日前，中國(guó)石化內(nèi)蒙古鄂爾多斯市風(fēng)光融合綠氫示范項(xiàng)目啟動(dòng)開(kāi)工，作為目前全球最大的綠氫耦合煤化工項(xiàng)目，該工程主要利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)、光資源發(fā)電直接制綠氫，年制綠氫3萬(wàn)噸、綠氧24萬(wàn)噸，就近用于當(dāng)?shù)孛禾可罴庸な痉俄?xiàng)目降碳減碳。

在“雙碳”目標(biāo)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(guó)能包頭煤化工綠氫綠氧項(xiàng)目、中煤鄂能化二氧化碳加綠氫制甲醇技術(shù)示范項(xiàng)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(xiàng)目實(shí)踐。力破高碳緊箍咒，用好綠氫正當(dāng)時(shí)。

■■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(guó)石油和化工工業(yè)聯(lián)合會(huì)測(cè)算，從噸產(chǎn)品來(lái)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(yuǎn)高于以油、氣為原料的排放水平。對(duì)標(biāo)低碳發(fā)展要求，減排迫在眉睫。

中國(guó)科學(xué)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(yīng)所需的氫元素?！暗鋵?shí)，這些碳原子的實(shí)際利用率并不高，最多只有一半通過(guò)轉(zhuǎn)化進(jìn)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。”

為此，李燦提出了利用風(fēng)、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(yīng)所需的氫不再是由煤而來(lái)，從源頭真正減少排放，這也是目前綠氫耦合煤化工項(xiàng)目的經(jīng)典代表之一。按照我國(guó)年產(chǎn)甲醇約9000萬(wàn)噸計(jì)算，若全部采用該路線，減碳量有望超過(guò)1.2億噸。

“以煤氣化為龍頭的煤化工項(xiàng)目，正是推廣綠氫耦合應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域?！敝袊?guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所專(zhuān)家靳國(guó)忠進(jìn)一步稱(chēng)，大部分煤化工項(xiàng)目，必須經(jīng)過(guò)水煤氣變換工序、調(diào)整碳?xì)浔?，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(bǔ)入綠氫來(lái)調(diào)節(jié)碳?xì)浔龋瑒t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(shí)踐?！案鶕?jù)基地煤化工項(xiàng)目生產(chǎn)實(shí)際，使用1噸綠氫替代煤制氫，平均就能節(jié)約煤炭消費(fèi)量11-12噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可減排二氧化碳28-30噸?！睂帠|基地管委會(huì)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，以氫換煤、綠色消碳，現(xiàn)已成為當(dāng)?shù)孛禾肯M(fèi)升級(jí)的重要途徑。

■■進(jìn)一步提效降本

隨著項(xiàng)目加速落地，業(yè)內(nèi)對(duì)綠氫耦合思路有了更深認(rèn)識(shí)，一些難題也暴露出來(lái)。

上述基地負(fù)責(zé)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(shí)間受限，即使給予理論上足夠量的裝機(jī)量，相關(guān)企業(yè)也很難實(shí)現(xiàn)綠氫連續(xù)生產(chǎn)，進(jìn)而造成電解槽產(chǎn)能浪費(fèi)、生產(chǎn)成本增加?！懊夯ろ?xiàng)目對(duì)連續(xù)生產(chǎn)有著嚴(yán)格要求，采用綠氫耦合路線，必須解決連續(xù)供應(yīng)問(wèn)題，滿足煤化工用氫的穩(wěn)定性需求?！?/p>

“風(fēng)、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(xiàng)目連續(xù)生產(chǎn)?！苯鶉?guó)忠表示，為解決間歇性、波動(dòng)性問(wèn)題，一方面可考慮風(fēng)、光之間多能融合，形成供電相對(duì)穩(wěn)定的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；另一方面，配置適當(dāng)容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，平抑、消納、平滑新能源發(fā)電的輸出，通過(guò)“風(fēng)光氫儲(chǔ)”一體化匹配煤化工項(xiàng)目用氫需求。

此外還有經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。記者了解到，煤化工項(xiàng)目是以生產(chǎn)大宗產(chǎn)品居多，一旦失去了成本優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)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(wú)形中加劇了煤化工項(xiàng)目成本控制壓力。

“可再生能源電價(jià)低于0.15元/千瓦時(shí)，可再生能源制氫的經(jīng)濟(jì)性才能得到保障。”靳國(guó)忠認(rèn)為，對(duì)此還需適度加大風(fēng)光發(fā)電的建設(shè)規(guī)模，通過(guò)規(guī)模效應(yīng)降低發(fā)電的成本，并加快先進(jìn)制氫技術(shù)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(yīng)用最廣，但因?yàn)殡娊獠蹎?dòng)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)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(shù)的安全性和效率更高，運(yùn)行更加靈活，系統(tǒng)造價(jià)卻也更高。綠氫在煤化工領(lǐng)域推廣應(yīng)用，降本是關(guān)鍵，技術(shù)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(lái)，綠氫耦合煤化工項(xiàng)目整體技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)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(yīng)用的前提，是打通耦合發(fā)展全流程的參數(shù)設(shè)計(jì)、技術(shù)工藝、裝備設(shè)施等，實(shí)現(xiàn)能效提升、設(shè)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(xiàng)目實(shí)踐及相關(guān)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，各系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配，既無(wú)標(biāo)準(zhǔn)、也沒(méi)有成熟參考經(jīng)驗(yàn)。除了新建工程，大批存量項(xiàng)目的改造投資大、技術(shù)要求高，還可能對(duì)已有裝置的生產(chǎn)效益造成影響，這也是現(xiàn)實(shí)難題。

“因此，我們鼓勵(lì)在有條件的地區(qū)率先推廣。”靳國(guó)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(chǔ)深厚，通過(guò)建立離網(wǎng)風(fēng)、光項(xiàng)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(bǔ)綜合示范區(qū)，發(fā)展獨(dú)具特色的西北綠色能源基地。綠氫就地利用，反過(guò)來(lái)還能降低儲(chǔ)運(yùn)及使用成本。

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

“煤化工企業(yè)可以自主投資，也可以跟專(zhuān)門(mén)做綠氫的企業(yè)合作?！表n紅梅提醒，在項(xiàng)目選擇上，煤制油氣并不適合引入綠氫?！斑@些項(xiàng)目屬于能源轉(zhuǎn)化類(lèi)，從煤炭初級(jí)能源轉(zhuǎn)化為油氣初級(jí)能源，使用時(shí)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(lái)，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>