隨著對(duì)氫能需求的增加及其成本的下降，其生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施也需要跟上。圖片來(lái)源：Yu Fangping / Alamy
氫能作為火炬燃料、運(yùn)營(yíng)近千輛氫燃料電池車輛作為運(yùn)輸主力、配建30余座加氫站……氫能在北京2022年冬奧會(huì)的廣泛應(yīng)用，為中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了新的動(dòng)力。冬奧會(huì)閉幕不久后的3月，中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期規(guī)劃出臺(tái)，提出了三個(gè)五年跨度的氫能發(fā)展計(jì)劃。規(guī)劃尤其強(qiáng)調(diào)工業(yè)副產(chǎn)氫短期內(nèi)的積極作用，鼓勵(lì)在焦化、氯堿、丙烷脫氫等行業(yè)聚集區(qū)優(yōu)先使用工業(yè)副產(chǎn)氫，并提出了“到2025年，初步建立以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應(yīng)體系”的目標(biāo)。工業(yè)副產(chǎn)制氫是指將富含氫氣的工業(yè)尾氣（如氯堿尾氣、焦?fàn)t煤氣等）作為原料，通過(guò)變壓吸附等技術(shù)將其中的氫氣分離提純的制氫方式。隨著頂層設(shè)計(jì)出臺(tái)，目前已有 30多個(gè)省市發(fā)布涉及氫能的規(guī)劃和政策，其中，山東、山西、內(nèi)蒙古等地都提出了要發(fā)揮本地的“工業(yè)副產(chǎn)氫資源優(yōu)勢(shì)”。
工業(yè)副產(chǎn)氫不僅成本低廉，而且能夠促進(jìn)周邊氫能產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。但是專家認(rèn)為，在“雙碳”背景下，工業(yè)副產(chǎn)氫項(xiàng)目只能是短期的過(guò)渡方案，要避免對(duì)此領(lǐng)域的過(guò)度投資，盡快轉(zhuǎn)向可再生能源制氫。
雖然氫能是清潔的可再生能源，釋放能量時(shí)只會(huì)產(chǎn)生水，沒(méi)有碳排放，但是制氫的過(guò)程并不是純“零碳”。根據(jù)其生產(chǎn)來(lái)源和生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放情況，氫氣被分為通過(guò)化石燃料燃燒產(chǎn)生的灰氫、在灰氫的基礎(chǔ)上使用碳捕集和封存（CCS）技術(shù)的藍(lán)氫和可再生能源通過(guò)電解水等手段所制的綠氫。
中國(guó)是世界上大的氫能生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量達(dá)3300萬(wàn)噸，占全球需求的三分之一以上。從能源結(jié)構(gòu)看，全球氫氣有60%來(lái)源于天然氣、19%來(lái)源于煤炭，21%來(lái)自于工業(yè)副產(chǎn)氣，電解水等低碳方式制氫所占比例微乎其微。中國(guó)氫源結(jié)構(gòu)目前仍以煤為主，來(lái)自煤制氫的氫氣占比約62%、天然氣制氫占19%，工業(yè)副產(chǎn)占18%，電解水制氫僅占1%。無(wú)論是全球還是中國(guó)的氫源結(jié)構(gòu)都不夠“綠”，主要是受技術(shù)和成本的限制。根據(jù)能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)（ETC）的報(bào)告，全球生產(chǎn)灰氫的成本目前在0.7至2.2美元/公斤之間，具體數(shù)值取決于不同國(guó)家的天然氣或煤炭?jī)r(jià)格。在此基礎(chǔ)上安裝CCS裝置，變成藍(lán)氫，成本將會(huì)必然超過(guò)灰氫，而最清潔環(huán)保的綠氫成本約為3-5美元/公斤。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，想要發(fā)揮氫能對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的支撐作用，最清潔的綠氫無(wú)疑是的，但是中短期內(nèi)，工業(yè)副產(chǎn)氫被認(rèn)為是中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要過(guò)渡方案。作為工業(yè)大國(guó)，中國(guó)具有得天獨(dú)厚的原料優(yōu)勢(shì)。根據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)佰皮書》（簡(jiǎn)稱“《佰皮書》”）公布的數(shù)據(jù)，目前中國(guó)工業(yè)副產(chǎn)氫的提純成本在0.3-0.6元/公斤，考慮副產(chǎn)氣體成本后的綜合制氫成本約在10-16元/公斤。工業(yè)副產(chǎn)氫仍屬于灰氫，但相較于化石燃料制氫，它既能提高資源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益，又能在一定程度上降低大氣污染，改善環(huán)境。《佰皮書》指出，中國(guó)的焦?fàn)t煤氣、氯堿化工、合成氨及合成甲醇、丙烷脫氫等工業(yè)每年能夠提供百萬(wàn)噸級(jí)的氫氣供應(yīng)，在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期提供了低成本、分布式氫源。
自國(guó)家規(guī)劃出臺(tái)以來(lái)，各省市不斷加快推進(jìn)氫能項(xiàng)目的實(shí)施。有媒體統(tǒng)計(jì)，2022年上半年共有18個(gè)制氫項(xiàng)目落地，其中副產(chǎn)氫項(xiàng)目9個(gè)，可再生能源制氫項(xiàng)目9個(gè)，在數(shù)量上基本持平。從目前已經(jīng)開(kāi)展的工業(yè)副產(chǎn)氫項(xiàng)目中，不難發(fā)現(xiàn)，利用工業(yè)副產(chǎn)氣制氫只是其氫能發(fā)展的步而已。工廠生產(chǎn)出來(lái)的便宜氫氣為其周邊的區(qū)域以及所在的城市提供了建設(shè)氫能基礎(chǔ)設(shè)施的契機(jī)。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫站、氫燃料電池應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)。國(guó)際能源署（IEA）研究指出，想要發(fā)展氫能，需要有效且具有成本效益的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的支持，將供應(yīng)端和需求端連接起來(lái)，建立一個(gè)高流動(dòng)性的市場(chǎng)。中國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)展的副產(chǎn)氫項(xiàng)目多采用“前站后廠，就近供給”的模式：在工廠的附近建設(shè)加氫站，為周邊的氫燃料汽車、公交車以及工廠生產(chǎn)運(yùn)輸需要使用的重型卡車提供氫氣。
以山東省為例，據(jù)初步測(cè)算，山東省年產(chǎn)氫氣260萬(wàn)噸左右，居全國(guó)一號(hào)，大部分為工業(yè)副產(chǎn)氫。2021年省內(nèi)加氫母站在泰山鋼鐵集團(tuán)建成投產(chǎn)，該加氫站能夠輻射周邊150公里范圍的近百輛氫能汽車的需求，其氫氣來(lái)源就是鋼鐵廠的工業(yè)副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣。隨著加氫站的建成，山東重工集團(tuán)的10輛49噸氫燃料電池牽引車也投入了運(yùn)營(yíng)。內(nèi)蒙古烏海市也采取了類似的措施。由烏海化工的氯堿工廠產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)氫通過(guò)管道輸送至工廠前方的加氫母站，再通過(guò)長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸至子站，為全市50輛氫燃料電池公交車提供氫氣。同時(shí)，烏海及周邊地區(qū)總計(jì)8萬(wàn)輛礦山用車和柴油貨車如果更新?lián)Q代為氫燃料電池車，將提供更為廣闊的應(yīng)用空間。
上海的氫燃料客車。圖片來(lái)源：Alamy
加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，也是中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。和氫氣生產(chǎn)所面臨的問(wèn)題一樣，成本是阻礙加氫站建設(shè)的重要因素。《佰皮書》數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)建設(shè)一座日加氫能力500公斤的加氫站需要約1,200 萬(wàn)元，相當(dāng)于傳統(tǒng)加油站的3倍左右。除了建設(shè)成本外，加氫站的運(yùn)行還面臨著設(shè)備維護(hù)、運(yùn)營(yíng)、人工等費(fèi)用，從而成了氫能產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”環(huán)節(jié)。想要把產(chǎn)業(yè)鏈打通，加氫站和氫燃料電池車的供需匹配十分重要。若氫燃料電池車數(shù)量少，加氫站運(yùn)營(yíng)就沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性和規(guī)模效應(yīng)。IEA在上述報(bào)告中指出，使用副產(chǎn)氫有助于在工業(yè)中心獲得低成本氫氣并部署服務(wù)于工業(yè)的燃料電池卡車和公共汽車車隊(duì)，以限度地提高加氫站的利用率。這個(gè)模式解決了氫能部署主要面臨的成本的問(wèn)題。工業(yè)副產(chǎn)氫項(xiàng)目不僅制氫成本低廉，而且由于接近應(yīng)用端，儲(chǔ)運(yùn)成本也非常低。《佰皮書》指出，在同一區(qū)域內(nèi)的氫能價(jià)值鏈有機(jī)會(huì)發(fā)揮彼此之間的協(xié)同作用，例如在工業(yè)集群和運(yùn)輸走廊上的卡車車隊(duì)可以依托更大規(guī)模優(yōu)勢(shì)降低總體成本。山西的“柴改氫”項(xiàng)目就是這樣的一個(gè)例子。山西焦煤集團(tuán)利用自有的煤炭焦化產(chǎn)能，提供低成本氫源，使用氫能重卡運(yùn)煤，其產(chǎn)能全年可滿足2200臺(tái)重卡滿負(fù)荷使用。參與該項(xiàng)目的國(guó)家電投國(guó)氫科技總經(jīng)理張銀廣在采訪中表示，煤炭基地外運(yùn)量大且穩(wěn)定，一個(gè)區(qū)域擁有成千甚至上萬(wàn)輛氫能重卡，為運(yùn)營(yíng)階段規(guī)模化降低成本提供了可能。只要?dú)錃獬杀灸軌蚩刂圃?5元/公斤以下，氫能重卡較柴油車就有足夠競(jìng)爭(zhēng)力。
工業(yè)副產(chǎn)氫在現(xiàn)階段氫能供應(yīng)方面有很大的潛力，但是并不能夠滿足持續(xù)增長(zhǎng)的需求，其項(xiàng)目模式在一定程度上促進(jìn)了上下游協(xié)同發(fā)展，不過(guò)氫能產(chǎn)業(yè)鏈仍存在“儲(chǔ)運(yùn)難”等諸多掣肘，過(guò)度發(fā)展工業(yè)副產(chǎn)氫有著鎖定高碳基礎(chǔ)設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)。在“雙碳”目標(biāo)的背景下，鋼鐵、化工等工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)能必然下降，其副產(chǎn)氣也會(huì)大幅減少，未來(lái)用工業(yè)副產(chǎn)氣制氫必將遭遇產(chǎn)能瓶頸。河北省就遇到了這個(gè)問(wèn)題，隨著碳達(dá)峰、碳中和工作推進(jìn)，河北焦炭企業(yè)數(shù)量將在“十四五”期間減少到40家左右，未來(lái)實(shí)際可提純利用的工業(yè)副產(chǎn)氫資源總量也將從94萬(wàn)噸/年降低為約45萬(wàn)噸/年。此外，目前現(xiàn)有的大部分加氫站采用外供氫源，需要依靠高壓氣態(tài)的運(yùn)輸方式，如果超過(guò)200公里，運(yùn)輸成本就會(huì)大幅增加。“就近消納”是工業(yè)副產(chǎn)氫模式得以成功運(yùn)行的關(guān)鍵，但并不是所有工業(yè)園區(qū)都能夠像山西焦煤集團(tuán)一樣“自產(chǎn)自銷”。儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)成本高的問(wèn)題受技術(shù)限制短期內(nèi)仍難以解決。參觀者在第四屆中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)展區(qū)了解高壓氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)。圖片來(lái)源: Alamy獨(dú)立能源分析師朱利安·阿爾米約（Julien Armijo） 認(rèn)為，依托于煤化工業(yè)的工業(yè)副產(chǎn)氫在短期內(nèi)可能是個(gè)機(jī)會(huì)，但是過(guò)分依賴工業(yè)副產(chǎn)氫是“危險(xiǎn)”的，投資錯(cuò)誤的基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)導(dǎo)致“碳鎖定”效應(yīng)。如果企業(yè)將用工業(yè)副產(chǎn)氣制氫視為減碳的手段，反而延長(zhǎng)了本該加速淘汰的高碳排放基礎(chǔ)設(shè)施的壽命。他指出，同樣問(wèn)題也出現(xiàn)在其他地區(qū)，尤其是歐洲。石油和天然氣行業(yè)經(jīng)常聲稱藍(lán)氫能夠迅速擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，因此應(yīng)該作為大規(guī)模生產(chǎn)綠氫前的臨時(shí)解決方案。然而智庫(kù)E3G 的報(bào)告表明，這種方法反而會(huì)適得其反，藍(lán)氫鎖定了高碳基礎(chǔ)設(shè)施和就業(yè)機(jī)會(huì)，很有可能阻礙綠氫的發(fā)展。阿爾米約也持相同的觀點(diǎn)，“當(dāng)企業(yè)傾注大量的資金去建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，他們通常期待其能夠運(yùn)營(yíng)數(shù)十年甚至更久的時(shí)間，才愿意對(duì)他們進(jìn)行替換或淘汰”。E3G 建議，為了確保向綠氫轉(zhuǎn)變，政府需要設(shè)定明確的時(shí)間表和目標(biāo)、問(wèn)責(zé)制和透明度機(jī)制，以及支持逐步過(guò)渡的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，但是阿爾米約對(duì)此并不樂(lè)觀，“應(yīng)對(duì)氣候變化刻不容緩，各國(guó)的行動(dòng)都太慢了。”
墨卡托中國(guó)研究所（Mercator Institute for China Studies，簡(jiǎn)稱Merics）的分析報(bào)告指出，中國(guó)對(duì)氫能的政策支持仍以“產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主，綠化為輔”。相較于旨在利用綠色氫能實(shí)現(xiàn)快速脫碳的歐洲戰(zhàn)略，中國(guó)的氫能目標(biāo)過(guò)于保守。好消息是，可再生能源制氫的成本近年來(lái)持續(xù)下降，有望成為氫氣來(lái)源的主流。ETC報(bào)告預(yù)計(jì)到2030年，在大多數(shù)地區(qū)，綠氫的成本將低于每公斤2美元。未來(lái)，綠氫在大部分地區(qū)將會(huì)比藍(lán)氫、灰氫更便宜。Merics的分析師亞歷山大·布朗（Alexander Brown） 表示，工業(yè)副產(chǎn)氣為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了便宜的氫氣來(lái)源，但仍屬于灰氫，制氫過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。中國(guó)需要利用氫能來(lái)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，而只有綠氫才能夠做到這一點(diǎn)。他提醒中國(guó)不能依賴工業(yè)副產(chǎn)氫來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求，“如果中國(guó)認(rèn)真對(duì)待其氣候目標(biāo)，就必須盡快轉(zhuǎn)向綠色氫能。”
文章來(lái)源：馬里亞納氫電
注：本文已經(jīng)獲得馬里亞納氫電公眾號(hào)轉(zhuǎn)載權(quán)。
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朱穎
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