日前，中國石化內(nèi)蒙古鄂爾多斯市風光融合綠氫示范項目啟動開工，作為目前全球最大的綠氫耦合煤化工項目，該工程主要利用當?shù)仫L、光資源發(fā)電直接制綠氫，年制綠氫3萬噸、綠氧24萬噸，就近用于當?shù)孛禾可罴庸な痉俄椖拷堤紲p碳。

在“雙碳”目標下，綠氫被視為助力煤化工產(chǎn)業(yè)深度脫碳的利器。除了上述工程，國能包頭煤化工綠氫綠氧項目、中煤鄂能化二氧化碳加綠氫制甲醇技術示范項目等也在內(nèi)蒙古提上日程。記者還注意到，在寧夏寧東、陜西榆林等現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，綠氫耦合思路紛紛由規(guī)劃加速走向項目實踐。力破高碳緊箍咒，用好綠氫正當時。

■■從源頭解決高碳排放

綠氫注入背后，源于煤化工產(chǎn)業(yè)自帶的高碳屬性。據(jù)中國石油和化工工業(yè)聯(lián)合會測算，從噸產(chǎn)品來看，煤直接液化、間接液化以及煤制烯烴、煤制乙二醇的碳排放量，分別為5.8噸、6.5噸、11.1噸和5.6噸，遠高于以油、氣為原料的排放水平。對標低碳發(fā)展要求，減排迫在眉睫。

中國科學院院士李燦向記者舉例，以煤為原料生產(chǎn)甲醇，1份產(chǎn)品需要由煤炭提供2-3份碳原子，主要作用是制取工藝反應所需的氫元素?！暗鋵?，這些碳原子的實際利用率并不高，最多只有一半通過轉(zhuǎn)化進入終端產(chǎn)品，其他都變成二氧化碳排掉了。如果想辦法替代這一步驟，碳排放就有希望得到控制?！?/p>

為此，李燦提出了利用風、光等可再生能源分解水制綠氫，后者再注入甲醇生產(chǎn)的思路。反應所需的氫不再是由煤而來，從源頭真正減少排放，這也是目前綠氫耦合煤化工項目的經(jīng)典代表之一。按照我國年產(chǎn)甲醇約9000萬噸計算，若全部采用該路線，減碳量有望超過1.2億噸。

“以煤氣化為龍頭的煤化工項目，正是推廣綠氫耦合應用的重點領域。”中國科學院大連化學物理研究所專家靳國忠進一步稱，大部分煤化工項目，必須經(jīng)過水煤氣變換工序、調(diào)整碳氫比，才能產(chǎn)出滿足工藝要求的合成氣，該步驟是碳排放的最主要工段。利用補入綠氫來調(diào)節(jié)碳氫比，則可以省略水煤氣變換工序，大幅節(jié)約煤炭資源，從而減少碳排放。

在寧東基地，上述思路也有實踐?！案鶕?jù)基地煤化工項目生產(chǎn)實際，使用1噸綠氫替代煤制氫，平均就能節(jié)約煤炭消費量11-12噸標準煤，可減排二氧化碳28-30噸?！睂帠|基地管委會相關負責人介紹，以氫換煤、綠色消碳，現(xiàn)已成為當?shù)孛禾肯M升級的重要途徑。

■■進一步提效降本

隨著項目加速落地，業(yè)內(nèi)對綠氫耦合思路有了更深認識，一些難題也暴露出來。

上述基地負責人坦言，寧東發(fā)展光伏制氫的條件優(yōu)越，但因光伏發(fā)電時間受限，即使給予理論上足夠量的裝機量，相關企業(yè)也很難實現(xiàn)綠氫連續(xù)生產(chǎn)，進而造成電解槽產(chǎn)能浪費、生產(chǎn)成本增加?！懊夯ろ椖繉B續(xù)生產(chǎn)有著嚴格要求，采用綠氫耦合路線，必須解決連續(xù)供應問題，滿足煤化工用氫的穩(wěn)定性需求?！?/p>

“風、光發(fā)電易受季節(jié)、天氣等變化影響，在客觀上造成制氫輸出的不穩(wěn)定性，也影響了煤化工項目連續(xù)生產(chǎn)?！苯鶉冶硎荆瑸榻鉀Q間歇性、波動性問題，一方面可考慮風、光之間多能融合，形成供電相對穩(wěn)定的風光互補發(fā)電系統(tǒng)；另一方面，配置適當容量的儲能系統(tǒng)，平抑、消納、平滑新能源發(fā)電的輸出，通過“風光氫儲”一體化匹配煤化工項目用氫需求。

此外還有經(jīng)濟性問題。記者了解到，煤化工項目是以生產(chǎn)大宗產(chǎn)品居多，一旦失去了成本優(yōu)勢，產(chǎn)品競爭力將大打折扣。但目前，綠氫制備成本仍是煤制氫的2倍甚至更高，其大規(guī)模使用無形中加劇了煤化工項目成本控制壓力。

“可再生能源電價低于0.15元/千瓦時，可再生能源制氫的經(jīng)濟性才能得到保障?！苯鶉艺J為，對此還需適度加大風光發(fā)電的建設規(guī)模，通過規(guī)模效應降低發(fā)電的成本，并加快先進制氫技術的研發(fā)和迭代?！氨热缭诂F(xiàn)有綠氫工藝中，堿水制氫成本較低、應用最廣，但因為電解槽啟動時間長，無法快速調(diào)節(jié)制氫速度，與可再生能源的適配性比較差。質(zhì)子交換膜制氫技術的安全性和效率更高，運行更加靈活，系統(tǒng)造價卻也更高。綠氫在煤化工領域推廣應用，降本是關鍵，技術是支撐。”

■■在部分地區(qū)率先規(guī)?；?/p>

在多位業(yè)內(nèi)人士看來，綠氫耦合煤化工項目整體技術可行、經(jīng)濟性可期，但目前還處于產(chǎn)業(yè)示范階段，真正走向工業(yè)化仍有不小距離。

例如，規(guī)模應用的前提，是打通耦合發(fā)展全流程的參數(shù)設計、技術工藝、裝備設施等，實現(xiàn)能效提升、設備利用、降耗減碳水平的最優(yōu)化。然而，目前理論研究居多，由于缺乏足夠的項目實踐及相關數(shù)據(jù)驗證，各系統(tǒng)如何實現(xiàn)最優(yōu)匹配，既無標準、也沒有成熟參考經(jīng)驗。除了新建工程，大批存量項目的改造投資大、技術要求高，還可能對已有裝置的生產(chǎn)效益造成影響，這也是現(xiàn)實難題。

“因此，我們鼓勵在有條件的地區(qū)率先推廣。”靳國忠舉例，內(nèi)蒙古、寧夏、榆林等地，煤炭與可再生能源資源均很豐富，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)基礎深厚，通過建立離網(wǎng)風、光項目電解水制氫，可率先打造綠氫耦合煤化工跨能源、跨產(chǎn)業(yè)的多能互補綜合示范區(qū)，發(fā)展獨具特色的西北綠色能源基地。綠氫就地利用，反過來還能降低儲運及使用成本。

石油和化學工業(yè)規(guī)劃院副總工程師韓紅梅認為，煤化工是氫能用量最大的領域，但也非所有地區(qū)、所有項目都可適用。結合實際，宜優(yōu)先選擇具有良好風光資源和化工園區(qū)組合條件的地區(qū)，從技術示范起步，研究產(chǎn)業(yè)特征，做好工程方案循序漸進。

“煤化工企業(yè)可以自主投資，也可以跟專門做綠氫的企業(yè)合作?！表n紅梅提醒，在項目選擇上，煤制油氣并不適合引入綠氫?！斑@些項目屬于能源轉(zhuǎn)化類，從煤炭初級能源轉(zhuǎn)化為油氣初級能源，使用時還是把它們燒掉，產(chǎn)品所含的碳全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳排放，不具備留碳功能。這樣一來，綠氫即便作為中間原料引入，整體能效最終依然打了折扣?！?/p>