《中国耦合CCUS制氢机遇》报告：氢能和碳捕集利用与封存（CCUS）技术将互为补充地在碳达峰碳中和中发挥重要作用

3月17日，科技部中国21世纪议程管理中心联合国际能源署（IEA）发布的《中国耦合CCUS制氢机遇》报告（以下简称《报告》）指出，氢能和碳捕集利用与封存（CCUS）技术将互为补充地在碳达峰碳中和中发挥重要作用。

 

氢能是今后长途运输和重工业等行业低碳转型的重要能源。然而，当前我国除副产氢外，大部分氢气都来自化石能源制氢，其中又属煤制氢最多，其制取过程的高碳排与“双碳”目标背道而驰；我国绿氢发展虽处全球领先地位，但成本仍高于化石能源制氢近10倍，在自由市场并不具有竞争力。

 

“技术不成熟、成本高昂，绿氢发展受限。耦合CCUS制氢是现阶段实现低碳氢、低成本的双赢之法。”科技部中国21世纪议程管理中心社会事业处处长张贤如是说。

 

■■协同作用明显

 

一直以来，制氢与CCUS技术都存在一些问题亟待解决。若氢气产量多，则储存压力大；若二氧化碳大量捕集不利用，则封存压力大。将CCUS技术引入制氢，不仅可以通过二氧化碳将氢气转化成液体燃料，解决储存难题，还能同时将捕集到的二氧化碳有效利用，两者相辅相成，具有良好的协同作用。

 

此外，CCUS与制氢的耦合也为CCUS发展提供早期低成本机会。“化石能源制氢过程中产生的二氧化碳浓度高，碳捕集较易，甚至在某些场景下无需捕集，只要进行简单预处理就可直接使用，极大降低了CCUS的捕集成本。”张贤表示。

 

在制氢成本方面，虽然化石能源制氢引入CCUS技术后会增加额外成本，但仍远低于可再生能源制绿氢的成本。据《报告》估计，中国煤气化制氢的成本约为1.1-1.7美元/kgH2（折合人民币约7-11元/kgH2）；可再生能源电力制氢的成本为3.1-9.7美元/kgH2（折合人民币约20-62元/kgH2）；而耦合CCUS的煤制氢的成本约为1.4-3.1美元/kgH2（折合人民币约9-20元/kgH2），介于前两者之间。

 

“配备CCUS的制氢方式可在短期内成为中国低排放制氢的一种具有成本效益的途径。”国家能源集团新能源技术研究院碳中和研究中心主任徐冬分析道。

 

在碳减排方面，耦合路径的前景也十分可观。“高捕集率和低上游排放对于最大限度地减少结合CCUS技术的化石燃料制氢技术的剩余排放至关重要。”徐冬举例，捕集率为90%-95%的煤制氢二氧化碳排放量可降至1.0-2.2kgCO2/kgH2。

 

“除碳减排作用外，氢能和CCUS技术的耦合还同时催生了CCUS和氢能产业的基础设施建设。”张贤表示，制氢后储、运、用相结合的一系列设备建设营造了商业模式，为将来绿氢发展做好铺垫；而CCUS技术不论跟氢、电厂还是水泥、钢铁等进行耦合，都需要工程经验的积累和碳捕集工艺的改良，这为后续CCUS技术成本的下降打下基础。在此过程中建设的二氧化碳运输管道、封存井等，为后续其他电厂等接入管道降低了成本，打下了基础。

 

■■缺乏价格信号

 

目前，煤制氢耦合CCUS技术在全球范围内尚未投入示范工程应用，但已有学者对其开展了可行性研究。

 

“耦合CCUS制氢与公众所理解的可持续发展理念契合度较低，缺乏公众的认可。这或将对未来我国化石能源的相关政策环境造成影响，限制煤制氢与CCUS技术的大规模集成应用。”徐冬表示，当前CCUS技术还面临应对气候变化窗口期关闭的风险。“近年来可再生能源在中国及全球范围内发展迅速，技术逐渐成熟、成本大幅降低、市场占比不断扩大，而CCUS技术在全球范围内进展较缓，部署规模低于预期。煤制氢与CCUS技术的集成应用潜力或将受到制约，这也将会影响我国氢能产业的发展。”

 

在融资方面，因国内缺少区分灰氢、绿氢、蓝氢的市场机制，蓝氢即耦合CCUS制氢的市场活力无法被激发。“市场上对氢气来源无法区分，也尚无明确的具有绿氢、蓝氢倾向的价格信号，这是当下耦合CCUS制氢路径融资的最大问题。”张贤说。

 

“随着CCUS技术的发展，国内的CCUS示范项目已从2021年底的49个增长到了2022年底的104个。”张贤认为，接下来，CCUS示范项目的范围将持续扩展，加之国内已制定了低碳氢的标准，积极的市场信号或将释放，耦合CCUS制氢项目或将提上日程。

 

值得注意的是，目前氢能的主要用途为工业原料，与电市场不同，工业领域的碳市场建设刚刚起步，何时能给出明确碳价备受关注。

 

■■需共同发力

 

“制氢和CCUS的耦合属跨领域，涉及许多能源系统的子部门，因此在技术、基础设施和市场各方面均需进行突破，实施相关政策鼓励制氢和CCUS技术协同的发展，支持低排放燃料和产品制备。”徐冬建议，一是现有制氢设施的CCUS技术改造动力不足，亟需政策支持；二是加强二氧化碳管道基础设施建设。根据排放源和潜在封存场地的位置，围绕产业集群进行规划，并选择合适的运营模式；三是促进低排放氢市场开发和融资。可通过公共采购、退税、实行低排放氢消费强制性配额等政策工具建立和扩大低排放氢市场，通过可持续债务和过渡金融市场帮助企业筹资研发低排放技术。

 

中国科学院武汉岩土力学研究所研究员魏宁则认为：“经济问题一般需通过技术进步与产业化战略共同解决。一方面，可通过技术进步、规模效应、产业集群化和多能源与资源耦合等过程，大幅降低耦合CCUS制氢成本；另一方面，激励与支持政策、法律法规、低碳与零碳经济的深化将促使蓝氢和绿氢的收益提升，共同解决其面临的经济问题。”

 

张贤则建议，从技术发展的角度看待CCUS技术与氢耦合的多重社会效益。在两者技术发展过程中，要统筹兼顾，在协同发展的过程中寻找技术组合的最佳集成方案。