文/許毛 張賢 樊靜麗 高林 徐冬，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 科技部中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心 

煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所 國(guó)家能源集團(tuán)，礦業(yè)科學(xué)學(xué)報(bào)

     化石能源的大量使用引發(fā)了包括全球變暖、空氣污染在內(nèi)的一系列影響人類可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境問題。2018年全球化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放高達(dá)331億t,其中中國(guó)占比約28.7%,位居全球首位。在全球能源格局深刻調(diào)整、能源治理體系加速重構(gòu)、新一輪能源革命蓬勃興起的大背景下,高效、清潔、低碳已成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然趨勢(shì)。在眾多能源種類中,氫能因具有清潔、高效、安全、可持續(xù)等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注,被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉粗弧?jù)國(guó)際能源署(IEA)預(yù)測(cè),到2050年,全球的氫能源消費(fèi)總量將達(dá)到3億t標(biāo)準(zhǔn)油。

      近年來(lái),我國(guó)高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,已成為全球最大的氫氣(H2)生產(chǎn)國(guó),2018年我國(guó)氫氣產(chǎn)量約為2100萬(wàn)t,2019年則超過3300萬(wàn)t。同時(shí),我國(guó)也是主要的氫氣消費(fèi)國(guó)。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè),到2050年我國(guó)氫能源消費(fèi)量將達(dá)到6000萬(wàn)t,在我國(guó)終端能源體系中的占比達(dá)到10%。從氫氣的來(lái)源看,現(xiàn)階段我國(guó)99%以上為化石能源轉(zhuǎn)換得到,包括煤制氫、天然氣制氫及工業(yè)副產(chǎn)氣制氫,電解制氫不足1%?；茉粗茪?尤其是煤制氫,會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳排放,因此其無(wú)法從根源上解決使用化石燃料所帶來(lái)的碳排放問題。而碳捕集利用與封存(CCUS)技術(shù)作為一種重要的碳移除技術(shù),能夠與化石能源制氫技術(shù)集成耦合,進(jìn)而大幅降低化石能源制氫過程中的碳排放,獲得碳足跡相對(duì)較低的低碳?xì)錃狻?/p>

     2020年9月22日,習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論會(huì)上發(fā)表重要講話,提出中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取于2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。隨著我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和對(duì)氣候變化減緩重視程度的增加,低碳制氫技術(shù)的作用將逐漸凸顯。制氫行業(yè)作為氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的前端,則是未來(lái)低碳?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)鏈得以快速發(fā)展的重要保障。從資源稟賦和能源安全的角度來(lái)看,在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤制氫仍將是我國(guó)化石能源制氫乃至整個(gè)制氫業(yè)的主要途徑。煤制氫與CCUS技術(shù)耦合作為一項(xiàng)新興的集成技術(shù),尚缺乏對(duì)其在我國(guó)能源低碳發(fā)展進(jìn)程中的應(yīng)用前景和特點(diǎn)的全面認(rèn)識(shí)和綜合評(píng)估。本文擬從應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展機(jī)遇及挑戰(zhàn)三個(gè)方面對(duì)煤制氫技術(shù)與CCUS技術(shù)的集成進(jìn)行系統(tǒng)分析,以期為我國(guó)未來(lái)煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的發(fā)展提供相關(guān)借鑒。

 1　我國(guó)煤制氫與CCUS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

     .1　煤制氫技術(shù)已能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,CCUS技術(shù)具備大規(guī)模示范基礎(chǔ)

現(xiàn)有的制氫技術(shù)類型主要包括煤制氫、天然氣制氫、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫、甲醇制氫、電解(海)水制氫、光催化分解水制氫及生物質(zhì)制氫等,其制氫原理和技術(shù)成熟度見表1。其中,煤氣化制氫技術(shù)和基于甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法的天然氣制氫技術(shù)穩(wěn)定成熟,已能夠大規(guī)模應(yīng)用;甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)和工業(yè)副產(chǎn)氣制氫(原料包括焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣等)技術(shù),已能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用;在電解水制氫方面,堿性水電解制氫技術(shù)最為成熟、質(zhì)子交換膜純水電解技術(shù)仍處在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期,固體氧化物水電解技術(shù)則處在實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段,技術(shù)成熟度相對(duì)較低;生物質(zhì)制氫及光催化分解水制氫技術(shù)目前也處在實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段,尚未達(dá)到工業(yè)化制氫的要求。

     總體來(lái)看,以煤制氫、天然氣制氫為代表的化石能源制氫技術(shù)相對(duì)成熟,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫技術(shù)雖相對(duì)成熟但規(guī)模有限,可再生能源電解水制氫及生物質(zhì)制氫整體的技術(shù)成熟度偏低,短期內(nèi)無(wú)法大規(guī)模商用推廣。

     CCUS技術(shù)主要包括二氧化碳捕集、運(yùn)輸、利用及封存四個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。在二氧化碳捕集方面,我國(guó)目前僅有基于化學(xué)吸收法的燃燒前捕集技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段;在二氧化碳運(yùn)輸方面,我國(guó)目前僅有二氧化碳車運(yùn)技術(shù)能夠商業(yè)化應(yīng)用,可大規(guī)模輸送二氧化碳的陸地管道運(yùn)輸技術(shù)仍處在工業(yè)示范階段;在二氧化碳利用方面,我國(guó)目前僅有二氧化碳轉(zhuǎn)化為食品和飼料技術(shù)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用;在二氧化碳封存方面,尚未有相關(guān)技術(shù)達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用階段。截至2019年,我國(guó)已建成投產(chǎn)20余個(gè)示范工程,橫跨電力、煤制油、天然氣處理等多個(gè)領(lǐng)域,整體來(lái)看CCUS技術(shù)在我國(guó)已具備大規(guī)模示范基礎(chǔ)。

     盡管目前煤制氫耦合CCUS技術(shù)在全球范圍內(nèi)尚未投入示范工程應(yīng)用,但已有學(xué)者對(duì)其開展了可行性研究。Yoshino等認(rèn)為,要實(shí)現(xiàn)日本到2050年將二氧化碳減少80%的承諾,就需要引入二氧化碳排放接近零的氫氣,并提出利用澳大利亞褐煤與CCUS技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)“無(wú)二氧化碳?xì)滏湣?并且已對(duì)商業(yè)規(guī)模的“無(wú)二氧化碳?xì)滏湣边M(jìn)行了可行性研究,結(jié)果表明該鏈在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是可行的。從我國(guó)現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,我國(guó)目前已具備建設(shè)、運(yùn)營(yíng)煤制氫與CCUS集成項(xiàng)目的能力。

1.2　煤制氫耦合CCUS技術(shù)具有成本優(yōu)勢(shì)

     受原料價(jià)格、能源價(jià)格、技術(shù)成熟度等因素的影響,不同制氫技術(shù)的成本存在顯著差異,主要制氫技術(shù)的成本區(qū)間如圖1所示。需要說(shuō)明的是,圖1中的煤制氫方式為氣化制氫,天然氣制氫方式為甲烷水蒸氣重整和甲烷熱解,核能制氫方式為硫-碘(S-I)、銅-氯(Cu-Cl)熱化學(xué)循環(huán),風(fēng)能、太陽(yáng)能制氫方式均為電解水制氫,生物質(zhì)制氫方式為氣化制氫?？梢钥闯?當(dāng)不考慮CCUS技術(shù)時(shí),煤制氫的成本約為8.3~19.5元/kg,相較于其他制氫技術(shù),煤制氫技術(shù)現(xiàn)階段具有一定的成本優(yōu)勢(shì),主要原因在于我國(guó)的煤炭?jī)r(jià)格較低且煤制氫技術(shù)已十分成熟。但未來(lái)煤制氫能否繼續(xù)保持其成本優(yōu)勢(shì),將取決于屆時(shí)的煤炭?jī)r(jià)格以及各類制氫技術(shù)的發(fā)展水平。

     當(dāng)煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用時(shí),前期投資成本和運(yùn)營(yíng)成本都將增加。IEA針對(duì)我國(guó)煤制氫的評(píng)估結(jié)果顯示:在煤制氫生產(chǎn)中加入CCUS技術(shù)預(yù)計(jì)將使資本支出和燃料成本增加5%,運(yùn)營(yíng)成本增加130%。盡管如此,至少在中期內(nèi)配備CCUS技術(shù)的煤制氫仍可能是清潔氫氣生產(chǎn)中最經(jīng)濟(jì)的選擇,其原因在于中國(guó)的煤炭產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施完備且國(guó)內(nèi)缺乏廉價(jià)的天然氣供應(yīng)。

     因此,CCUS技術(shù)雖會(huì)增加煤制氫的成本但增量有限,在現(xiàn)階段可再生能源制氫成本較高時(shí),煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用具有成本優(yōu)勢(shì)。未來(lái)隨著CCUS技術(shù)部署規(guī)模的增加,其成本將會(huì)進(jìn)一步降低。此外,通過CCUS技術(shù)捕集的二氧化碳還可用于增采石油、天然氣、煤層氣等能源或直接作為原料用于化工合成、生物轉(zhuǎn)化等方面,二氧化碳利用產(chǎn)生的相關(guān)收益可以降低煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的全流程成本,進(jìn)一步增強(qiáng)其成本優(yōu)勢(shì)。

     從碳排放強(qiáng)度看,煤制氫技術(shù)的碳強(qiáng)度(生產(chǎn)1kg氫氣排放20kg二氧化碳)遠(yuǎn)高于天然氣制氫技術(shù)(生產(chǎn)1kg氫氣排放10kg二氧化碳),但煤制氫耦合CCUS技術(shù)的碳強(qiáng)度(生產(chǎn)1kg氫氣排放2kg二氧化碳)顯著低于天然氣制氫,僅為天然氣制氫碳排放強(qiáng)度的五分之一,基本實(shí)現(xiàn)了煤炭這類高碳能源的低碳化利用。

1.3　我國(guó)目前缺乏針對(duì)煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的政策規(guī)劃

     我國(guó)在氫能產(chǎn)業(yè)方面出臺(tái)的相關(guān)政策主要集中在氫能終端利用方面(表2),如氫能燃料電池技術(shù)研發(fā)、加氫站建設(shè)及氫能汽車推廣等,制氫環(huán)節(jié)的相關(guān)政策則相對(duì)較少,且主要是鼓勵(lì)發(fā)展可再生能源富余電力制氫技術(shù)。如國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局在2018年出臺(tái)的《清潔能源消納行動(dòng)計(jì)劃(2018—2020年)》中明確提出“探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能,實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用”。在CCUS政策方面,我國(guó)已先后出臺(tái)了多項(xiàng)政策、規(guī)劃以鼓勵(lì)、支持CCUS技術(shù)的發(fā)展,包括《中國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖(2019版)》《“十三五”應(yīng)對(duì)氣候變化科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》以及《關(guān)于加強(qiáng)碳捕集、利用和封存試驗(yàn)示范項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)工作的通知》等。

     此外,為進(jìn)一步發(fā)揮CCUS技術(shù)的減排作用,中國(guó)人民銀行、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、中國(guó)證券監(jiān)督管理委員會(huì)于2020年聯(lián)合發(fā)布《綠色債券支持項(xiàng)目目錄(2020年版)(征求意見稿)》,首次將CCUS項(xiàng)目納入支持目錄以支持其發(fā)展。

     綜上分析,當(dāng)下我國(guó)的氫能政策較少涉及制氫技術(shù),尤其是煤制氫技術(shù);而我國(guó)的CCUS政策目前仍以鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)開展研發(fā)示范工作為主,部署的示范項(xiàng)目主要集中在電力、煤化工(不含煤制氫)及甲醇生產(chǎn)等領(lǐng)域,尚未涉及煤制氫領(lǐng)域。因此,總體來(lái)看,現(xiàn)階段我國(guó)的氫能政策和CCUS政策之間呈現(xiàn)孤立割據(jù)狀態(tài),煤制氫技術(shù)與CCUS技術(shù)的集成應(yīng)用目前缺乏相關(guān)規(guī)劃及配套政策支持。

2　煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的機(jī)遇

2.1　煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)煤炭的低碳利用,保障能源安全

     煤炭作為傳統(tǒng)的高碳化石能源,在減排政策的約束下其應(yīng)用前景不容樂觀,如何實(shí)現(xiàn)其低碳化利用一直是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。CCUS技術(shù)是目前全球公認(rèn)的能夠有效實(shí)現(xiàn)高碳能源低碳利用的技術(shù),其能夠大幅降低煤炭使用過程中產(chǎn)生的碳排放,從而獲得碳足跡較低的煤制品,如H2。因此,CCUS技術(shù)對(duì)于未來(lái)我國(guó)煤炭消費(fèi)行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

     基于蒸汽轉(zhuǎn)化法的天然氣制氫技術(shù)雖較為成熟且碳足跡低于煤制氫技術(shù),但天然氣供應(yīng)是其發(fā)展的制約因素之一。現(xiàn)階段我國(guó)的天然氣消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng),但產(chǎn)能有限。2019年中國(guó)天然氣表觀消費(fèi)首次突破3000億m3,其中42.1%依賴進(jìn)口,天然氣較高的對(duì)外依存度進(jìn)一步加劇我國(guó)的能源安全問題。我國(guó)作為傳統(tǒng)的煤炭大國(guó),煤炭資源儲(chǔ)量豐富且供給穩(wěn)定。因此,從國(guó)家能源安全的角度來(lái)看,相較其他制氫技術(shù),現(xiàn)階段煤制氫與CCUS技術(shù)的集成應(yīng)用具有良好的發(fā)展機(jī)遇。

2.2　我國(guó)煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)

     理論上,從減排潛力看,我國(guó)的煤炭資源累計(jì)探明儲(chǔ)量為2.01萬(wàn)億t,資源保有量為1.95萬(wàn)億t;如果將1%的煤炭資源保有量用于制取氫氣,按照制取1kg氫氣消耗8kg煤炭計(jì)算,我國(guó)煤制氫潛力高達(dá)24.38億t,其熱值約折合119億t標(biāo)準(zhǔn)煤。但相應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳排放高達(dá)487.6億t,按90%的捕集率計(jì)算,CCUS技術(shù)在我國(guó)煤制氫領(lǐng)域的理論減排潛力約為438.8億t,應(yīng)用前景十分廣闊,具備產(chǎn)業(yè)化的資源基礎(chǔ)。

     從資源的地理分布情況來(lái)看,我國(guó)的煤礦主要分布在華北、西北及東北地區(qū),而可用于二氧化碳地質(zhì)封存的油田、氣田及深部咸水層也主要集中分布在這些地區(qū)。因此,我國(guó)的煤炭資源與二氧化碳封存地資源呈現(xiàn)出高度的空間匹配度,這為我國(guó)未來(lái)煤制氫與CCUS技術(shù)的集成化應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ),尤其是新疆、陜西、山西及內(nèi)蒙古等省份,擁有豐富的煤炭資源、油氣資源及二氧化碳封存潛力,可作為未來(lái)發(fā)展煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的示范基地。

     此外,煤制氫、CCUS技術(shù)與可再生能源結(jié)合,還可以開發(fā)新型儲(chǔ)能方式。利用CCUS技術(shù)從煤制氫工藝過程中捕集二氧化碳并通過可再生能源電解水制備氫氣,二氧化碳與氫氣反應(yīng)可制成甲醇,將波動(dòng)的可再生能源轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存。2020年1月17日,全球首套千噸級(jí)太陽(yáng)燃料合成示范項(xiàng)目在蘭州新區(qū)綠色化工園區(qū)試車成功,太陽(yáng)能等可再生能源轉(zhuǎn)化為液體燃料工業(yè)化生產(chǎn)邁出了第一步。

2.3　我國(guó)具有推廣煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的國(guó)情條件

     如圖2所示,從制氫規(guī)模占比來(lái)看,預(yù)計(jì)我國(guó)的氫氣供給結(jié)構(gòu)在未來(lái)的30年內(nèi)將逐步由化石能源制氫為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向由可再生能源制氫為主導(dǎo)。具體來(lái)看,到2040年,可再生能源電解水制氫與化石能源制氫的貢獻(xiàn)基本持平;到2050年,我國(guó)70%的氫氣將來(lái)自可再生能源電解水制氫,而化石能源制氫的占比則下降至20%。但從制氫規(guī)模的絕對(duì)量來(lái)看,2030—2050年我國(guó)的化石能源制氫規(guī)模將維持在1200~2100萬(wàn)t/年(按2030年我國(guó)的氫能需求量為3500萬(wàn)t,2050年為6000萬(wàn)t計(jì)算);假設(shè)氫氣均來(lái)自煤制氫,按照生產(chǎn)1kg氫氣排放20kg二氧化碳計(jì)算,2030—2050年我國(guó)煤制氫每年產(chǎn)生的二氧化碳排放為2.4~4.2億t。

     工業(yè)副產(chǎn)制氫雖然能夠生產(chǎn)高純度氫氣,但生產(chǎn)規(guī)模往往受到工業(yè)規(guī)模的限制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模穩(wěn)定制備,只能夠定向利用。可再生能源電解水制氫,是先利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電,然后將這些電力用于電解水制氫。其主要優(yōu)點(diǎn)是可提供綠色、清潔的氫氣,主要缺點(diǎn)是現(xiàn)階段工藝成本較高、技術(shù)應(yīng)用受地域限制較為嚴(yán)重,短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化制備氫氣。而煤制氫技術(shù)發(fā)展起源較早、技術(shù)成熟度高、成本較低,可大規(guī)模穩(wěn)定制備。煤制氫與CCUS技術(shù)的組合使用可降低制氫環(huán)節(jié)的二氧化碳排放,采用CCUS技術(shù)后2030—2050年我國(guó)化石能源制氫產(chǎn)生的碳排放可降低至24~0.42億t/年。

     綜上分析,化石能源制氫將在我國(guó)的制氫路徑演變中發(fā)揮重要過渡作用,尤其是在初期和中期階段。此外,盡管從長(zhǎng)期來(lái)看化石能源制氫的占比不斷縮減,但從絕對(duì)數(shù)量來(lái)看其規(guī)模仍相當(dāng)可觀,產(chǎn)生的二氧化碳排放不容忽視。因此,我國(guó)在構(gòu)建以綠氫為主導(dǎo)的氫能供應(yīng)體系的過程中,需依賴CCUS技術(shù)降低化石能源制氫所帶來(lái)的二氧化碳排放,實(shí)現(xiàn)由“灰氫為主”到“綠氫為主”的過渡。

     同時(shí),受自然因素、技術(shù)因素等方面的影響,未來(lái)化石能源制氫在我國(guó)仍將保持一定規(guī)模,其產(chǎn)生的二氧化碳排放也需繼續(xù)依賴CCUS技術(shù)進(jìn)行捕集、利用和封存,實(shí)現(xiàn)化石能源的清潔利用。因此,在我國(guó)的能源及氣候政策驅(qū)動(dòng)下,未來(lái)CCUS技術(shù)在化石能源制氫領(lǐng)域存在良好的應(yīng)用機(jī)會(huì)。

3　煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)

3.1　缺乏公眾認(rèn)可,限制煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的發(fā)展

     煤制氫雖相較其他制氫技術(shù)具有成本優(yōu)勢(shì),但其最大的弊端在于較高的二氧化碳排放。煤制氫技術(shù)與CCUS技術(shù)集成后,其碳排放強(qiáng)度雖可大幅度降低,但與光伏電力、風(fēng)電等可再生能源電解水制氫技術(shù)相比,其碳足跡仍相對(duì)偏高。

     當(dāng)煤制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定規(guī)模時(shí),即便采用CCUS技術(shù),其產(chǎn)生的碳排放量仍相當(dāng)龐大。此外,煤制氫與CCUS技術(shù)的集成應(yīng)用歸根結(jié)底仍屬于化石能源制氫技術(shù)的范疇,需要消耗大量的化石能源,并且二氧化碳運(yùn)輸與封存環(huán)節(jié)存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此,與可再生能源電解水制氫技術(shù)相比,煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的公眾接受程度較低。當(dāng)下全球溫室氣體減排形勢(shì)趨緊,全球能源系統(tǒng)需加速向低碳甚至無(wú)碳能源轉(zhuǎn)變,煤制氫與CCUS技術(shù)的集成應(yīng)用雖能提供低成本、低碳足跡的氫氣,但其與公眾所理解的可持續(xù)發(fā)展理念的契合度偏低,且目前部分針對(duì)化石能源利用的觀點(diǎn)過于偏激,這很有可能使得未來(lái)我國(guó)化石能源的相關(guān)政策環(huán)境惡化,限制煤制氫與CCUS技術(shù)的大規(guī)模集成應(yīng)用。

3.2CCUS技術(shù)面臨應(yīng)對(duì)氣候變化窗口期關(guān)閉的風(fēng)險(xiǎn)

     CCUS技術(shù)作為應(yīng)對(duì)氣候變化的手段,其與可再生能源技術(shù)之間存在著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,這種競(jìng)爭(zhēng)是無(wú)法避免的,但二者之間并不存在簡(jiǎn)單的替代關(guān)系。近年來(lái)可再生能源在中國(guó)及全球范圍內(nèi)發(fā)展迅速,技術(shù)逐漸成熟、成本大幅降低、市場(chǎng)占比不斷擴(kuò)大;而反觀CCUS技術(shù),在全球范圍內(nèi)進(jìn)展緩慢,部署規(guī)模低于預(yù)期,適合用于大規(guī)模推廣的第二代CCUS技術(shù)的商業(yè)化時(shí)間仍面臨不確定性。隨著可再生能源在各領(lǐng)域的不斷滲透,若未來(lái)僅依靠能效提升和可再生能源即可滿足全球減排需求,即便其整體成本并非最優(yōu),那么CCUS技術(shù)將失去在中國(guó)及全球推廣應(yīng)用的空間,即CCUS技術(shù)的機(jī)會(huì)窗口關(guān)閉。屆時(shí),我國(guó)龐大的化石能源將難以實(shí)現(xiàn)低碳化利用,煤制氫與CCUS技術(shù)的集成應(yīng)用潛力將會(huì)受到嚴(yán)重制約,這對(duì)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是極為不利的。

4　主要結(jié)論與建議

4.1　主要結(jié)論

     減少碳足跡將是低碳環(huán)境下煤制氫前景的關(guān)鍵因素,而CCUS技術(shù)是目前唯一可實(shí)現(xiàn)低碳化煤制氫的途徑。此外,煤制氫與CCUS技術(shù)的集成,還可在建筑、交通和工業(yè)的脫碳路徑中發(fā)揮重要作用。為實(shí)現(xiàn)我國(guó)的長(zhǎng)期氣候變化目標(biāo),所有行業(yè)均需實(shí)現(xiàn)大幅減排。當(dāng)前,約有三分之一的能源相關(guān)排放尚缺乏經(jīng)濟(jì)可行的深度脫碳方案。氫能可作為可再生能源的載體,通過可再生能源電解水生產(chǎn)可運(yùn)輸?shù)臍錃?從而實(shí)現(xiàn)可再生能源的生產(chǎn)和消耗相分離,但現(xiàn)階段可再生能源制氫不具備經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。因此,要想實(shí)現(xiàn)上述領(lǐng)域的脫碳則需大幅降低氫能的生產(chǎn)和銷售成本。煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用,則能夠同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性和低碳化的雙重要求,助力二氧化碳難減行業(yè)脫碳,如鋼鐵、水泥行業(yè)。

     我國(guó)的能源系統(tǒng)正在由高碳逐步向低碳過渡,在此過程中煤炭的清潔、低碳化利用至關(guān)重要。氫能作為重要的能源載體,將在我國(guó)的能源低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。從制氫技術(shù)路線來(lái)看,煤制氫技術(shù)最為成熟且成本相較其他制氫技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)。我國(guó)擁有豐富的煤炭資源,煤制氫技術(shù)可在保障能源安全的前提下滿足我國(guó)的氫能需求,將在我國(guó)氫能發(fā)展的初期和中期階段發(fā)揮重要作用,但需降低其碳足跡(即“灰氫”轉(zhuǎn)化為“藍(lán)氫”)。因此,煤制氫技術(shù)與CCUS技術(shù)的集成對(duì)我國(guó)能源低碳轉(zhuǎn)型及低碳化制氫具有重要意義,在我國(guó)也具有良好的發(fā)展前景。

     目前全球主要國(guó)家均在大力發(fā)展氫能。美國(guó)能源部近期宣布,未來(lái)5年內(nèi)將在“H2@Scale”框架下投入1億美元用于組建國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟,以推進(jìn)氫能和燃料電池技術(shù)研發(fā)。歐洲也提出建立包含氫能的綜合能源系統(tǒng),以支持歐洲的工業(yè)、建筑、發(fā)電及運(yùn)輸領(lǐng)域脫碳,且在中短期內(nèi)不排除“藍(lán)氫”。我國(guó)雖掌握大型煤制氫項(xiàng)目和CCUS項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)營(yíng)能力,但目前尚未有相關(guān)示范項(xiàng)目投產(chǎn),政策層面也缺乏相關(guān)指導(dǎo)或扶持。此外,與美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策相比,我國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)的頂層設(shè)計(jì)仍顯不足。

4.2　建議

     (1)加強(qiáng)對(duì)煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的政策支持。密切關(guān)注國(guó)際技術(shù)發(fā)展走向,同時(shí)通過技術(shù)研發(fā)降低煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的成本,使其保持成本優(yōu)勢(shì),加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化布局。

     (2)加強(qiáng)針對(duì)煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的頂層設(shè)計(jì)和科普宣傳。在引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí),增強(qiáng)公眾對(duì)于相關(guān)技術(shù)的了解與認(rèn)可,為煤制氫與CCUS技術(shù)的發(fā)展提供良好的政策及社會(huì)環(huán)境。

       (3)充分利用好我國(guó)豐富的煤炭資源和CO2封存資源,積極推進(jìn)煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的研發(fā)和示范,新疆、山西、陜西及內(nèi)蒙古等地可作為部署煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的優(yōu)先區(qū)域。

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