石化企业如何赶上氢能春风？

文/赵聪明我国石化集团经济技术研讨院有限公司，当代石油石化

近年来，氢能在国际动力转型中的方位日益凸显。氢能的运用被视作与化石燃料清洁低碳运用、可再生动力规模化运用相并行的一种可继续动力运用途径。根据制取途径的不同，氢能一般分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。

以化石动力为质料，通过蒸汽甲烷重整（SMR）或自热重整（ATR）等方法制作的氢气本钱较低，但碳强度较高，被称为“灰氢”。“蓝氢”是由化石动力出产，通过运用碳捕集等技术，下降全生命周期的碳排放。在合成气或燃料气中的残余碳被捕集并用于后续运用或存储，以减少温室气体排放。“蓝氢”作为一种减少碳排放切实可行的方法，在动力转型中占有重要方位。“绿氢”是由可再生动力产生，如可再生电力或许碳中性的动力。别的还有“青氢”和“粉氢”之说，“青氢”是指熔融的金属与天然气热解，得到氢气和副产物固体碳，由于副产物碳以固体方法存在，不需求额定的碳捕集设备，因此被以为介于“蓝氢”和“绿氢”之间，现在还处于研发阶段；“粉氢”是指运用核能发电再电解水得到的氢气。

1、全球氢能打开现状

近年来，跟着全球气候变暖和对动力安全方面的考量，以及氢能全工业链技术的不断前进，氢能工业在全球范围内升温，美国、日本、欧盟等国家及区域相继拟定了氢能打开战略。

1.1、美国

作为全球第一大经济体的美国，十分重视氢能工业的打开，在继续推动氢能技术研发和工业推广的一同，一向加强在全球氢能领域的影响力。

1970年石油危机后，美国便提出了“氢经济”概念，开始布局氢能技术研讨，资助与氢能相关的研讨项目。1974年安排召开了第一次国际氢能会议，并于同年底，树立迄今为止前史最悠长的国际氢能安排——国际氢能协会（IAHE）。

2001年起，美国便形成了较完好的推动氢能打开的国家政策、法令和科研计划系统，承认氢能为国家战略，引导动力系统向氢能经济过渡。2002年，美国动力部（DOE）发布《国家氢能打开路途图》，标志着美国氢能工业从设想进入行为阶段。2004年DOE发布《氢态度计划》，明晰氢能工业打开要通过研发演示、商场转化、根底制作和商场扩张、完结向氢能社会转化等4个阶段。

2005年，美国两院通过了动力政策法案，要求轿车制作企业在2015年完结氢燃料电池轿车的商场化。2012年，联邦政府预算63亿美元用于氢能、燃料电池等清洁动力的研发，并对美国境内氢能根底设备施行30%~50%的税收抵免。2019年，宣告为29个项目供给约4000万美元资金，并在同年发布的《美国氢能经济路途图》中，还分外侧重了氢能作为可再生动力在多个领域的适用性。

现在，美国现已树立起以国家实验室为主，大学和企业研讨院所为辅的科研系统。自2006年以来，其支撑的各类项目燃料电池本钱下降一半、耐用性翻倍、所需铂金属量也显著减少。美国在氢能全工业链中的代表性企业有供给氢能根底设备解决计划的AirProducts、以叉车燃料电池为主的PlugPower、固定式燃料电池为主的FuelCellEnergy、BloomEnergy等大型燃料电池出产企业，以GE为代表的主机厂等。

到2019年底，美国加氢站数量抵达71个，燃料电池乘用车保有量约8000辆，燃料电池大巴42辆，燃料电池叉车逾越29000辆。而根据路途图规划，2025年，美国燃料电池轿车运营数目将抵达20万辆，叉车抵达12.5万辆，制作加氢站1180座，氢气需求抵达1300万吨。2030年，燃料电池轿车抵达530万辆，加氢站7100座，氢气需求抵达1700万吨。2050年，氢气需求抵达6300万吨，产量7500亿美元。完结氢能大规模运用。

此外，美国的液氢工业十分发达，产能居于全球首位，有15座以上的液氢工厂，产能达326吨/天以上，占国际液氢产能的65%以上。

1.2、日本

日本在全球氢能工业打开中表现杰出，国家政策导向明晰，氢能工业已成系统。近年来日本连续提出明晰的氢能战略和打开路途图。2013年，推出《日本再复兴战略》，前进氢动力打开为国策。2014年，在第四期《动力底子计划》中，将氢动力定位为与电力和热能并排的二次中心动力，并提出制作“氢能社会”的愿景。同年，对外发布的《氢能/燃料电池战略打开路途图》中，详细描述了氢动力研发推广的三大阶段以及每个阶段的战略政策。2017年，发布了《氢动力底子战略》（见表1），为全球首例，提出了2050年愿景和2030年行为计划，在氢能供给和氢能运用方面提出了详细的政策。

综上，近年来日本氢能打开战略、工业政策的关键在于侧重下降工业链各环节本钱，并且开始形成了相对完好的氢能工业链系统。氢气制取方面首要选用化石动力（天然气、LPG）制氢和工业富产氢，供给链战略关键是树立根据海外氢气供给、可再生动力制氢以及区域氢气供给三大供给系统。储运方面除高压储运外，关键开发液化氢、液体有机化合物储运和氨储运。在氢能运用领域，关键开发燃料电池乘用车和燃料电池热电联供系统，其间，最具代表性企业有丰田、本田以及Ene–farm。在参加拟定《全球氢能和燃料电池技术标准》和《联合国氢能和燃料电池轿车标准》的一同，日本形成了国内完善的标准法规系统。

1.3、欧盟

为了更好地应对动力和气候改变的应战，欧盟把氢能和燃料电池技术作为动力转型的战略技术。2002年，欧盟发布了《氢能和燃料电池—我们未来的前景》，拟定了欧洲向氢经济过渡的近期（2000–2010年）、中期（2010–2020年）和长时刻（2020–2050年）三个首要研发政策和演示路途图。

2016年，欧盟发布《可再生动力指令》，将氢能作为动力系统的重要组成部分。2019年，燃料电池和氢能联合安排发布《欧洲氢能路途图—欧洲动力转型的可继续打开途径》，估量到2030年氢能可占毕竟动力需求的6%，发明1300亿欧元的商场，加氢站数量逾越750座；2050年可占毕竟动力需求的24%，发明8200亿欧元的商场。估量2050年完结4500万辆燃料电池乘用车、650万辆轻型商用车、25万辆燃料电池公交车、170万辆燃料电池货车、5500辆燃料电池列车的保有量，加氢站达15000座以上。

2020年7月发布了《欧盟动力系统整合战略》，明晰了将“绿氢”作为未来打开的关键，一同指出在中短期内，仍需求“蓝氢”以推动氢能商场的打开和成熟。与此一同，德国和法国表明将供给160亿欧元用以氢能技术的研讨和推广。而实际上，氢能经济的打开估量需求4300亿欧元，仍有较大缺口。在政策方面，尚缺少欧盟级的可行氢能管控结构。这都将约束欧洲氢能技术的打开。

面对氢能职业打开存在的许多应战，在2020年7月，500家企业组成了欧洲氢能联盟，提出一系列的战略以及在欧洲具有可操作性的办理结构。首要政策是打开欧洲氢能工业，完结欧洲气候政策。除了将2024年的6GW“绿氢”产能在2030年扩展至2×40GW外，还期望CO2减排才能由2024年的900万吨/年前进至9000万吨/年，将在2024年出资50亿~90亿欧元的根底上，至2030年每年出资260亿~440亿欧元用于可再生氢气电解槽的出资。

到2019年底，根据H2stations的数据，欧洲有177个加氢站，其间德国87座，法国26座。除了在车用动力领域的运用，欧盟还活泼在金属冶炼、可再生发电储能、天然气管道掺氢等领域进行尝试。

1.4、我国

在国家及各级地方政府的政策推动下，我国氢能工业热度继续攀升。2006年，将氢能与燃料电池列入《国家中长时刻科学和技术打开规划纲要（2006–2020年）》打开计划。2014年，在国务院印发的《动力打开战略行为计划（2014–2020年）》中，将“氢能与燃料电池”列为20个关键立异方向之一。2016年5月，在国务院印发的《国家立异驱动打开战略纲要》中，提出“开发氢能、燃料电池等新一代动力技术”。2016年，国务院发布了《“十三五”国家战略性新式工业打开规划》，在“专栏14新动力轿车动力电池前进工程”中，提出“推动车载储氢系统以及氢制备、储运和加注技术打开，推动加氢站制作，到2020年，完结燃料电池轿车批量出产和规模化演示运用”。2019年，“推动充电、加氢等设备制作”初次写入《政府工作报告》。2020年，《中华人民共和国动力法（征求意见稿）》揭露征求意见，提出将氢能归入动力界说。

2014年11月，财政部、科技部等印发了《关于新动力轿车充电设备制作奖励的通知》，初次提出对契合国家技术标准且日加氢才能不少于200kg的新建加氢站补助400万元。2019年3月，又提出将对新动力轿车的补助向支撑加氢和充电根底设备“短板”制作和配套运营服务等方面过渡。2020年4月，提出将其时对燃料电池轿车的购置补助，调整为挑选有根底、有活泼性、有特征的城市或区域，关键环绕要害零部件的技术攻关和工业化运用打开演示，中央财政将采用“以奖代补”方法对演示城市给予奖励，争夺通过4年左右时刻树立氢能和燃料电池轿车工业链。

各地地方政府结合当地实际情况，密布出台了氢能工业打开的专项政策和规划，对区域氢能工业的打开提出了近中远期政策，但从工业结构布局上，均存在规划求大求全、技术布局同质化、未能做到因地制宜等问题，在必定程度上引发了氢能工业的部分过热。到2020年底，我国燃料电池轿车保有量7352辆，建成加氢站128座，投入运营101座。

2、氢能打开趋势分析

氢能全工业链包括制取、贮存、运送及运用4个环节。不同技术路途会在不同的时刻节点推动甚至引领氢能工业链打开。零碳排放制氢、高效低本钱安全储运、氢燃料电池高效率低本钱技术是要害。

2.1、“蓝氢”是现在最经济可行的技术途径

2.1.1从减少温室气体排放视点分析

氢气出产进程中产生的CO2来自于烃类。“灰氢”设备的进料是烃类质料、燃料、软化水/锅炉用水，产生氢气产品和高压蒸汽，大多数工厂都进行废热运用，动力以氢气、蒸汽、电力等多种方法出厂，全生命周期每千克“灰氢”产生8~12kgCO2。

“蓝氢”设备的进料是在烃类、燃料、软化水/锅炉用水的根底上，参加具有低碳低本钱的优势质料、炼厂废气和CO2，产生氢气、高压蒸汽、超高压蒸汽、中压蒸汽、低压蒸汽、电力、高纯度CO、氢气和CO2混合气、还原气/合成气、CO2。在这个进程中简直全部CO2被捕集，全生命周期只产生十分少的CO2排放，每千克氢气直接和直接产生不到1kg的CO2。

关于“绿氢”，根据电力来源不同，每千克“绿氢”产生的CO2改变起伏很大，全生命周期为0.5~30.0kgCO2。

因此，在碳捕集、运用及封存技术（CCUS）可行的前提下，“蓝氢”是现在最经济可行的技术途径。因为基准线不固定，现在尚无法得出详细的减排比例。

2.1.2、从均匀本钱视点分析

“灰氢”制取技术每出产1kg氢气，排放8~10kgCO2，本钱为1.5~2€/kg，天然气制氢搭配CCUS，与“灰氢”比较，可减少约85%的CO2排放，与碳捕集相关的额定本钱为50~70€/tCO2，运用可再生动力制氢，无碳排放，本钱为3.5~5€/kg。

只需有运用或贮存CO2的选项，运用CCS进行蒸汽转化是现在最具竞争力的挑选；关于电解制氢，到2025年，在任何电价景象下，电解产生的可再生氢都简直没有利益，跟着技术打开以及在电网中引入更多的可再生动力，估量到2030年左右，电解产生的可再生氢的将会有赢利收益。

2.2、要害中心技术加快打破

现在动力公司大多选用天然气制氢＋CCS作为向“绿氢”过渡阶段的首要制氢技术，其制氢本钱为1.2€/kgH2（天然气价格为0.12€/m3），碳捕集率为98%~99%，CO2运送和捕集的本钱0.3~0.5€/kgH2。打破CCUS技术，完结大规模运用是下降本钱的要害。

氢气长距离运送时，管道运送最具竞争力，跟着氢能工业打开，大宗氢气跨境交易的打开潜力巨大。氢燃料电池催化剂以Pt/C催化剂为主，现在铂用量保持在0.3~0.5g/kW的水平，下降铂用量并寻求廉价代替催化剂是扩展氢燃料电池运用空间的要害。

3、对石化工业打开氢能的建议

面对环保、动力安全的压力，石化企业正在施行动力转型的改造，利足自身优势进军氢能工业。但现在我国氢能工业打开面对着国家层面缺少全体统筹和顶层规划，在液态储氢等中心技术、高端资料、配备制作方面存在“卡脖子”危险，氢能办理系统没有树立，职业标准、技术路途需求进一步研讨探究，其时“绿氢”制取本钱高，经济性运用较为困难。对石化工业打开氢能的建议如下：

1）不忘环保初心，在CCS技术不成熟的情况下，建议不打开大规模化石动力制氢，可进行小规模一体化演示。

2）加氢站制作本钱高，氢气在交通领域的规模化运用取决于氢燃料电池技术的打破以及氢燃料电池轿车辅助系统中空压机、控制器等本钱的下降。因此，建议石化企业根据自身优势，谨慎布局加氢站制作，并根据国家政策争夺补助。

3）为尽国企之社会职责，建议石化大企业安身自身优势，联合大学等研讨组织、氢工业链上其他企业一起打开研讨，加快氢能工业要害中心技术打破，下降工业链本钱，为我国氢能工业高质量打开供给科技支撑。

4、结语

未来动力的全体打开方向是从传统化石燃料转向可继续动力结构，动力转型是一个绵长而艰苦的进程。氢能作为清洁的二次动力，全工业链本钱高，制取、储运、运用领域许多要害中心技术有待打破。石化企业可根据自身优势，与研讨组织及其他职业联合打开氢能研讨，加快氢能全工业链中心技术打破，绿色、安全、高效、低本钱完结动力转型。