從氫源出發(fā)，世界能源理事會將氫能劃分為灰氫、藍(lán)氫與綠氫，分別指碳基能源制氫，化石燃料制氫加碳捕集、封存路線，利用可再生能源電解制氫的方式。“灰氫不可取，藍(lán)氫可以用，廢氫可回收，綠氫是方向。”李毅中稱。
兼具原料富集、成本較低、技術(shù)成熟等特性，煤制氫的優(yōu)勢被廣泛認(rèn)可。不少煤炭企業(yè)更是將其作為轉(zhuǎn)型方向之一，紛紛加大投入。面對高碳排放的“弱點”，煤制氫能否揚(yáng)長避短?
當(dāng)前成本最低的制氫方式
由中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(2019版)》(下稱《白皮書》)顯示，我國已是世界最大的制氫國，初步預(yù)測工業(yè)制氫產(chǎn)能為2500萬噸/年。其中，“煤制氫技術(shù)路線成熟高效，可大規(guī)模穩(wěn)定制備，是當(dāng)前成本最低的制氫方式”，以煤氣化制氫技術(shù)為例，按照600元/噸的煤價計算，制氫成本約為8.85元/公斤。
“煤制氫最大優(yōu)勢就在于成本。根據(jù)不同煤種折算，規(guī)模化制氫成本可控制在每立方米0.8元左右，有的項目甚至低至0.4-0.5元/立方米。相比天然氣、電解水等方式，煤制氫經(jīng)濟(jì)性突出。”中國工程院院士彭蘇萍表示。
從能效水平來看，煤制氫也有一定競爭力。石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院能源化工處副總工程師韓紅梅介紹，煤制氫的能源利用效率在50%-60%，而電解水的效率目前只有30%左右。
此外，煤制氫具備規(guī)模潛力。“氫源基礎(chǔ)豐富，正是我國發(fā)展氫能的優(yōu)勢之一。”彭蘇萍稱，我國煤炭資源保有量約1.95萬億噸，假設(shè)10%用于煤氣化制氫，制氫潛力約為243.8億噸。而據(jù)《白皮書》預(yù)測，到2050年，我國氫氣需求量接近6000萬噸。
據(jù)中國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會統(tǒng)計，在我國氫源結(jié)構(gòu)中，煤炭占到62%，天然氣、電解水及烴、醇類各占19%、1%、18%。“從全球平均水平看，煤制氫占比約18%;在氫能強(qiáng)國日本，只有6%左右的氫能來自煤炭。”中國宏觀經(jīng)濟(jì)研究院能源研究所助理研究員符冠云表示，目前，我國氫源結(jié)構(gòu)仍以煤為主。
高碳排放問題不可回避
煤制氫優(yōu)勢突出，但在李毅中看來，該方式伴生的二氧化碳排放問題卻“不能容忍”。特別是在碳減排的迫切需求下，煤炭制備1公斤氫氣約產(chǎn)生11公斤二氧化碳。只有將二氧化碳捕集、封存起來，“灰氫”變成“藍(lán)氫”才可使用。
對此，中國科學(xué)院院士李燦也持“不提倡”的態(tài)度。他認(rèn)為，氫能產(chǎn)業(yè)尚處發(fā)展初期，現(xiàn)階段需少量化石能源制氫作為帶動。但一窩蜂上馬煤制氫的行為既不理智，也不是正確方向。“發(fā)展氫能的初衷之一是減排污染物和二氧化碳。從煤制氫生產(chǎn)、儲運(yùn)、利用的全過程來看，并沒有減少碳排放，只是將排放由末端轉(zhuǎn)移到前端。同時，從優(yōu)化利用角度，煤炭作為寶貴的原料資源，用于制備更重要的化學(xué)品及材料才更合理。”
有無辦法解決上述矛盾?《白皮書》認(rèn)為，二氧化碳捕集與封存技術(shù)(CCS)是有望實現(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳利用的新技術(shù)。當(dāng)前，我國CCS技術(shù)成本在350-400元/噸，到2030年、2050年，有望控制在210元/噸和150元/噸左右。結(jié)合煤制氫路線單位氫氣生成二氧化碳的平均比例，配合CCS技術(shù)，制氫成本增至15.85元/公斤左右。不過，由于技術(shù)尚處探索和示范階段，還需通過進(jìn)一步開發(fā)推動成本及能耗下降。
“站在技術(shù)層面，采用CCS沒有問題。尤其煤化工項目，通過成熟的低溫甲醇洗工藝，已可以收集98%以上的二氧化碳。關(guān)鍵是捕集之后二氧化碳沒地方去，目前暫無理想的封存條件。”中國科學(xué)院大連化物所節(jié)能與環(huán)境研究部部長王樹東認(rèn)為，要拓展二氧化碳封存、利用渠道，并兼顧技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，未來還有較長的路要走。
減碳是提升競爭力的關(guān)鍵
“真正的‘綠氫’，一定要通過可再生能源獲得。用風(fēng)、光、核產(chǎn)生的電能，把水電解變成氫的過程只排放氫氣，不產(chǎn)生二氧化碳。因此從碳減排角度出發(fā)，不建議使用煤炭等化石能源制氫。”中國科學(xué)院院士包信和進(jìn)一步稱。
但同時，包信和表示，煤制氫是目前制備氫氣的重要途徑，技術(shù)相對成熟、成本相對較低，現(xiàn)階段不可能不用。“全世界一年使用氫氣5000億立方米左右，96%來自化石能源，其中很大一部分來自于煤轉(zhuǎn)化。未來隨著清潔能源成本降低，電解水逐漸有了優(yōu)勢，才具備與化石能源制氫的可比性。”
既然如此，能不能用好煤制氫?符冠云認(rèn)為，在能源轉(zhuǎn)型要求下，氫源選擇有四個主要依據(jù)，即適用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境效益及能源效率——依據(jù)資源稟賦，供應(yīng)與需求的數(shù)量、質(zhì)量相互匹配;成本有效性是可否普及的最主要因素;實現(xiàn)全生命周期的污染物及二氧化碳減排;盡可能提高能源投入產(chǎn)出效率。
“由此判斷，煤制氣是當(dāng)前最可靠的氫能供應(yīng)方式。近中期立足存量，可滿足大規(guī)模工業(yè)氫氣需求;中長期來看，重點是按照‘煤制氫+CCS’路線，通過技術(shù)研發(fā)進(jìn)一步降成本、提效率。”符冠云稱。
另據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2030年左右，煤制氫配合CCS技術(shù)、可再生能源電解水制氫將成為供應(yīng)主體。到2050年左右，我國將從以化石能源為主轉(zhuǎn)向可再生能源為主體的多元結(jié)構(gòu)。屆時，可再生能源制氫成為主力，“煤制氫+CCS技術(shù)”、生物制氫等技術(shù)將共同作為有效補(bǔ)充。
“當(dāng)下，在用氫需求沒有上來之前，煤炭企業(yè)應(yīng)保持審慎態(tài)度，做好氫能供應(yīng)和需求的研判對接，不宜大規(guī)模發(fā)展。”王樹東提醒，由于電解水制氫等方式不產(chǎn)生碳排放，不會因碳約束而增加成本。做好CCS等低碳技術(shù)儲備，降低減排成本及能效損失，對于提升煤制氫的競爭力更顯關(guān)鍵。
