日前,國家發展改革委、國家能源局、工信部、科技部、生態環境部、應急管理部六部門聯合發布的《關于“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》(以下簡稱《意見》)明確提出,增強創新發展動力,加快突破“綠氫”規模化應用等關鍵技術。
綠氫的應用是石化化工行業實現脫碳的關鍵路徑,為此,《意見》中多處強調通過使用綠氫推進產業鏈減排。對于氫能而言,石化化工行業是重要的應用場景之一,作為該行業“十四五”期間高質量發展的“頂層設計”,《意見》的發布將為氫能,尤其是綠氫的發展帶來深遠的影響。
強調綠氫應用在石化化工行業的重要作用,提振氫能需求。石化化工行業屬于碳排放的重點領域,且屬于減排難度較大的領域,推動綠氫的應用,是其實現碳達峰碳中和目標的重要路徑之一。《意見》指出,發揮碳固定碳消納優勢,協同推進產業鏈碳減排,合理引導燃料“以氣代煤”,適度增加富氫原料比重。
事實上,石化化工行業一直是氫氣重要的應用領域,但始終以灰氫為主。2020年,全球氫氣需求達到9000萬噸,其中絕大部分用于煉油和工業用途。發展“綠氫化工”是石化化工行業實現深度脫碳的重要舉措。比如,甲醇和合成氨是氫氣應用規模最大的兩個領域,全球每年有超過10%的氫氣用于生產甲醇的工藝流程,超過37%的氫氣用于合成氨工藝,發展綠氫代替灰氫生產綠色化工產品,將有效降低相關領域的碳排放。
以甲醇產品(一氧化碳與氫氣反應合成)為例,目前國際上以天然氣為主要原料,但我國由于“富煤貧油少氣”,主要采用煤炭作為生產原料,煤制甲醇占比達76%。在用天然氣和煤炭制氫過程存在大量二氧化碳的排放。與天然氣制甲醇相比,煤制甲醇碳排放更高,生產1噸甲醇產生4.4噸二氧化碳,約為前者的2.4倍。數據顯示,我國2020年甲醇總產量約6500萬噸,合成甲醇工業相關二氧化碳排放超2億噸。
對于氨產品,我國合成氨工業也主要采用煤炭作為生產原料,在2020年總產量4954萬噸的合成氨中,約有3900萬噸是以煤炭為原料生產。在每噸產品的生產過程中,煤制合成氨碳排放量約為4.9噸,是天然氣制合成氨的1.5倍左右,以此計算,2020年我國合成氨工業相關二氧化碳排放接近2.2億噸。
未來需通過綠氫替代化石能源制氫,逐步實現碳減排。隨著相關政策對綠氫在石化化工行業中對碳減排作用的重視,這一行業對氫的需求也將持續增長。同時,鑒于石化化工行業已有的巨大的氫氣需求,在綠氫替代的趨勢下,將進一步推動上游可再生能源制氫產業的快速發展。
鼓勵石化化工與綠氫等產業的耦合示范,推動模式創新。通過可再生能源制氫與化工產業的協同和耦合,是目前推動綠氫應用的一種重要的模式創新。《意見》明確,鼓勵石化化工企業因地制宜、合理有序開發利用綠氫,推進煉化、煤化工與綠電、綠氫等產業耦合示范,利用煉化、煤化工裝置所排二氧化碳純度高、捕集成本低等特點,開展二氧化碳規模化捕集、封存、驅油和制化學品等示范。
當前,化工與綠氫耦合,在國內外都已出現一些示范項目。例如,蒂森克虜伯的“綠色化工項目”和寧東基地“綠氫化工示范項目”等。
早在2018年,蒂森克虜伯就在杜伊斯堡鋼廠開始綠氫化工項目測試工作,將鋼鐵廠尾氣中的二氧化碳與綠氫結合合成甲醇、塑料和尿素等化工產品,替代部分化石能源的應用,以減少碳排放。其中,電解水制氫設備實驗功率2MW,氫氣產能440Nm3/h,氫氣純度大于99.95%,快速負載調整也得到驗證,設備可根據電價高低自動調整運行功率,目前項目已進入商業化階段。
而在2021年4月20日,寶豐能源“國家級太陽能電解水制氫綜合示范項目”在寧夏寧東能源化工基地正式投產,該項目包括20萬kW光伏發電裝置和產能為2萬Nm3/h的電解水制氫裝置,每年可減少煤炭消耗25.4萬噸、減少二氧化碳排放44.5萬噸。該項目所產氫氣一方面與寶豐能源現有煤化工裝置結合,實現甲醇生產過程的降本增效和節能減排;另一方面,通過與城市氫能源示范公交線路協作等方式拓展應用場景,推進氫能產業鏈的發展。
未來,在政策的支持下,通過化工行業與綠氫等產業的耦合示范,將推動氫能產業模式創新的加速。同時,隨著綠氫制取成本的下降和CCUS技術的成熟應用,綠氫應用規模和應用水平將進一步提升。
支持適度增加輕質低碳富氫原料的進口,促進國際合作。目前,氫能總體處于產業導入期,氫的國際貿易還未展開,但隨著全球“氫能熱”的不斷升溫,各國通過加強合作實現優勢互補也將成為未來發展的方向,氫能的國際合作將成為一片新“藍海”。截至2021年8月,全球已有20個國家和地區制定了國家層面的氫能發展戰略和路線圖,另有近30個國家已開展氫能產業布局,其中,拉美、北非和中東均在積極布局氫能出口貿易。
與氫能國際合作有關的氫貿易、跨境基礎設施、技術、產業、標準、市場等方面,在未來都具有巨大的合作潛力。而在石化化工行業應用方面,保障我國氫和富氫原料的供應將是國際合作的一個重要需求。《意見》強調,增強原料資源保障,維護產業鏈供應鏈安全穩定,并要求構建國內基礎穩固、國際多元穩定的供給體系,適度增加輕質低碳富氫原料進口。
未來,隨著氫能市場規模的不斷擴大,綠氫、綠氨等原料的國際貿易將快速涌現。我國是世界氫氣產能最大的國家,在開展氫國際貿易方面有著較好的基礎。同時,在“一帶一路”沿線,聚集了全球大多數發布氫能戰略的國家,而“一帶一路”沿線國家和地區擁有豐富的水、風、光資源,在發展綠氫和推動綠氫貿易方面有著較大的優勢,這些都將為未來拓展氫能國際合作創造條件。
為全方位加強國際交流合作,我國應建立健全以“引領型”“參與型”為基礎的國際合作模式,加快制定多層面合作實施路徑,積極參與國際標準制定,有選擇性地引入國外先進企業,同時鼓勵國內企業“走出去”;進一步完善國際交流合作保障措施,設立國際重點專項計劃;在“一帶一路”框架下,深化技術研發、項目開發及裝備制造合作,構建區域科技創新合作共同體。
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