绿氢发展机遇与挑战并存

  [中国石化新闻网2023-05-16]
  编者按：氢能作为清洁可再生能源，是可持续未来的理想能源之一。其具有无污染、储量丰富、储运灵活等优点，在日常生活和产业活动中应用广泛。当前，全球多国正在稳步推进氢能技术研发，尝试建立全球化氢能供应链；诸多石油公司也纷纷抢滩布局与氢能相关的市场，力图在氢能领域占得技术与市场先机。
  □王玮
  当前，相较传统的煤、石油、天然气等一次能源，氢能在能源系统中的占比还较低。但在全球积极推进碳中和进程以应对气候变化的背景下，氢能正在扮演越来越重要的角色。特别是从制备到使用全生命周期零碳排放的绿氢，在助力全球减碳目标实现的道路上前景可期。
  绿氢产业蓬勃发展
  目前，全球约98%的氢能是通过碳密集型方法，就是使用天然气或煤为原料生产的（被称为灰氢），全球其余2%的氢能则通过电解方式（一种将水分解成氢气和氧气的化学反应）生产。如果所用的电量全部来自可再生能源，如太阳能或风能，则作为最终产物的氢能可称为清洁氢能或绿氢。如果在灰氢的基础上使用CCUS（碳捕集、利用与封存）技术进行脱碳，就是蓝氢。但这大幅增加了制氢成本，因此蓝氢在氢能源中占比也非常低。
  在长期确定性的“双碳”目标指引下，氢能发展正在不断增速。特别是近两年，各地风光储氢一体化新能源投资项目异常火热，新能源投资商纷纷积极布局并参与绿氢投资。这主要基于以下一些原因。
  首先，随着发电效率提升及大型装备价格的下降，新能源平准化度电成本（LCOE）逐渐下降，绿氢产品的制备成本也不断下降，让绿氢及下游产品等在某些场景应用有了商业投资的价值。
  其次，由于资源时空分布不均等因素，我国东北、西北等风光资源优越的地区，距离电力负荷中心东部沿海地区较为遥远，需要长距离送电。虽然我国特高压建设领先全球，但依旧滞后于新能源电站建设的速度。因此，这些区域面临有新能源发电资源却无法外送的尴尬。电解制氢由于耗电量大，成为就地消纳的能源转化方式，而氢能就成为新的能源载体，向下游行业延伸。各新能源投资商为了获取更多新能源投资指标，必须进行风光储氢等一体化投资。
  此外，作为朝阳产业，绿氢产业链引起了各地政府的关注，纷纷将绿氢发展纳入当地碳达峰碳中和规划方案，并通过绿氢下游产品投资带动本地绿氢产业链的发展。
  成本高企瓶颈显现
  无论是在全球范围内还是在我国，绿氢在氢能版图中的占比均较低，这主要是由于绿氢的生产成本较高。按照目前国内市场电价来电解制氢，成本远高于各种灰氢。然而，在目前的氢能及下游产品市场中，无论何种制氢来源的产品都在同一个基准和边界条件下进行竞争，并没有考虑不同来源的制氢方式对碳排放的影响，这也限制了绿氢的发展。
  从目前的氢能应用来看，主要应用场景包括交通领域的氢能汽车，化工领域的制备氨、甲醇、烯烃等。在下游的应用端，氢、氨、甲醇等，都不看其是“绿”还是“灰”，虽不同“源”却都在同一标准下比价。从不同来源的制氢成本来看，灰氢的制氢成本大约在10至15元/千克，主要影响因素是煤、天然气的价格。绿氢的制备成本主要包括用电成本、用水成本、投资折旧成本等，其中以电价为主要成本。在目前的工艺水平下，电价为0.4元/千瓦时，绿氢成本大约为25元/千克；电价为0.2元/千瓦时，绿氢成本大约为15元/千克。对于新能源发电制氢，电价成本中需要考虑政策性补贴、政府性基金、容量电费以及部分下网电费等。在中短期内，0.2元/千瓦时的电价成本实现难度还较大，或者说仅在极少数风光资源优越的“三北”区域可以实现，因此绿氢成本在未来很长一段时间内将远高于灰氢。绿氢与灰氢在同一价格体系下竞争，而不考虑不同制氢路径的环境效应，造成了绿氢在消纳端的困境，限制了绿氢的发展。
  绿色价值亟待转化
  氢能在低碳未来中发挥潜力的前提是实现氢能的零碳生产，这就需要充分考虑不同来源氢能的环境效应价值。灰氢的使用对降低碳排放没有太多益处，生产1千克灰氢，将排放5至11千克二氧化碳；而绿氢则可以帮助实现减碳目标，绿氢在制取过程中几乎不产生二氧化碳。
  绿氢的发展需要“开源节流”，即在不断降低绿氢成本的同时获取零碳燃料的绿色增量价值。随着全球供应链对ESG要求的不断提升，全球工业领域对绿氢、绿氨、绿甲醇等零碳产品的需求正在不断增加，而这些获得准入的零碳产品，可以在国际市场获取绿色溢价，并且这个市场正在呈现逐渐扩大的趋势。
  碳排放权交易市场是实现绿色价值的重要方式之一。将生产灰氢的行业纳入碳市场，用碳价来体现绿色价值是可行之举。但这需要两个前提：一是碳价必须维持在一定水平以上，较为合理的碳价约为200元/吨二氧化碳；二是采取配额拍卖即配额有偿分配机制，通过拍卖有偿分配碳配额释放绿色价值。此外，还可以开发绿氢、绿氨、绿甲醇等项目减排方法学，通过自愿减排项目的收益实现绿色价值。近期，生态环境部发布《关于公开征集温室气体自愿减排项目方法学建议的函》，这是国家核证自愿减排量（CCER）迈出重启的第一步，是在为下一步重启自愿减排项目备案做准备工作，未来将更有利于实现零碳产品的减排收益。
  “双碳”目标是市场与政府双轮驱动的，绿氢产业链的发展同样如此。从绿氢和下游产品的消纳及应用场景来看，化工与交通是氢能的主要应用领域。除了通过绿氢认证体现绿氢产品的碳资产价值之外，适当的政策性准入或财政补贴也必不可少，以更切实地支持绿氢产业的发展。例如，政府公务用车或公共交通用车可优先使用氢能车；政府采购可将相关产品的碳足迹列为采购的衡量标准之一；对于合成氨、甲醇等行业，在控制原有产能的同时，应允许通过绿氢方式扩大产能。
  （作者为中国环境学会碳中和专委会专家委员会成员）