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加工利用
煤制氢如何撕下“高碳”标签
2020-07-17 10:09:17   来源: 中国能源报

   究竟该不该大规模发展煤制氢?日前在“能源中国—中国未来五年”会议上,工信部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中提出,二氧化碳减排重在煤炭清洁高效利用。采用煤制氢路线,每生产1公斤氢伴生11公斤二氧化碳。在当前技术条件下,应防止盲目发展煤制氢,避免引发生态破坏、气候变暖新的风险。

  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。”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(2019版)》(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。
  据中国氢能标准化技术委员会统计,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助理研究员符冠云表示,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。
  “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。
  减碳是提升竞争力的关键
  “真正的‘绿氢’,一定要通过可再生能源获得。用风、光、核产生的电能,把水电解变成氢的过程只排放氢气,不产生二氧化碳。因此从碳减排角度出发,不建议使用煤炭等化石能源制氢。”中国科学院院士包信和进一步称。
  但同时,包信和表示,煤制氢是目前制备氢气的重要途径,技术相对成熟、成本相对较低,现阶段不可能不用。“全世界一年使用氢气5000亿立方米左右,96%来自化石能源,其中很大一部分来自于煤转化。未来随着清洁能源成本降低,电解水逐渐有了优势,才具备与化石能源制氢的可比性。”
  既然如此,能不能用好煤制氢?符冠云认为,在能源转型要求下,氢源选择有四个主要依据,即适用性、经济性、环境效益及能源效率——依据资源禀赋,供应与需求的数量、质量相互匹配;成本有效性是可否普及的最主要因素;实现全生命周期的污染物及二氧化碳减排;尽可能提高能源投入产出效率。
  “由此判断,煤制气是当前最可靠的氢能供应方式。近中期立足存量,可满足大规模工业氢气需求;中长期来看,重点是按照‘煤制氢+CCS’路线,通过技术研发进一步降成本、提效率。”符冠云称。
  另据中国氢能联盟预测,到2030年左右,煤制氢配合CCS技术、可再生能源电解水制氢将成为供应主体。到2050年左右,我国将从以化石能源为主转向可再生能源为主体的多元结构。届时,可再生能源制氢成为主力,“煤制氢+CCS技术”、生物制氢等技术将共同作为有效补充。
  “当下,在用氢需求没有上来之前,煤炭企业应保持审慎态度,做好氢能供应和需求的研判对接,不宜大规模发展。”王树东提醒,由于电解水制氢等方式不产生碳排放,不会因碳约束而增加成本。做好CCS等低碳技术储备,降低减排成本及能效损失,对于提升煤制氢的竞争力更显关键。


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