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煤制氢如何撕下“高碳”标签
作者/来源:气化界   日期: 2021-04-02   点击率:45
从氢源出发,世界能源理事会将氢能划分为灰氢、蓝氢与绿氢,分别指碳基能源制氢,化石燃料制氢加碳捕集、封存路线,利用可再生能源电解制氢的方式。“灰氢不可取,蓝氢可以用,废氢可回收,绿氢是方向。”工信部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中称。

兼具原料富集、成本较低、技术成熟等特性,煤制氢的优势被广泛认可。不少煤炭企业更是将其作为转型方向之一,纷纷加大投入。面对高碳排放的“弱点”,煤制氢能否扬长避短?

当前成本最低的制氢方式

由中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》(下称《白皮书》)显示,我国已是世界最大的制氢国,初步预测工业制氢产能为2500万吨/年。其中,“煤制氢技术路线成熟高效,可大规模稳定制备,是当前成本最低的制氢方式”,以煤气化制氢技术为例,按照600元/吨的煤价计算,制氢成本约为8.85元/公斤。

“煤制氢最大优势就在于成本。根据不同煤种折算,规模化制氢成本可控制在每立方米0.8元左右,有的项目甚至低至0.4-0.5元/立方米。相比天然气、电解水等方式,煤制氢经济性突出。”中国工程院院士彭苏萍表示。


从能效水平来看,煤制氢也有一定竞争力。石油和化学工业规划院能源化工处副总工程师韩红梅介绍,煤制氢的能源利用效率在50%-60%,而电解水的效率目前只有30%左右。

此外,煤制氢具备规模潜力。“氢源基础丰富,正是我国发展氢能的优势之一。”彭苏萍称,我国煤炭资源保有量约1.95万亿吨,假设10%用于煤气化制氢,制氢潜力约为243.8亿吨。而据《白皮书》预测,到2050年,我国氢气需求量接近6000万吨。

在我国氢源结构中,煤炭占到62%,天然气、电解水及烃、醇类各占19%、1%、18%。“从全球平均水平看,煤制氢占比约18%;在氢能强国日本,只有6%左右的氢能来自煤炭。”中国宏观经济研究院能源研究所研究员符冠云表示,目前,我国氢源结构仍以煤为主。

高碳排放问题不可回避

煤制氢优势突出,但在李毅中看来,该方式伴生的二氧化碳排放问题却“不能容忍”。特别是在碳减排的迫切需求下,煤炭制备1公斤氢气约产生11公斤二氧化碳。只有将二氧化碳捕集、封存起来,“灰氢”变成“蓝氢”才可使用。


对此,中国科学院院士李灿也持“不提倡”的态度。他认为,氢能产业尚处发展初期,现阶段需少量化石能源制氢作为带动。但一窝蜂上马煤制氢的行为既不理智,也不是正确方向。“发展氢能的初衷之一是减排污染物和二氧化碳。从煤制氢生产、储运、利用的全过程来看,并没有减少碳排放,只是将排放由末端转移到前端。同时,从优化利用角度,煤炭作为宝贵的原料资源,用于制备更重要的化学品及材料才更合理。”

有无办法解决上述矛盾?《白皮书》认为,二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是有望实现化石能源大规模低碳利用的新技术。当前,我国CCS技术成本在350-400元/吨,到2030年、2050年,有望控制在210元/吨和150元/吨左右。结合煤制氢路线单位氢气生成二氧化碳的平均比例,配合CCS技术,制氢成本增至15.85元/公斤左右。不过,由于技术尚处探索和示范阶段,还需通过进一步开发推动成本及能耗下降。

碳捕集与封存(CCS)示意图

“站在技术层面,采用CCS没有问题。尤其煤化工项目,通过成熟的低温甲醇洗工艺,已可以收集98%以上的二氧化碳。关键是捕集之后二氧化碳没地方去,目前暂无理想的封存条件。”中国科学院大连化物所节能与环境研究部部长王树东认为,要拓展二氧化碳封存、利用渠道,并兼顾技术经济性,未来还有较长的路要走。


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