碳中和背景下:“氢能”与“煤化工”双链起舞

2021-04-15 08:46 绿创碳和
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“碳达峰、碳中和”目标,是党中央做出的重大战略决策,不仅是一个应对气候变化的目标,更是一个经济社会发展的战略目标,体现了我国未来发展的价值方向,是一项重大的政治任务。实现“碳达峰、碳中和”,是构建人类命运共同体的伟大实践,树立了负责任的大国形象,彰显了大国担当;是推动我国从工业文明迈入生态文明的重要转变,符合人类社会发展规律,顺应人民群众对美好生活的期盼;是推进我国经济社会发展动力转换的重要引擎,推动疫情后世界经济“绿色复苏”,实现“碳达峰、碳中和”,是一项复杂艰巨的系统工程,面临诸多严峻挑战。我国二氧化碳排放量占全球的30%左右,超过美国、欧盟、日本的总和,从“碳达峰”到“碳中和”仅有30年时间,必须付出艰苦努力。欧美主要国家已完成工业化,经济增长与碳排放脱钩;我国尚处于工业化阶段,经济发展与碳排放仍存在强耦合关系,必须探索一条经济持续稳定增长情况下,又能实现碳减排的务实路径。


01

碳中和重在煤炭


我国具有“富煤、贫油、少气”的资源特征,2019年中国煤炭、原油和天然气消费量分别为28.1、9.2和3.9亿吨标准煤,煤炭消耗量占据主导地位。碳中和视角下,煤炭行业将承担主要的减排任务,未来煤炭指标面临压缩。


众所周知,我国煤炭资源较为丰富,煤炭是我国主体能源和重要工业原料。专家指出,煤化工里的煤原料可利用的成分占70%-80%,利用率并不高,有一部分灰分、杂质类的物质无法利用。在生产过程中,会产生很多废气、废渣、废水和固体废弃物。结合我国确立的“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”目标。未来减少二氧化碳排放重在工业,重在煤炭清洁高效利用。


02

煤化工行业技术升级


碳中和必然会加速煤化工行业的技术升级,没有技术优势的企业如果不进行技术升级,就只能去购买碳指标,那碳价自然就会水涨船高,可能比技术改造还要贵。通过先进的技术工艺,提高煤炭资源的利用率、降低产品的炭单耗不仅是实现碳中和的要求,也是企业构筑竞争壁垒的基础。新兴的现代煤化工升级示范项目全面实现了烟气超低排放、污废水“近零”排放和VOCs治理;同时在大力推进绿色低碳生产和清洁高效利用的新工艺、新装备、新技术,取得重大成果。技术工艺是煤化行业实现碳中和的基础,构建低碳循环、清洁高效的化工体系,才是实现碳中和目标的切实路径,同时也是产业的核心竞争力所在。一体化产业协同下的高效循环经济,才能够构筑了强大的成本护城河。


03

氢能是最终解决方案


氢能应该是“碳中和”的最终解决方案。我们认为要实现能源最终的能源碳中和必须在非电领域推动新的技术发展和应用,目前来看主要有三个解决方案,分别是氢能源、碳捕捉和生物质。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。从发展来看,灰氢不可取,蓝氢可以用,废氢可回收,绿氢是方向。综合成本视角下,煤制气是当前最可靠的氢能供应方式。


04

“灰氢”、“蓝氢”、“绿氢”


“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。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。”


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。


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。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。


05

“煤制氢+CCS”


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。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。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。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。 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。


06

煤制氢的潜力与未来


煤制氢具备规模潜力,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。 目前,我国氢源结构仍以煤为主,但一窝蜂上马煤制氢的行为既不理智,也不是正确方向。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。”


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,因为是当前成本最低的制氢方式。不少煤炭企业更是将其作为转型方向之一,纷纷加大投入。中国工程院院士彭苏萍认为“煤制氢**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。”


面对高碳排放的“弱点”,煤制氢能否扬长避短? 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**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。 从能效水平来看,煤制氢也有一定竞争力,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。

绿创碳和充分发挥碳减排技术输出的“桥梁”和“纽带”作用,带动产业链、供应链上下游,加快生产清洁化、能源利用高效化,促进技术创新、机制创新、模式创新,系统梳理工业各环节节能减排清单,深入挖掘节能减排潜力,建设互联互通、共享互济的碳达峰与碳中和服务生态。绿创碳和加强碳减排方法研究,为产业链上下游提供碳减排服务,加强规划设计、建设运行、运维检修各环节绿色低碳技术研发,实现全过程节能、节水、节材、节地和环境保护。加快碳捕捉、封存和二次利用技术进步,推广采用高效节能设备,充分利用清洁能源解决用能需求。打造碳减排的数字平台,全面接入煤、油、气、电等能源数据,汇聚全产业链排放信息,支持碳资产管理、碳交易、绿证交易、绿色金融等新业务,推动碳减排领域数字化水平,服务于重点行业减排体系的构建。


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