高效率;三是要提高電解槽的單槽規(guī)模。”
與此同時，綠氫耦合化工大規(guī)模發(fā)展也離不開政策支持。
“從政策上講，需要明確氫能定位、加強頂層設(shè)計，綠氫兼具能源和化學(xué)屬性，是支撐電力系統(tǒng)低碳化和用能終端電氣化的核心技術(shù)。在產(chǎn)業(yè)布局上，要避免單一化、同質(zhì)化，既要打通氫能‘制-儲-運-用’全產(chǎn)業(yè)鏈，也要推進‘電-氫-化-熱’深度融合，提高綠氫的綜合利用效率、技術(shù)經(jīng)濟性和減排降碳貢獻。”唐城指出。
王集杰還建議：“目前我國的碳稅制度尚不健全，應(yīng)有序推行覆蓋全領(lǐng)域的碳稅或碳交易。否則，綠氫做起來就沒有動力，單靠經(jīng)濟性，目前肯定沒法跟傳統(tǒng)能源比。”
