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煤制氫如何撕下“高碳”標簽
字號:[    ] 發布時間:2020-07-16 09:58:00 來源:中國能源報
  究竟該不該大規模發展煤制氫?日前在“能源中國—中國未來五年”會議上,工信部原部長、中國工業經濟聯合會會長李毅中提出,二氧化碳減排重在煤炭清潔高效利用。采用煤制氫路線,每生產1公斤氫伴生11公斤二氧化碳。在當前技術條件下,應防止盲目發展煤制氫,避免引發生態破壞、氣候變暖新的風險。
 
  從氫源出發,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,利用可再生能源電解制氫的方式。“灰氫不可取,藍氫可以用,廢氫可回收,綠氫是方向。”李毅中稱。
 
  兼具原料富集、成本較低、技術成熟等特性,煤制氫的優勢被廣泛認可。不少煤炭企業更是將其作為轉型方向之一,紛紛加大投入。面對高碳排放的“弱點”,煤制氫能否揚長避短?
 
  當前成本最低的制氫方式
 
  由中國氫能聯盟發布的《中國氫能源及燃料電池產業白皮書(2019版)》(下稱《白皮書》)顯示,我國已是世界最大的制氫國,初步預測工業制氫產能為2500萬噸/年。其中,“煤制氫技術路線成熟高效,可大規模穩定制備,是當前成本最低的制氫方式”,以煤氣化制氫技術為例,按照600元/噸的煤價計算,制氫成本約為8.85元/公斤。
 
  “煤制氫最大優勢就在于成本。根據不同煤種折算,規模化制氫成本可控制在每立方米0.8元左右,有的項目甚至低至0.4-0.5元/立方米。相比天然氣、電解水等方式,煤制氫經濟性突出。”中國工程院院士彭蘇萍表示。
 
  從能效水平來看,煤制氫也有一定競爭力。石油和化學工業規劃院能源化工處副總工程師韓紅梅介紹,煤制氫的能源利用效率在50%-60%,而電解水的效率目前只有30%左右。
 
  此外,煤制氫具備規模潛力。“氫源基礎豐富,正是我國發展氫能的優勢之一。”彭蘇萍稱,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《白皮書》預測,到2050年,我國氫氣需求量接近6000萬噸。
 
  據中國氫能標準化技術委員會統計,在我國氫源結構中,煤炭占到62%,天然氣、電解水及烴、醇類各占19%、1%、18%。“從全球平均水平看,煤制氫占比約18%;在氫能強國日本,只有6%左右的氫能來自煤炭。”中國宏觀經濟研究院能源研究所助理研究員符冠云表示,目前,我國氫源結構仍以煤為主。
 
  高碳排放問題不可回避
 
  煤制氫優勢突出,但在李毅中看來,該方式伴生的二氧化碳排放問題卻“不能容忍”。特別是在碳減排的迫切需求下,煤炭制備1公斤氫氣約產生11公斤二氧化碳。只有將二氧化碳捕集、封存起來,“灰氫”變成“藍氫”才可使用。
 
  對此,中國科學院院士李燦也持“不提倡”的態度。他認為,氫能產業尚處發展初期,現階段需少量化石能源制氫作為帶動。但一窩蜂上馬煤制氫的行為既不理智,也不是正確方向。“發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。同時,從優化利用角度,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。”
 
  有無辦法解決上述矛盾?《白皮書》認為,二氧化碳捕集與封存技術(CCS)是有望實現化石能源大規模低碳利用的新技術。當前,我國CCS技術成本在350-400元/噸,到2030年、2050年,有望控制在210元/噸和150元/噸左右。結合煤制氫路線單位氫氣生成二氧化碳的平均比例,配合CCS技術,制氫成本增至15.85元/公斤左右。不過,由于技術尚處探索和示范階段,還需通過進一步開發推動成本及能耗下降。
 
  “站在技術層面,采用CCS沒有問題。尤其煤化工項目,通過成熟的低溫甲醇洗工藝,已可以收集98%以上的二氧化碳。關鍵是捕集之后二氧化碳沒地方去,目前暫無理想的封存條件。”中國科學院大連化物所節能與環境研究部部長王樹東認為,要拓展二氧化碳封存、利用渠道,并兼顧技術經濟性,未來還有較長的路要走。
 
  減碳是提升競爭力的關鍵
 
  “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,不建議使用煤炭等化石能源制氫。”中國科學院院士包信和進一步稱。
 
  但同時,包信和表示,煤制氫是目前制備氫氣的重要途徑,技術相對成熟、成本相對較低,現階段不可能不用。“全世界一年使用氫氣5000億立方米左右,96%來自化石能源,其中很大一部分來自于煤轉化。未來隨著清潔能源成本降低,電解水逐漸有了優勢,才具備與化石能源制氫的可比性。”
 
  既然如此,能不能用好煤制氫?符冠云認為,在能源轉型要求下,氫源選擇有四個主要依據,即適用性、經濟性、環境效益及能源效率——依據資源稟賦,供應與需求的數量、質量相互匹配;成本有效性是可否普及的最主要因素;實現全生命周期的污染物及二氧化碳減排;盡可能提高能源投入產出效率。
 
  “由此判斷,煤制氣是當前最可靠的氫能供應方式。近中期立足存量,可滿足大規模工業氫氣需求;中長期來看,重點是按照‘煤制氫+CCS’路線,通過技術研發進一步降成本、提效率。”符冠云稱。
 
  另據中國氫能聯盟預測,到2030年左右,煤制氫配合CCS技術、可再生能源電解水制氫將成為供應主體。到2050年左右,我國將從以化石能源為主轉向可再生能源為主體的多元結構。屆時,可再生能源制氫成為主力,“煤制氫+CCS技術”、生物制氫等技術將共同作為有效補充。
 
  “當下,在用氫需求沒有上來之前,煤炭企業應保持審慎態度,做好氫能供應和需求的研判對接,不宜大規模發展。”王樹東提醒,由于電解水制氫等方式不產生碳排放,不會因碳約束而增加成本。做好CCS等低碳技術儲備,降低減排成本及能效損失,對于提升煤制氫的競爭力更顯關鍵。
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