究竟該不該大規模發展煤制氫?日前在“能源中國—中國未來五年”會議上，工信部原部長、中國工業經濟聯合會會長李毅中提出，二氧化碳減排重在煤炭清潔高效利用。采用煤制氫路線，每生產1公斤氫伴生11公斤二氧化碳。在當前技術條件下，應防止盲目發展煤制氫，避免引發生態破壞、氣候變暖新的風險。


從氫源出發，世界能源理事會將氫能劃分為灰氫、藍氫與綠氫，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、技術成熟等特性，煤制氫的優勢被廣泛認可。不少煤炭企業更是將其作為轉型方向之一，紛紛加大投入。面對高碳排放的“弱點”，煤制氫能否揚長避短?


當前成本最低的制氫方式


由中國氫能聯盟發布的《中國氫能源及燃料電池產業白皮書(2019版)》(下稱《白皮書》)顯示，我國已是世界最大的制氫國，初步預測工業制氫產能為2500萬噸/年。其中，“煤制氫技術路線成熟高效，可大規模穩定制備，是當前成本最低的制氫方式”，以煤氣化制氫技術為例，按照600元/噸的煤價計算，制氫成本約為8.85元/公斤。


“煤制氫最大優勢就在于成本。根據不同煤種折算，規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，煤制氫經濟性突出。”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。石油和化學工業規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，煤制氫具備規模潛力。“氫源基礎豐富，正是我國發展氫能的優勢之一。”彭蘇萍稱，我國煤炭資源保有量約1.95萬億噸，假設10%用于煤氣化制氫，制氫潛力約為243.8億噸。而據《白皮書》預測，到2050年，我國氫氣需求量接近6000萬噸。


據中國氫能標準化技術委員會統計，在我國氫源結構中，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%;在氫能強國日本，只有6%左右的氫能來自煤炭。”中國宏觀經濟研究院能源研究所助理研究員符冠云表示，目前，我國氫源結構仍以煤為主。


高碳排放問題不可回避


煤制氫優勢突出，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“藍氫”才可使用。


對此，中國科學院院士李燦也持“不提倡”的態度。他認為，氫能產業尚處發展初期，現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、儲運、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移到前端。同時，從優化利用角度，煤炭作為寶貴的原料資源，用于制備更重要的化學品及材料才更合理。”


有無辦法解決上述矛盾?《白皮書》認為，二氧化碳捕集與封存技術(CCS)是有望實現化石能源大規模低碳利用的新技術。當前，我國CCS技術成本在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，制氫成本增至15.85元/公斤左右。不過，由于技術尚處探索和示范階段，還需通過進一步開發推動成本及能耗下降。


“站在技術層面，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。”中國科學院大連化物所節能與環境研究部部長王樹東認為，要拓展二氧化碳封存、利用渠道，并兼顧技術經濟性，未來還有較長的路要走。


減碳是提升競爭力的關鍵


“真正的‘綠氫’，一定要通過可再生能源獲得。用風、光、核產生的電能，把水電解變成氫的過程只排放氫氣，不產生二氧化碳。因此從碳減排角度出發，不建議使用煤炭等化石能源制氫。”中國科學院院士包信和進一步稱。


但同時，包信和表示，煤制氫是目前制備氫氣的重要途徑，技術相對成熟、成本相對較低，現階段不可能不用。“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化。未來隨著清潔能源成本降低，電解水逐漸有了優勢，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?符冠云認為，在能源轉型要求下，氫源選擇有四個主要依據，即適用性、經濟性、環境效益及能源效率——依據資源稟賦，供應與需求的數量、質量相互匹配;成本有效性是可否普及的最主要因素;實現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出效率。


“由此判斷，煤制氣是當前最可靠的氫能供應方式。近中期立足存量，可滿足大規模工業氫氣需求;中長期來看，重點是按照‘煤制氫+CCS’路線，通過技術研發進一步降成本、提效率。”符冠云稱。


另據中國氫能聯盟預測，到2030年左右，煤制氫配合CCS技術、可再生能源電解水制氫將成為供應主體。到2050年左右，我國將從以化石能源為主轉向可再生能源為主體的多元結構。屆時，可再生能源制氫成為主力，“煤制氫+CCS技術”、生物制氫等技術將共同作為有效補充。


“當下，在用氫需求沒有上來之前，煤炭企業應保持審慎態度，做好氫能供應和需求的研判對接，不宜大規模發展。”王樹東提醒，由于電解水制氫等方式不產生碳排放，不會因碳約束而增加成本。做好CCS等低碳技術儲備，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鍵。


中國能源報 　 作者： 朱妍