《中國耦合CCUS制氫機遇》報告：氫能和碳捕集利用與封存（CCUS）技術將互為補充地在碳達峰碳中和中發(fā)揮重要作用

3月17日，科技部中國21世紀議程管理中心聯(lián)合國際能源署（IEA）發(fā)布的《中國耦合CCUS制氫機遇》報告（以下簡稱《報告》）指出，氫能和碳捕集利用與封存（CCUS）技術將互為補充地在碳達峰碳中和中發(fā)揮重要作用。

 

氫能是今后長途運輸和重工業(yè)等行業(yè)低碳轉型的重要能源。然而，當前我國除副產氫外，大部分氫氣都來自化石能源制氫，其中又屬煤制氫最多，其制取過程的高碳排與“雙碳”目標背道而馳；我國綠氫發(fā)展雖處全球領先地位，但成本仍高于化石能源制氫近10倍，在自由市場并不具有競爭力。

 

“技術不成熟、成本高昂，綠氫發(fā)展受限。耦合CCUS制氫是現(xiàn)階段實現(xiàn)低碳氫、低成本的雙贏之法。”科技部中國21世紀議程管理中心社會事業(yè)處處長張賢如是說。

 

■■協(xié)同作用明顯

 

一直以來，制氫與CCUS技術都存在一些問題亟待解決。若氫氣產量多，則儲存壓力大；若二氧化碳大量捕集不利用，則封存壓力大。將CCUS技術引入制氫，不僅可以通過二氧化碳將氫氣轉化成液體燃料，解決儲存難題，還能同時將捕集到的二氧化碳有效利用，兩者相輔相成，具有良好的協(xié)同作用。

 

此外，CCUS與制氫的耦合也為CCUS發(fā)展提供早期低成本機會。“化石能源制氫過程中產生的二氧化碳濃度高，碳捕集較易，甚至在某些場景下無需捕集，只要進行簡單預處理就可直接使用，極大降低了CCUS的捕集成本。”張賢表示。

 

在制氫成本方面，雖然化石能源制氫引入CCUS技術后會增加額外成本，但仍遠低于可再生能源制綠氫的成本。據《報告》估計，中國煤氣化制氫的成本約為1.1-1.7美元/kgH2（折合人民幣約7-11元/kgH2）；可再生能源電力制氫的成本為3.1-9.7美元/kgH2（折合人民幣約20-62元/kgH2）；而耦合CCUS的煤制氫的成本約為1.4-3.1美元/kgH2（折合人民幣約9-20元/kgH2），介于前兩者之間。

 

“配備CCUS的制氫方式可在短期內成為中國低排放制氫的一種具有成本效益的途徑。”國家能源集團新能源技術研究院碳中和研究中心主任徐冬分析道。

 

在碳減排方面，耦合路徑的前景也十分可觀。“高捕集率和低上游排放對于最大限度地減少結合CCUS技術的化石燃料制氫技術的剩余排放至關重要。”徐冬舉例，捕集率為90%-95%的煤制氫二氧化碳排放量可降至1.0-2.2kgCO2/kgH2。

 

“除碳減排作用外，氫能和CCUS技術的耦合還同時催生了CCUS和氫能產業(yè)的基礎設施建設。”張賢表示，制氫后儲、運、用相結合的一系列設備建設營造了商業(yè)模式，為將來綠氫發(fā)展做好鋪墊；而CCUS技術不論跟氫、電廠還是水泥、鋼鐵等進行耦合，都需要工程經驗的積累和碳捕集工藝的改良，這為后續(xù)CCUS技術成本的下降打下基礎。在此過程中建設的二氧化碳運輸管道、封存井等，為后續(xù)其他電廠等接入管道降低了成本，打下了基礎。

 

■■缺乏價格信號

 

目前，煤制氫耦合CCUS技術在全球范圍內尚未投入示范工程應用，但已有學者對其開展了可行性研究。

 

“耦合CCUS制氫與公眾所理解的可持續(xù)發(fā)展理念契合度較低，缺乏公眾的認可。這或將對未來我國化石能源的相關政策環(huán)境造成影響，限制煤制氫與CCUS技術的大規(guī)模集成應用。”徐冬表示，當前CCUS技術還面臨應對氣候變化窗口期關閉的風險。“近年來可再生能源在中國及全球范圍內發(fā)展迅速，技術逐漸成熟、成本大幅降低、市場占比不斷擴大，而CCUS技術在全球范圍內進展較緩，部署規(guī)模低于預期。煤制氫與CCUS技術的集成應用潛力或將受到制約，這也將會影響我國氫能產業(yè)的發(fā)展。”

 

在融資方面，因國內缺少區(qū)分灰氫、綠氫、藍氫的市場機制，藍氫即耦合CCUS制氫的市場活力無法被激發(fā)。“市場上對氫氣來源無法區(qū)分，也尚無明確的具有綠氫、藍氫傾向的價格信號，這是當下耦合CCUS制氫路徑融資的最大問題。”張賢說。

 

“隨著CCUS技術的發(fā)展，國內的CCUS示范項目已從2021年底的49個增長到了2022年底的104個。”張賢認為，接下來，CCUS示范項目的范圍將持續(xù)擴展，加之國內已制定了低碳氫的標準，積極的市場信號或將釋放，耦合CCUS制氫項目或將提上日程。

 

值得注意的是，目前氫能的主要用途為工業(yè)原料，與電市場不同，工業(yè)領域的碳市場建設剛剛起步，何時能給出明確碳價備受關注。

 

■■需共同發(fā)力

 

“制氫和CCUS的耦合屬跨領域，涉及許多能源系統(tǒng)的子部門，因此在技術、基礎設施和市場各方面均需進行突破，實施相關政策鼓勵制氫和CCUS技術協(xié)同的發(fā)展，支持低排放燃料和產品制備。”徐冬建議，一是現(xiàn)有制氫設施的CCUS技術改造動力不足，亟需政策支持；二是加強二氧化碳管道基礎設施建設。根據排放源和潛在封存場地的位置，圍繞產業(yè)集群進行規(guī)劃，并選擇合適的運營模式；三是促進低排放氫市場開發(fā)和融資?？赏ㄟ^公共采購、退稅、實行低排放氫消費強制性配額等政策工具建立和擴大低排放氫市場，通過可持續(xù)債務和過渡金融市場幫助企業(yè)籌資研發(fā)低排放技術。

 

中國科學院武漢巖土力學研究所研究員魏寧則認為：“經濟問題一般需通過技術進步與產業(yè)化戰(zhàn)略共同解決。一方面，可通過技術進步、規(guī)模效應、產業(yè)集群化和多能源與資源耦合等過程，大幅降低耦合CCUS制氫成本；另一方面，激勵與支持政策、法律法規(guī)、低碳與零碳經濟的深化將促使藍氫和綠氫的收益提升，共同解決其面臨的經濟問題。”

 

張賢則建議，從技術發(fā)展的角度看待CCUS技術與氫耦合的多重社會效益。在兩者技術發(fā)展過程中，要統(tǒng)籌兼顧，在協(xié)同發(fā)展的過程中尋找技術組合的最佳集成方案。