隨著(zhù)對氫能需求的增加及其成本的下降，其生產(chǎn)和運輸的基礎設施也需要跟上。圖片來(lái)源：Yu Fangping / Alamy
氫能作為火炬燃料、運營(yíng)近千輛氫燃料電池車(chē)輛作為運輸主力、配建30余座加氫站……氫能在北京2022年冬奧會(huì )的廣泛應用，為中國氫能產(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，中國氫能產(chǎn)業(yè)中長(cháng)期規劃出臺，提出了三個(gè)五年跨度的氫能發(fā)展計劃。規劃尤其強調工業(yè)副產(chǎn)氫短期內的積極作用，鼓勵在焦化、氯堿、丙烷脫氫等行業(yè)聚集區優(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體系”的目標。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、焦爐煤氣等）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(zhù)頂層設計出臺，目前已有 30多個(gè)省市發(fā)布涉及氫能的規劃和政策，其中，山東、山西、內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”。
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(zhuān)家認為，在“雙碳”背景下，工業(yè)副產(chǎn)氫項目只能是短期的過(guò)渡方案，要避免對此領(lǐng)域的過(guò)度投資，盡快轉向可再生能源制氫。
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、在灰氫的基礎上使用碳捕集和封存（CCS）技術(shù)的藍氫和可再生能源通過(guò)電解水等手段所制的綠氫。
中國是世界上大的氫能生產(chǎn)國，年產(chǎn)量達3300萬(wàn)噸，占全球需求的三分之一以上。從能源結構看，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。中國氫源結構目前仍以煤為主，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)論是全球還是中國的氫源結構都不夠“綠”，主要是受技術(shù)和成本的限制。根據能源轉型委員會(huì )（ETC）的報告，全球生產(chǎn)灰氫的成本目前在0.7至2.2美元/公斤之間，具體數值取決于不同國家的天然氣或煤炭?jì)r(jià)格。在此基礎上安裝CCS裝置，變成藍氫，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(cháng)遠來(lái)看，想要發(fā)揮氫能對碳達峰、碳中和目標的支撐作用，最清潔的綠氫無(wú)疑是的，但是中短期內，工業(yè)副產(chǎn)氫被認為是中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要過(guò)渡方案。作為工業(yè)大國，中國具有得天獨厚的原料優(yōu)勢。根據《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)佰皮書(shū)》（簡(jiǎn)稱(chēng)“《佰皮書(shū)》”）公布的數據，目前中國工業(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)濟效益，又能在一定程度上降低大氣污染，改善環(huán)境?！?span style="font-size: 15px;font-family: " helvetica="" hiragino="" sans="" microsoft="" color:="" letter-spacing:="">佰皮書(shū)》指出，中國的焦爐煤氣、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)噸級的氫氣供應，在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期提供了低成本、分布式氫源。
自國家規劃出臺以來(lái)，各省市不斷加快推進(jìn)氫能項目的實(shí)施。有媒體統計，2022年上半年共有18個(gè)制氫項目落地，其中副產(chǎn)氫項目9個(gè)，可再生能源制氫項目9個(gè)，在數量上基本持平。從目前已經(jīng)開(kāi)展的工業(yè)副產(chǎn)氫項目中，不難發(fā)現，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(chǎng)生產(chǎn)出來(lái)的便宜氫氣為其周邊的區域以及所在的城市提供了建設氫能基礎設施的契機。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為制氫、儲運、加氫站、氫燃料電池應用等多個(gè)環(huán)節。國際能源署（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運系統的支持，將供應端和需求端連接起來(lái)，建立一個(gè)高流動(dòng)性的市場(chǎng)。中國目前已經(jīng)開(kāi)展的副產(chǎn)氫項目多采用“前站后廠(chǎng)，就近供給”的模式：在工廠(chǎng)的附近建設加氫站，為周邊的氫燃料汽車(chē)、公交車(chē)以及工廠(chǎng)生產(chǎn)運輸需要使用的重型卡車(chē)提供氫氣。
以山東省為例，據初步測算，山東省年產(chǎn)氫氣260萬(wàn)噸左右，居全國一號，大部分為工業(yè)副產(chǎn)氫。2021年省內加氫母站在泰山鋼鐵集團建成投產(chǎn)，該加氫站能夠輻射周邊150公里范圍的近百輛氫能汽車(chē)的需求，其氫氣來(lái)源就是鋼鐵廠(chǎng)的工業(yè)副產(chǎn)焦爐煤氣。隨著(zhù)加氫站的建成，山東重工集團的10輛49噸氫燃料電池牽引車(chē)也投入了運營(yíng)。內蒙古烏海市也采取了類(lèi)似的措施。由烏?；さ穆葔A工廠(chǎng)產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)氫通過(guò)管道輸送至工廠(chǎng)前方的加氫母站，再通過(guò)長(cháng)管拖車(chē)運輸至子站，為全市50輛氫燃料電池公交車(chē)提供氫氣。同時(shí)，烏海及周邊地區總計8萬(wàn)輛礦山用車(chē)和柴油貨車(chē)如果更新?lián)Q代為氫燃料電池車(chē)，將提供更為廣闊的應用空間。
上海的氫燃料客車(chē)。圖片來(lái)源：Alamy
加氫站等基礎設施的建設是構建氫能產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節，也是中國氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的薄弱環(huán)節。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的重要因素?！?span style="font-size: 15px;font-family: " helvetica="" hiragino="" sans="" microsoft="" color:="" letter-spacing:="">佰皮書(shū)》數據顯示，國內建設一座日加氫能力500公斤的加氫站需要約1,200 萬(wàn)元，相當于傳統加油站的3倍左右。除了建設成本外，加氫站的運行還面臨著(zhù)設備維護、運營(yíng)、人工等費用，從而成了氫能產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”環(huán)節。想要把產(chǎn)業(yè)鏈打通，加氫站和氫燃料電池車(chē)的供需匹配十分重要。若氫燃料電池車(chē)數量少，加氫站運營(yíng)就沒(méi)有經(jīng)濟性和規模效應。IEA在上述報告中指出，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(chē)和公共汽車(chē)車(chē)隊，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)氫項目不僅制氫成本低廉，而且由于接近應用端，儲運成本也非常低?！?span style="font-size: 15px;font-family: " helvetica="" hiragino="" sans="" microsoft="" color:="" letter-spacing:="">佰皮書(shū)》指出，在同一區域內的氫能價(jià)值鏈有機會(huì )發(fā)揮彼此之間的協(xié)同作用，例如在工業(yè)集群和運輸走廊上的卡車(chē)車(chē)隊可以依托更大規模優(yōu)勢降低總體成本。山西的“柴改氫”項目就是這樣的一個(gè)例子。山西焦煤集團利用自有的煤炭焦化產(chǎn)能，提供低成本氫源，使用氫能重卡運煤，其產(chǎn)能全年可滿(mǎn)足2200臺重卡滿(mǎn)負荷使用。參與該項目的國家電投國氫科技總經(jīng)理張銀廣在采訪(fǎng)中表示，煤炭基地外運量大且穩定，一個(gè)區域擁有成千甚至上萬(wàn)輛氫能重卡，為運營(yíng)階段規?；档统杀咎峁┝丝赡?。只要氫氣成本能夠控制在25元/公斤以下，氫能重卡較柴油車(chē)就有足夠競爭力。
工業(yè)副產(chǎn)氫在現階段氫能供應方面有很大的潛力，但是并不能夠滿(mǎn)足持續增長(cháng)的需求，其項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“儲運難”等諸多掣肘，過(guò)度發(fā)展工業(yè)副產(chǎn)氫有著(zhù)鎖定高碳基礎設施的風(fēng)險。在“雙碳”目標的背景下，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(zhù)碳達峰、碳中和工作推進(jìn)，河北焦炭企業(yè)數量將在“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)的運輸方式，如果超過(guò)200公里，運輸成本就會(huì )大幅增加。“就近消納”是工業(yè)副產(chǎn)氫模式得以成功運行的關(guān)鍵，但并不是所有工業(yè)園區都能夠像山西焦煤集團一樣“自產(chǎn)自銷(xiāo)”。儲運環(huán)節成本高的問(wèn)題受技術(shù)限制短期內仍難以解決。參觀(guān)者在第四屆中國國際進(jìn)口博覽會(huì )展區了解高壓氫氣儲存系統。圖片來(lái)源: Alamy獨立能源分析師朱利安·阿爾米約（Julien Armijo） 認為，依托于煤化工業(yè)的工業(yè)副產(chǎn)氫在短期內可能是個(gè)機會(huì )，但是過(guò)分依賴(lài)工業(yè)副產(chǎn)氫是“危險”的，投資錯誤的基礎設施會(huì )導致“碳鎖定”效應。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(cháng)了本該加速淘汰的高碳排放基礎設施的壽命。他指出，同樣問(wèn)題也出現在其他地區，尤其是歐洲。石油和天然氣行業(yè)經(jīng)常聲稱(chēng)藍氫能夠迅速擴大產(chǎn)業(yè)規模，因此應該作為大規模生產(chǎn)綠氫前的臨時(shí)解決方案。然而智庫E3G 的報告表明，這種方法反而會(huì )適得其反，藍氫鎖定了高碳基礎設施和就業(yè)機會(huì )，很有可能阻礙綠氫的發(fā)展。阿爾米約也持相同的觀(guān)點(diǎn)，“當企業(yè)傾注大量的資金去建設基礎設施，他們通常期待其能夠運營(yíng)數十年甚至更久的時(shí)間，才愿意對他們進(jìn)行替換或淘汰”。E3G 建議，為了確保向綠氫轉變，政府需要設定明確的時(shí)間表和目標、問(wèn)責制和透明度機制，以及支持逐步過(guò)渡的法規和標準，但是阿爾米約對此并不樂(lè )觀(guān)，“應對氣候變化刻不容緩，各國的行動(dòng)都太慢了。”
墨卡托中國研究所（Mercator Institute for China Studies，簡(jiǎn)稱(chēng)Merics）的分析報告指出，中國對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)現快速脫碳的歐洲戰略，中國的氫能目標過(guò)于保守。好消息是，可再生能源制氫的成本近年來(lái)持續下降，有望成為氫氣來(lái)源的主流。ETC報告預計到2030年，在大多數地區，綠氫的成本將低于每公斤2美元。未來(lái)，綠氫在大部分地區將會(huì )比藍氫、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。中國需要利用氫能來(lái)實(shí)現“雙碳”目標，而只有綠氫才能夠做到這一點(diǎn)。他提醒中國不能依賴(lài)工業(yè)副產(chǎn)氫來(lái)滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的能源需求，“如果中國認真對待其氣候目標，就必須盡快轉向綠色氫能。”
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轉載權。
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