冉澤：氫氣的氣候影響及氫能可持續發(fā)展

編者按：“雙碳”背景下，隨著(zhù)科技水平不斷進(jìn)步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，

環(huán)?；饡?huì )北京代表處的技術(shù)創(chuàng )新主任冉澤做了主題為《氫氣的氣候影響及氫能可持續發(fā)展》的報告。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

冉澤：感謝段總、感謝各位專(zhuān)家、各位領(lǐng)導。

之前談氫都是從發(fā)展的角度來(lái)談，我們作為一個(gè)環(huán)保機構，今天也是從氫氣的氣候影響給大家分享一些最新的研究。

首先，大的背景?，F在已經(jīng)處于大發(fā)展的前期，但事實(shí)上對于氫氣的一些氣候風(fēng)險和效益缺乏全面認識，EDF從氫能產(chǎn)業(yè)的影響中對氣候影響我們做了一些研究。

先來(lái)看一些大的背景，為什么說(shuō)氫能有氣候影響，決定氣候影響的因素有幾個(gè)?過(guò)去我們談的都是生產(chǎn)端，綠氫、藍氫，各種的，只要是綠氫，只要是氫就要百分之百的減排，其實(shí)它不是。它如果是有排放，事實(shí)上就會(huì )影響到它的氣候效益，當然利用也是。

所以，我們先來(lái)看一下生產(chǎn)。國際上的一些說(shuō)法和國內通常說(shuō)的好像有點(diǎn)區別，天然氣是灰氫，煤炭是棕氫，化石燃料，不管你是灰氫還是棕氫，化石燃料不管你是棕氫還是灰氫，加上CCS就是藍氫。綠氫就是可再生加水，這是國際上的一個(gè)分類(lèi)。

藍氫這方面還是要考慮到，你雖然加CCS了，但是CCS的有效性如何，你做不到90%的碳普及，事實(shí)上你很難把握它的氣候效益。另外，你的甲烷排放也要考慮。

目前，全球基本上主要來(lái)自于高碳源，這個(gè)很容易理解。即使是藍氫也基本可以忽略不計，加CCS的還是很少。

其實(shí)不管是哪一種制氫方式，它都要有它的注意事項。比如可再生，我們建議是使用額外新增裝機去制氫，不能去搶了本來(lái)就應該發(fā)電的那一部分，我們還是建議，可再生首先要用來(lái)發(fā)電，新增的去做，而不應該和可再生的電力，電力很不寶貴，不應該和它去競爭。另外生物燃料，雖然也有一些生物燃料來(lái)制氫，但事實(shí)上如果我們大力發(fā)展生物燃料的話(huà)，也會(huì )改變一些用途。比如說(shuō)，把原來(lái)是一些森林，我們砍伐了，我們去種一些生物，然后再去做一些原料，這個(gè)也是有它的負面效應的。我們建議，如果是生物燃料，只使用無(wú)用和不可回收的。另外，化石燃料CCS這部分確保最高的補給效率，剛才提到90%，還有最低的甲烷排放。另外還有一個(gè)，封存之后的二氧化碳泄露度要降到最低，這是一個(gè)建議。

我們來(lái)看一下氫氣是如何管理的，這里就要介紹一下氫為什么說(shuō)是我們要去注意它的氣候影響，是因為氫是一個(gè)間接的溫度氣體，它有一個(gè)氫增效應的原理是什么呢?氫氣會(huì )和大氣中的氫氧基、羥基去反應生成H和水，羥基它其實(shí)也是可以和甲烷去反應，甲烷跑到大氣中，甲烷就是二氧化碳，跑到大氣中十幾年基本上就被OH反應完了，和羥基反應完了。但是如果氫氣泄露，就等于把甲烷爭奪了一部分，延長(cháng)了它的壽命。

另外，還通過(guò)一系列復雜的反應增強了對流層臭氧的濃度以及平流層水蒸氣的濃度，這三者就形成凈增溫的氣候影響。所以氣候影響我們之前只是說(shuō)這個(gè)氫氣百分之百，只要是綠氫就是百分之百清潔，事實(shí)上還不是這么回事。所以簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們可以理解為氫就是一個(gè)小號的甲烷，為什么這么說(shuō)呢?我們看氫的氫增效應和二氧化碳比是多少倍?是20楨尺度，是二氧化碳的34倍—40倍，甲烷是80多倍。板楨尺度二氧化碳是8倍—13倍，甲烷是28倍多一點(diǎn)，將近30倍。正好是甲烷的溫室效應除以二，再稍微降一點(diǎn)就是氫，所以氫可以列為是小號甲烷。

當然提這個(gè)，可能很多專(zhuān)家就覺(jué)得這又是給氫的產(chǎn)業(yè)上緊箍咒，其實(shí)倒也不是如此。只是說(shuō)你這個(gè)氫發(fā)電也好，燃燒也好都可以，但是你不要泄露，不要有一些工藝排放，要減少排放。這個(gè)很類(lèi)似于甲烷在17年之前，以氣代煤，當時(shí)的空氣質(zhì)量很差，各種文件都在出以氣代煤，但是當時(shí)很少有提甲烷減排的事，后來(lái)甲烷減排，咱們今年10月份甲烷控制行動(dòng)方案，國家方案都出了，所以感覺(jué)今年氫氣產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的前夜反而是我們現在這個(gè)行業(yè)最開(kāi)始要重視的這個(gè)問(wèn)題，如果這個(gè)產(chǎn)業(yè)都發(fā)展起來(lái)了，你再去控牌，其實(shí)你很多前期投資沒(méi)有做好的話(huà)，它會(huì )增加你后面的投資。所以我們提前把這個(gè)問(wèn)題重視起來(lái)，把它做好其實(shí)是一個(gè)好事。

由于氫氣的排放會(huì )有一個(gè)增溫的效應，我們要分析一下，它的增溫效應到底有多大?根據EDF的研究，如果氫氣排放率10%，包括人為的或者是無(wú)意的各種排放，如果排放率10%，如果化石能源制氫甲烷排放率3%，假設為最差的情景，你去替代藍氫，這個(gè)藍氫還包括CCS之后的藍氫，你替代了藍氫，在排放綠最差的情況下，在前十年不但不會(huì )降溫，反而會(huì )有增溫的效應。在前20年也是如此，就是下面這條線(xiàn)，在線(xiàn)的上面反而會(huì )有增溫的效應，在下面才是真正的降溫效應。

當然，既使是排放率最差，因為它是屬于短壽命的，氫氣到大氣中之后在一到三年之后，一兩年基本上就反應完了，它主要現在在前期。如果尺度放大，50年左右，不管泄露度多大或者是排放率多大，都會(huì )有氣候效益，但是短期之內它會(huì )有增溫效應。

對于綠氫來(lái)說(shuō)，不管泄露率多高，它都會(huì )有正的氣候效益，但是它會(huì )打折。我們現在往往說(shuō)的百分之百，它就是減排，如果泄露率到10%的話(huà)，它只有60%的減排，等于是一個(gè)很大的打折。所以說(shuō)，我們現在很多它的敘事邏輯其實(shí)是不嚴謹的。

由于氫氣排放有間接溫室效應，所以我們就要去對它進(jìn)行控制，但是現在的難點(diǎn)是什么呢?它排放的是未知的。我們沒(méi)有手段去監測氫氣的排放到底是什么多少，現在往往有一些變色膠帶，一泄露就變色，或者是在一個(gè)室內的頂部監測濃度，濃度過(guò)了一定的預值之后它就報警。但是它沒(méi)有辦法去測，尤其是在室外的條件下，沒(méi)辦法去測它到底泄露了多少。

這個(gè)難點(diǎn)是什么呢?如果你要很快就要把它給測出來(lái)，往往精度會(huì )變差，PDM級。如果你要是想把它測的很細，到PBB級別，你往往需要耗的時(shí)間很長(cháng)。所以這是一個(gè)挑戰。

今年年初，美國的一家公司，它的監測設備有一個(gè)新的進(jìn)展。這個(gè)國內還沒(méi)有人進(jìn)行研究，包括我們跟清華大學(xué)聊這件事，如果國內有有識之士，其實(shí)應該加緊這方面的研究。露天環(huán)境下，有其他溫室氣體的一些排放，同時(shí)有氫的排放，它能夠把氫排放給你監測出來(lái)，而且是做到幾十個(gè)PBB單位，這個(gè)是秒級幾十個(gè)PBB單位，這是全球第一個(gè)。美國的能源部也是支持這個(gè)項目。

原來(lái)的計劃是今年要出兩個(gè)商業(yè)化的設備，但是目前出沒(méi)出，后續的報告我沒(méi)看到，這也是公開(kāi)的消息，大家去搜索這個(gè)公司氫排放這個(gè)事，就會(huì )看到氫能。包括這個(gè)進(jìn)展也是在IEA的氫能的展望里面也提到了進(jìn)展。歐洲有企業(yè)已經(jīng)同步跟進(jìn)了，國內目前據我了解，氫氣泄露相關(guān)的都是PPM級別的，而且往往是和濃度相關(guān)的。真正去測監測量的，目前還沒(méi)有，可以說(shuō)可能這個(gè)意識目前還很少，所以這個(gè)設備更是如此。再多說(shuō)一句，甲烷監測相關(guān)的這些設備也主要是發(fā)達國家的設備，雖然現在我們的行動(dòng)方案有了，我們?yōu)槭裁礇](méi)有提量化目標，是因為底數還不清楚，底數不清楚是因為我們的監測還沒(méi)有，在做的過(guò)程之中。而監測設備一了解最先進(jìn)的是美國的，ABB，總部在加拿大，都是這些企業(yè)。所以這些監測設備和減排其實(shí)是很相關(guān)的。

我們去監測哪些設施呢?從生產(chǎn)、上游到下游全都需要去監測，無(wú)論是甲烷、蒸汽重整制氫，還是電解水制氫，其實(shí)都會(huì )有氫氣排放。而且氫的排放還不小，為什么?即使是綠氫制取，如果它的濃度不夠的時(shí)候，就可以先把它放掉，濃度到了一定程度之后，才能把它用起來(lái)。

另外，檢修的時(shí)候也是如此。起停的時(shí)候它會(huì )有氫氣排放，當然這個(gè)泄露率有多少，它取決于你的起停次數。如果一年起停兩三次，那這個(gè)確實(shí)可以忽略不計。事實(shí)上，現在很多時(shí)候它是起停的次數比較多，這個(gè)時(shí)候就是一個(gè)大的問(wèn)題。所以綠氫不是說(shuō)完全沒(méi)有問(wèn)題，你還得在起停的環(huán)節要減少。

另外，就是儲運環(huán)節，尤其涉及到壓縮，所以排放還是比較高。尤其是液氫的裝卸過(guò)程，這個(gè)排放如果做不好的話(huà)，可能排放率會(huì )達到20%，這是很恐怖的一個(gè)數字。

應用環(huán)節，就是各種石化企業(yè)和加氫站相關(guān)的。

我們提到氫氣排放，現狀如何呢?雖然缺乏一些監測設備，但是有一些文獻也已經(jīng)有一些成果，這是所有環(huán)節梳理，所有的環(huán)節都有一個(gè)氫氣排放率的這么一個(gè)數值統計。從生產(chǎn)到最終的利用，全都是有一個(gè)排放率。低都能做到1%以下，最高就是剛才提到的，液氫裝卸的環(huán)節，如果做的不好會(huì )到20%，所以它的范圍是一個(gè)很寬的范圍。這也提示我們，如果做這個(gè)事確實(shí)需要在監測領(lǐng)域要下很大的工夫。

這次COP28也基本算開(kāi)完，有學(xué)者帶回來(lái)他個(gè)人的感受，國際上有一些國家，他一提減排就是談監測，從太空中，衛星中各種各樣的監測，這是美國等國家特別重視的一點(diǎn)。國內就是我們要執行，可再生能源去減排，去替代，但是監測這方面強調的少。所以不同的國家切入點(diǎn)確實(shí)有很大的一個(gè)不同，所以跟國際交流的時(shí)候，有的時(shí)候確實(shí)覺(jué)得不同國家它的內容屬于不同的方向。所以在監測的范圍，我們確實(shí)還有許多工作需要去做的。監測如果這些數值不能夠有實(shí)測支撐，確實(shí)很難去說(shuō)明減排了多少。

利用方面，大家也都知道，其實(shí)氫它的能源轉化效率很低。我們也做了一個(gè)統計，同樣的能源，如果是走氫的路線(xiàn)和走電的路線(xiàn)，其實(shí)氫的耗能，乘用車(chē)的平均耗能是三倍，重卡四倍，公交車(chē)四倍，如果用于加停功能是七倍，其實(shí)你不如直接用電。也正是基于如此，所以我們認為氫能利用要再聚焦在難減排的領(lǐng)域。重工業(yè)、鋼鐵、水泥、塑料等，交通就是航空、航運、長(cháng)途、重卡，這方面可能是氫的利用場(chǎng)景。

摻氫也是大家很關(guān)注的，但實(shí)際上摻氫做到20%，它的減排只能是到6%—7%。你摻了半天氫，其實(shí)你減排效果不是那么高，不是說(shuō)你摻20%你就能減20%，這個(gè)也是需要去考慮的。

另外，剛才提到了供暖方向，其實(shí)燃氣鍋爐耗能更高，成本大家也知道，如果是摻氫很高的話(huà)，基礎設施要進(jìn)行更換。

健康，氫還有一個(gè)健康影響。氫燃燒之后它有氮氧化物排放的，它可不是說(shuō)除了水沒(méi)有別的，它有氮氧化物排放，這也是一個(gè)問(wèn)題。

氣候影響總結就是在生產(chǎn)環(huán)節，剛才提到了，我就不再重復了，大家也能看到。為了確保氫的可持續性，在生產(chǎn)環(huán)節我們要確保使用氫的最大效率，管理環(huán)節就是排放，采用集中而非分散，意思就是說(shuō)避免長(cháng)途運輸，越是長(cháng)途運輸，轉換環(huán)節越多，它的排放風(fēng)險越高。

這也不是新事了，為什么呢?在12月9日，前幾天在COP28上已經(jīng)發(fā)了這么一個(gè)倡議，叫“氫能安全氣候有益與可持續發(fā)展國際合作倡議”。我把關(guān)鍵的信息讀一下，這個(gè)發(fā)起單位是什么呢?是生態(tài)環(huán)境部對外合作與交流中心EDF北京代表處，清華大學(xué)車(chē)輛與運載學(xué)院中電聯(lián)氫能分布，這個(gè)實(shí)際上就是氫能聯(lián)盟，它的牌子比較多，還有申能、隆基氫能，隆基現在是太陽(yáng)能和氫氣兩只手都在抓，億華通，我們知道氫能電池上市第一股，還有上海氫風(fēng)，現在做的很大。包括海德氫能，這也是清華背景的一個(gè)企業(yè)。還有國氫，這也屬于氫能聯(lián)盟系統的，中歐也是氫能聯(lián)盟系統的。所以這是12家企業(yè)已經(jīng)發(fā)起的氫能安全氣候有益與可持續發(fā)展倡議，這個(gè)倡議的內容是什么呢?

第一點(diǎn)，共享氫能產(chǎn)業(yè)鏈條重大安全和氣候風(fēng)險管控經(jīng)驗;第二點(diǎn)，推動(dòng)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)等等，鼓勵氫氣排放監測以及氫能相關(guān)設備等先進(jìn)技術(shù)研發(fā)，共謀氫能領(lǐng)域國際標準化體系建設。這個(gè)我要提一下，現在清潔氫能的標準國際上不一樣，美國的清潔氫能標準是2000克二氧化碳每千克氫，歐洲是三點(diǎn)幾，歐洲叫可再生氫，國內是氫能聯(lián)盟，它有類(lèi)似于一個(gè)團標，它是4.9，所以從氫能標準來(lái)看，一個(gè)是國際上比我們要嚴格，另外指標的選取，國際上也要去對標。歐盟的碳邊界調節機制有氫，這個(gè)其實(shí)引人深思，現狀來(lái)看，歐盟氫的進(jìn)口和出口基本上可以忽略不計，但是歐盟在設計碳邊境調節機制的時(shí)候，俗稱(chēng)碳關(guān)稅機制的時(shí)候，竟然把氫給放進(jìn)去了，其實(shí)他有天然氣，未來(lái)我們不進(jìn)入天然氣，我們進(jìn)入氫，進(jìn)入氫的時(shí)候我們要考慮到排放問(wèn)題。這是19年就把這個(gè)事提出來(lái)了，而我們現在23年了，國內其實(shí)好多人還不太重視這個(gè)事，中國最大的優(yōu)勢就是可再生，裝機很高，現在屬于一個(gè)過(guò)剩的階段。我們就不去發(fā)電了，我們直接去制氫，氫還可以制綠色甲醇，這個(gè)想象的空間非常大?？紤]到當時(shí)我們發(fā)展可再生產(chǎn)業(yè)，光伏產(chǎn)業(yè)，先是出口歐洲，出口一些經(jīng)濟成分比較高的地區，不妨我們生產(chǎn)的高標準的綠氫也好或者是清潔氫也好，我們也是出口歐洲。但是這就需要我們國內這些企業(yè)有前瞻性，美國是有這個(gè)前瞻性的，美國的氫能戰略就直接提到，未來(lái)的氫是要考慮到出口的，所以這是一個(gè)我們確實(shí)在自己做的同時(shí)，要有一個(gè)國際視野，看一下最新的動(dòng)向是什么。

第三，在氫能貿易基礎設施建設，關(guān)鍵氫能裝備研發(fā)等領(lǐng)域的國際合作，將氫氣排放及其影響納入評估考慮，促進(jìn)其效益最大化。剛才提到的氫氣清后影響這個(gè)事，其實(shí)從政府部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始做起來(lái)了，而且我們看國內的標準，今年國家能源局發(fā)布的相關(guān)能源標準制定，低碳氫，類(lèi)似于清潔氫的標準，今年就該開(kāi)始制定。

幾年之后，甚至可以去暢想，可能氫氣排放控制行動(dòng)方案也會(huì )要出來(lái)，這個(gè)產(chǎn)業(yè)小的時(shí)候沒(méi)人管，產(chǎn)業(yè)大了之后各方面要考慮的就會(huì )多起來(lái)。

謝謝大家!