煤制氫：火熱背后存隱憂

“氫能這把火被點起來了！”在中國工程院院士彭蘇萍看來，從某種意義上說，這把火正是源自煤炭行業(yè)，“近10年，我國新建了一大批煤化工項目，隨著產(chǎn)能過剩問題凸顯，行業(yè)也逐漸提出下游制氫的發(fā)展思路。氫能開始與傳統(tǒng)能源高度融合，作為化石能源轉(zhuǎn)型過程中的一條產(chǎn)業(yè)鏈。”

憑借富集原料、低廉成本及成熟技術(shù)，煤炭行業(yè)制氫獨具優(yōu)勢，成為當(dāng)前最有效的供氫主體之一。但同時，由于生產(chǎn)過程排放大量二氧化碳，煤制氫仍存在“致命”弱點，因此被視為不完全清潔的“灰氫”。相比可再生能源制備的“綠氫”，其經(jīng)濟(jì)性雖占優(yōu)勢，清潔化程度卻遠(yuǎn)遜于前者。

如何破解？近日在中國煤炭加工利用協(xié)會主辦的“首屆中國煤制氫與氫能產(chǎn)業(yè)大會”上，記者有機(jī)會對此展開采訪。

現(xiàn)階段氫源結(jié)構(gòu)“以煤為主”

中國所用的氫氣，目前主要來自化石能源，氫源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“以煤為主”的特點。國家發(fā)改委能源研究所助理研究員符冠云表示，在全球范圍的氫源中，煤制氫比重平均占到18%左右，該數(shù)字在日本僅為6%，在我國大約62%。“根據(jù)現(xiàn)狀評估，煤制氫是最可靠、最廉價的氫氣供應(yīng)方式。”

就制氫潛力而言，彭蘇萍介紹，按照中國煤炭資源保有量1.95萬億噸計算，假設(shè)10%用于煤氣化制氫，氫能潛力約為243.8億噸。對比天然氣、電解水（按“三棄”電量來計）制氫潛力，后兩者分別估算為5.01億噸、179.82萬噸左右。而目前，在潛能遠(yuǎn)未完全發(fā)揮的情況下，中國已經(jīng)是世界第一大制氫國。據(jù)中國氫能聯(lián)盟統(tǒng)計，現(xiàn)有制氫產(chǎn)能約為2500萬噸/年。

除了煤氣化直接制氫，若將煤焦化得到的工業(yè)副產(chǎn)氫也算在內(nèi)，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表示，現(xiàn)有產(chǎn)能已能滿足氫源需求。“一個規(guī)模200萬噸/年的焦化廠，用5%的外送焦?fàn)t氣加工成氫能，就可滿足100輛出租車、300輛公交大巴、100輛物流車的供應(yīng)。”

從成本看，煤制氫同樣具備優(yōu)勢。根據(jù)煤種不同，規(guī)?；褐茪涑杀疽芽煽刂圃?.8元/立方米上下，有項目甚至低到0.4-0.5元/立方米。相比至少2元/立方米的天然氣制氫，及成本更高的電解水制氫，前者經(jīng)濟(jì)性突出。

以年產(chǎn)10億標(biāo)方氫氣的項目為例，航天長征化學(xué)工程股份有限公司市場開發(fā)部部長杜國強(qiáng)給記者算了一筆細(xì)賬：采用成熟的航天粉煤加壓氣化技術(shù)，基于煤價470元/噸、電價0.42元/度、新鮮水4元/噸的原材料價格，制氫成本僅為0.728元/立方米。

碳排放高尚未引起足夠重視

“氫風(fēng)”襲來，巨大的市場潛力和發(fā)展前景吸引大型煤企紛紛加大對氫能板塊的投入。記者發(fā)現(xiàn)，相比前期專注于技術(shù)開發(fā)，不少煤企的關(guān)注點也在不斷擴(kuò)大。

兗礦集團(tuán)水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心總工程師吳永國介紹，除了上游制氫，兗礦自主建設(shè)的首座加氫站于近期試運行，日加注能力可達(dá)500公斤。一個投資近4億元的新能源研發(fā)創(chuàng)新中心也已提上日程，未來將用于氫能技術(shù)中試放大及運營示范。

潞安集團(tuán)氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)組對外合作部部長胡卓林透露，以制氫為基礎(chǔ)，集團(tuán)計劃布局氫氣儲存設(shè)施、加氫站、建設(shè)氫燃料電池生產(chǎn)線等延伸業(yè)務(wù)，形成上下游一體化聯(lián)合。其中，4-5座加氫站預(yù)計年內(nèi)開工，電池生產(chǎn)線一期已完成可研和選址。

“氫能產(chǎn)業(yè)呼聲高、發(fā)展熱，同時也要看到一個突出問題，煤炭作為高碳能源，煤制氫產(chǎn)生的溫室氣體排放量遠(yuǎn)大于天然氣、可再生能源制氫，并未根本解決二氧化碳排放。但目前，提及和重視這一問題的地區(qū)、企業(yè)并不多。”彭蘇萍作出提醒。

韓紅梅也指出，對比原料、成本優(yōu)勢，煤制氫在碳減排方面的表現(xiàn)恰恰相反。“按照制備1公斤氫氣排放的二氧化碳量，我們劃分了4個不同檔，最低排放量小于5公斤、最高在25公斤左右。煤制氫只能在第三檔，單位碳排放量約為22公斤。”

這一現(xiàn)象也引起符冠云的注意。他認(rèn)為，如果說當(dāng)前，氫能更多作為工業(yè)原料進(jìn)行使用，未來氫將成為理想的二次能源，低碳清潔是其重要屬性。“在能源轉(zhuǎn)型的視角下，除了資源稟賦、經(jīng)濟(jì)成本、能源效率，也要考慮氫源的環(huán)境效益。在全生命周期實現(xiàn)二氧化碳減排，是不可回避的問題。如何建立一個低碳、清潔的氫能供應(yīng)體系，也是我們面臨的重要挑戰(zhàn)。”

清潔化發(fā)展需結(jié)合減碳技術(shù)

坐擁諸多優(yōu)勢，煤制氫如何揚長避短？記者了解到，介于“灰氫”與“綠氫”之間，國際公認(rèn)的另一類型是“藍(lán)氫”，即運用二氧化碳捕集、封存（下稱“CCS”）等技術(shù)，推動化石能源制氫實現(xiàn)碳中和。換言之，采用科學(xué)、合理的減碳技術(shù)，煤制氫才能真正走向清潔化。

測算顯示，當(dāng)前我國CCS技術(shù)成本約為350-400元/噸，到2030、2050年，成本有望控制在210元/噸、150元/噸。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟研究，結(jié)合煤制氫路線單位氫氣生成二氧化碳的平均比例，加入CCS的制氫成本增至15.85元/公斤左右。

結(jié)合上述條件，彭蘇萍指出，“煤制氫+CCS路線”的成本，目前與天然氣制氫相當(dāng)。但就2025-2030年的中期發(fā)展來看，煤制氫只有配合CCS技術(shù)，才可成為有效供氫主體。進(jìn)一步放眼2030-2050年，我國能源結(jié)構(gòu)將從以化石能源為主，轉(zhuǎn)向以可再生能源為主的多元格局，低碳、低成本供氫體系隨之成型。屆時，可再生能源電解水制氫將成為主體氫源，“煤制氫+CCS”等其他路線，更多作為有效補(bǔ)充。

在此基礎(chǔ)上，符冠云認(rèn)為，煤制氫近期發(fā)展仍可立足存量，滿足大規(guī)模工業(yè)用氫需求。中長期來看，應(yīng)按照“煤制氫+CCS路線”，并通過進(jìn)一步技術(shù)開發(fā)，拓展二氧化碳利用渠道，降低成本、提升效率。

此外，中國工程院院士倪維斗還提出，以煤氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)思路。煤企不一定直接制氫，也可通過煤氣化生成甲醇，再將其作為氫源進(jìn)行輸送。“甲醇實際是很好的載氫體，可作為能源直接消費，也可進(jìn)一步生成氫氣。除了減少碳排放，甲醇運輸比直接送氫更便捷，能協(xié)助解決氫能儲運難題，作為氫能經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。”