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綠氫“牽手”化工大有可為

2023-08-21 09:22  來(lái)源:中國(guó)能源報(bào)  瀏覽:  

耦合綠氫是助力化工行業(yè)深度脫碳的有效路徑。

國(guó)家發(fā)改委等六部門日前發(fā)布的《推動(dòng)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展》提出,要推動(dòng)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展,在資源稟賦和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好的地區(qū),推動(dòng)現(xiàn)代煤化工與可再生能源、綠氫等耦合創(chuàng)新發(fā)展。

當(dāng)前,包括煤化工、煉油、合成氨、甲醇等在內(nèi)的化工行業(yè),均是用氫大戶。但由于我國(guó)目前更多依賴化石能源制氫,即灰氫,生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量較大。因此,在業(yè)內(nèi)看來(lái),耦合綠氫是助力化工行業(yè)深度脫碳的有效路徑。

公開(kāi)信息顯示,目前,包括中國(guó)石化、中煤集團(tuán)等在內(nèi)的大型能源企業(yè)均在布局相關(guān)示范項(xiàng)目,探索通過(guò)電解水制綠氫、綠氫耦合化工,助力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。

將灰氫升級(jí)為綠氫

中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)氫能中心發(fā)布的《綠氫促進(jìn)化工行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型》顯示,2020年,中國(guó)化工行業(yè)的碳排放量約為13.8億噸,占全國(guó)碳排放總量的13.4%,其中直接排放9.18億噸,電力排放4.6億噸,在工業(yè)領(lǐng)域的碳排放量?jī)H次于冶金行業(yè),減碳?jí)毫薮蟆5珎鹘y(tǒng)的減碳措施不足以實(shí)現(xiàn)化工行業(yè)的凈零排放,在此背景下,可再生能源驅(qū)動(dòng)的綠氫有望發(fā)揮重要作用。

數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)前我國(guó)每年氫氣產(chǎn)量約3340萬(wàn)噸,其中80%用于石油煉化、合成氨、合成甲醇、現(xiàn)代煤化工等化工領(lǐng)域,而這部分氫氣主要通過(guò)煤炭、天然氣等原料制取,制取每公斤氫氣的碳排放強(qiáng)度約為10—20公斤。

大連化物所研究員王集杰對(duì)《中國(guó)能源報(bào)》記者表示:“以煤制甲醇為例,目前我國(guó)甲醇的表觀消費(fèi)量接近1億噸,煤制甲醇的產(chǎn)能有8000多萬(wàn)噸。煤本身碳多氫少,如果生產(chǎn)甲醇,額外需要很多氫。現(xiàn)有煤化工工藝是先做煤氣化,再做水氣變換,用一氧化碳和水生產(chǎn)二氧化碳和氫氣,生產(chǎn)1噸甲醇大概要產(chǎn)生2.6噸左右的二氧化碳。”

“該路線有兩個(gè)明顯不足:一是二氧化碳排放強(qiáng)度偏大,二是煤炭的碳資源屬性沒(méi)有被利用好,因?yàn)樗远趸嫉男问脚欧诺酱髿庵校](méi)有進(jìn)入甲醇。這就是現(xiàn)有煤化工技術(shù)的弊端。”王集杰說(shuō),“但如果能跟綠氫耦合,煤炭只提供碳資源和少量的氫,更多的氫由綠電通過(guò)電解水制氫來(lái)提供。這樣不僅可以把煤炭資源省下來(lái),而且還可以減少二氧化碳排放。這是符合碳中和要求的煤化工發(fā)展的必經(jīng)之路。”

關(guān)鍵在于降低綠氫成本

據(jù)了解,當(dāng)前多家大型能源企業(yè)均有綠氫耦合化工的相關(guān)項(xiàng)目布局。比如,中石化在新疆庫(kù)車的綠氫示范項(xiàng)目,用光伏發(fā)電,電解水制取綠氫后,用于替代塔河煉化公司的天然氣制氫;中煤集團(tuán)位于鄂爾多斯的10萬(wàn)噸/年二氧化碳加綠氫制甲醇技術(shù)示范項(xiàng)目,規(guī)劃225兆瓦風(fēng)電、400兆瓦光伏發(fā)電制綠氫,用于下游合成甲醇。

不過(guò),多位受訪者表示,目前綠氫的制取成本相對(duì)較高,并不具備經(jīng)濟(jì)性。

清華大學(xué)化工系副研究員唐城在接受《中國(guó)能源報(bào)》記者采訪時(shí)指出:“綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是與高耗能高排放工業(yè)相結(jié)合,目前新疆、寧夏、內(nèi)蒙古等地已有多個(gè)綠氫耦合煤化工、合成氨、煉化、氫冶金的技術(shù)示范項(xiàng)目開(kāi)工。但目前電解水制氫成本仍然偏高,是化石能源制氫的3—5倍,且現(xiàn)有電解槽裝備對(duì)波動(dòng)性光伏和風(fēng)電的適應(yīng)性較差,主要還是以市電為主,并不是真正意義上的綠氫。”

王集杰表示:“整體上看,在綠氫的成本構(gòu)成中,電費(fèi)占70%,設(shè)備投入、其他運(yùn)行成本占30%。在西部風(fēng)光資源較好的內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、青海、新疆一帶,光伏發(fā)電每度已經(jīng)低于2毛錢,風(fēng)電略高一點(diǎn)。如果按1方氫耗5度電來(lái)算,制1方氫氣的整體成本為1.4元左右,而煤制氫的成本大概是每方0.6—0.8元。另外,由于可再生能源發(fā)電存在間歇性,尚無(wú)法保證生產(chǎn)的連續(xù)性。因此,現(xiàn)在一些項(xiàng)目會(huì)使用部分市電讓電解槽盡量連續(xù)運(yùn)行,這樣一來(lái),成本就更高了,而且這也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的氫并不是真正意義上的綠氫。”

仍需技術(shù)和政策雙重發(fā)力

在受訪的專家看來(lái),在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)背景下,綠氫耦合化工發(fā)展是必然趨勢(shì),但若要大規(guī)模推廣,仍需在技術(shù)上多發(fā)力。

“電解槽的技術(shù)亟需面向產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)創(chuàng)新升級(jí),如催化材料、極板、隔膜、密封、系統(tǒng)等,這從根本上決定了電解水制氫的安全性、綠色性和經(jīng)濟(jì)性。”唐城指出。

王集杰表示:“目前主流的堿液電解水制氫和PEM電解水制氫均存在不足。PEM電耗低、響應(yīng)快,但成本高、規(guī)模小,堿液成本低、規(guī)模大,但能耗高、響應(yīng)慢。若要推動(dòng)綠氫整體成本下降,一是要不斷降低綠電成本;二是要降低每方氫的能耗,提高效率;三是要提高電解槽的單槽規(guī)模。”

與此同時(shí),綠氫耦合化工大規(guī)模發(fā)展也離不開(kāi)政策支持。

“從政策上講,需要明確氫能定位、加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),綠氫兼具能源和化學(xué)屬性,是支撐電力系統(tǒng)低碳化和用能終端電氣化的核心技術(shù)。在產(chǎn)業(yè)布局上,要避免單一化、同質(zhì)化,既要打通氫能‘制-儲(chǔ)-運(yùn)-用’全產(chǎn)業(yè)鏈,也要推進(jìn)‘電-氫-化-熱’深度融合,提高綠氫的綜合利用效率、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和減排降碳貢獻(xiàn)。”唐城指出。

王集杰還建議:“目前我國(guó)的碳稅制度尚不健全,應(yīng)有序推行覆蓋全領(lǐng)域的碳稅或碳交易。否則,綠氫做起來(lái)就沒(méi)有動(dòng)力,單靠經(jīng)濟(jì)性,目前肯定沒(méi)法跟傳統(tǒng)能源比。”

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