煤制氫：火熱背后存隱憂(yōu)

“氫能這把火被點(diǎn)起來(lái)了！”在中國工程院院士彭蘇萍看來(lái)，從某種意義上說(shuō)，這把火正是源自煤炭行業(yè)，“近10年，我國新建了一大批煤化工項目，隨著(zhù)產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題凸顯，行業(yè)也逐漸提出下游制氫的發(fā)展思路。氫能開(kāi)始與傳統能源高度融合，作為化石能源轉型過(guò)程中的一條產(chǎn)業(yè)鏈。”

憑借富集原料、低廉成本及成熟技術(shù)，煤炭行業(yè)制氫獨具優(yōu)勢，成為當前最有效的供氫主體之一。但同時(shí)，由于生產(chǎn)過(guò)程排放大量二氧化碳，煤制氫仍存在“致命”弱點(diǎn)，因此被視為不完全清潔的“灰氫”。相比可再生能源制備的“綠氫”，其經(jīng)濟性雖占優(yōu)勢，清潔化程度卻遠遜于前者。

如何破解？近日在中國煤炭加工利用協(xié)會(huì )主辦的“首屆中國煤制氫與氫能產(chǎn)業(yè)大會(huì )”上，記者有機會(huì )對此展開(kāi)采訪(fǎng)。

現階段氫源結構“以煤為主”

中國所用的氫氣，目前主要來(lái)自化石能源，氫源結構呈現“以煤為主”的特點(diǎn)。國家發(fā)改委能源研究所助理研究員符冠云表示，在全球范圍的氫源中，煤制氫比重平均占到18%左右，該數字在日本僅為6%，在我國大約62%。“根據現狀評估，煤制氫是最可靠、最廉價(jià)的氫氣供應方式。”

就制氫潛力而言，彭蘇萍介紹，按照中國煤炭資源保有量1.95萬(wàn)億噸計算，假設10%用于煤氣化制氫，氫能潛力約為243.8億噸。對比天然氣、電解水（按“三棄”電量來(lái)計）制氫潛力，后兩者分別估算為5.01億噸、179.82萬(wàn)噸左右。而目前，在潛能遠未完全發(fā)揮的情況下，中國已經(jīng)是世界第一大制氫國。據中國氫能聯(lián)盟統計，現有制氫產(chǎn)能約為2500萬(wàn)噸/年。

除了煤氣化直接制氫，若將煤焦化得到的工業(yè)副產(chǎn)氫也算在內，石油和化學(xué)工業(yè)規劃院能源化工處副總工程師韓紅梅表示，現有產(chǎn)能已能滿(mǎn)足氫源需求。“一個(gè)規模200萬(wàn)噸/年的焦化廠(chǎng)，用5%的外送焦爐氣加工成氫能，就可滿(mǎn)足100輛出租車(chē)、300輛公交大巴、100輛物流車(chē)的供應。”

從成本看，煤制氫同樣具備優(yōu)勢。根據煤種不同，規?；褐茪涑杀疽芽煽刂圃?.8元/立方米上下，有項目甚至低到0.4-0.5元/立方米。相比至少2元/立方米的天然氣制氫，及成本更高的電解水制氫，前者經(jīng)濟性突出。

以年產(chǎn)10億標方氫氣的項目為例，航天長(cháng)征化學(xué)工程股份有限公司市場(chǎng)開(kāi)發(fā)部部長(cháng)杜國強給記者算了一筆細賬：采用成熟的航天粉煤加壓氣化技術(shù)，基于煤價(jià)470元/噸、電價(jià)0.42元/度、新鮮水4元/噸的原材料價(jià)格，制氫成本僅為0.728元/立方米。

碳排放高尚未引起足夠重視

“氫風(fēng)”襲來(lái)，巨大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展前景吸引大型煤企紛紛加大對氫能板塊的投入。記者發(fā)現，相比前期專(zhuān)注于技術(shù)開(kāi)發(fā)，不少煤企的關(guān)注點(diǎn)也在不斷擴大。

兗礦集團水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心總工程師吳永國介紹，除了上游制氫，兗礦自主建設的首座加氫站于近期試運行，日加注能力可達500公斤。一個(gè)投資近4億元的新能源研發(fā)創(chuàng )新中心也已提上日程，未來(lái)將用于氫能技術(shù)中試放大及運營(yíng)示范。

潞安集團氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導組對外合作部部長(cháng)胡卓林透露，以制氫為基礎，集團計劃布局氫氣儲存設施、加氫站、建設氫燃料電池生產(chǎn)線(xiàn)等延伸業(yè)務(wù)，形成上下游一體化聯(lián)合。其中，4-5座加氫站預計年內開(kāi)工，電池生產(chǎn)線(xiàn)一期已完成可研和選址。

“氫能產(chǎn)業(yè)呼聲高、發(fā)展熱，同時(shí)也要看到一個(gè)突出問(wèn)題，煤炭作為高碳能源，煤制氫產(chǎn)生的溫室氣體排放量遠大于天然氣、可再生能源制氫，并未根本解決二氧化碳排放。但目前，提及和重視這一問(wèn)題的地區、企業(yè)并不多。”彭蘇萍作出提醒。

韓紅梅也指出，對比原料、成本優(yōu)勢，煤制氫在碳減排方面的表現恰恰相反。“按照制備1公斤氫氣排放的二氧化碳量，我們劃分了4個(gè)不同檔，最低排放量小于5公斤、最高在25公斤左右。煤制氫只能在第三檔，單位碳排放量約為22公斤。”

這一現象也引起符冠云的注意。他認為，如果說(shuō)當前，氫能更多作為工業(yè)原料進(jìn)行使用，未來(lái)氫將成為理想的二次能源，低碳清潔是其重要屬性。“在能源轉型的視角下，除了資源稟賦、經(jīng)濟成本、能源效率，也要考慮氫源的環(huán)境效益。在全生命周期實(shí)現二氧化碳減排，是不可回避的問(wèn)題。如何建立一個(gè)低碳、清潔的氫能供應體系，也是我們面臨的重要挑戰。”

清潔化發(fā)展需結合減碳技術(shù)

坐擁諸多優(yōu)勢，煤制氫如何揚長(cháng)避短？記者了解到，介于“灰氫”與“綠氫”之間，國際公認的另一類(lèi)型是“藍氫”，即運用二氧化碳捕集、封存（下稱(chēng)“CCS”）等技術(shù)，推動(dòng)化石能源制氫實(shí)現碳中和。換言之，采用科學(xué)、合理的減碳技術(shù)，煤制氫才能真正走向清潔化。

測算顯示，當前我國CCS技術(shù)成本約為350-400元/噸，到2030、2050年，成本有望控制在210元/噸、150元/噸。根據中國氫能聯(lián)盟研究，結合煤制氫路線(xiàn)單位氫氣生成二氧化碳的平均比例，加入CCS的制氫成本增至15.85元/公斤左右。

結合上述條件，彭蘇萍指出，“煤制氫+CCS路線(xiàn)”的成本，目前與天然氣制氫相當。但就2025-2030年的中期發(fā)展來(lái)看，煤制氫只有配合CCS技術(shù)，才可成為有效供氫主體。進(jìn)一步放眼2030-2050年，我國能源結構將從以化石能源為主，轉向以可再生能源為主的多元格局，低碳、低成本供氫體系隨之成型。屆時(shí)，可再生能源電解水制氫將成為主體氫源，“煤制氫+CCS”等其他路線(xiàn)，更多作為有效補充。

在此基礎上，符冠云認為，煤制氫近期發(fā)展仍可立足存量，滿(mǎn)足大規模工業(yè)用氫需求。中長(cháng)期來(lái)看，應按照“煤制氫+CCS路線(xiàn)”，并通過(guò)進(jìn)一步技術(shù)開(kāi)發(fā)，拓展二氧化碳利用渠道，降低成本、提升效率。

此外，中國工程院院士倪維斗還提出，以煤氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)思路。煤企不一定直接制氫，也可通過(guò)煤氣化生成甲醇，再將其作為氫源進(jìn)行輸送。“甲醇實(shí)際是很好的載氫體，可作為能源直接消費，也可進(jìn)一步生成氫氣。除了減少碳排放，甲醇運輸比直接送氫更便捷，能協(xié)助解決氫能儲運難題，作為氫能經(jīng)濟的基礎。”