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近日，《中國(guó)耦合CCUS制氫機(jī)遇》報(bào)告在《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第二十七次締約方大會(huì)（COP27）中國(guó)角——中國(guó)碳捕集利用與封存新進(jìn)展邊會(huì)上正式對(duì)外發(fā)布。
氫能和碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)將互為補(bǔ)充地在中國(guó)2030年前實(shí)現(xiàn)達(dá)峰和2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和承諾的進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。氫能可以通過(guò)在工業(yè)過(guò)程中用作燃料和原料、燃料電池電力運(yùn)輸以及生產(chǎn)用于航運(yùn)和航空的合成烴燃料等方式為中國(guó)的能源系統(tǒng)脫碳戰(zhàn)略做出貢獻(xiàn)。本報(bào)告中的情景分析表明，到2060年，可再生能源電解產(chǎn)生的氫氣可滿足大部分氫氣需求，為現(xiàn)有氫氣生產(chǎn)設(shè)施配備CCUS可作為減少排放和擴(kuò)大低排放氫氣供應(yīng)的補(bǔ)充戰(zhàn)略。
本報(bào)告是與中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心（ACCA21）合作編寫。報(bào)告根據(jù)國(guó)際能源署和中國(guó)氫能聯(lián)盟獨(dú)立開發(fā)的情景，探討了中國(guó)目前氫能和CCUS發(fā)展現(xiàn)狀，并分析到2060年中國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)各部門對(duì)于氫氣需求的潛在演變過(guò)程。報(bào)告還對(duì)不同制氫路線的經(jīng)濟(jì)性和生命周期排放進(jìn)行了比較評(píng)估。最后，報(bào)告討論了在部署CCUS和氫能方面的潛在協(xié)同效應(yīng)，并闡述了在中國(guó)部署CCUS耦合制氫所需的融資機(jī)制和支持政策。
以下內(nèi)容為報(bào)告執(zhí)行摘要：
中國(guó)氫能和CCUS技術(shù)發(fā)展機(jī)遇
氫能和碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)將互為補(bǔ)充地在中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。中國(guó)承諾2030年前實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，并在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這需要能源系統(tǒng)的深刻變革。中國(guó)碳中和政策文件已將低排放氫能和CCUS技術(shù)作為關(guān)鍵優(yōu)先領(lǐng)域。
中國(guó)氫能產(chǎn)量居世界首位，但當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程具有高碳排放量的特征。2020年，中國(guó)氫產(chǎn)量約為3300萬(wàn)噸，約占全球產(chǎn)量的30%。目前，氫的需求主要來(lái)自化工與煉油行業(yè)，中國(guó)的領(lǐng)先產(chǎn)量源于在全球化學(xué)品市場(chǎng)中的巨大份額和龐大的煉油產(chǎn)能。中國(guó)是目前世界上唯一大規(guī)模采用煤炭制取氫氣的國(guó)家。2020年，中國(guó)約有三分之二的氫產(chǎn)自煤制氫工廠，制氫業(yè)共排放3.6億噸CO2。
現(xiàn)有制氫設(shè)施加裝CCUS是減少排放和擴(kuò)大低排放氫供應(yīng)的關(guān)鍵舉措。要使氫氣為中國(guó)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)，將制氫過(guò)程轉(zhuǎn)向低排放排放至關(guān)重要。最具前景的低排放制氫路線包括可再生電力電解水制氫，或耦合CCUS的化石燃料制氫。中國(guó)很多現(xiàn)有煤制氫工廠在近期建成，碳排放量大，且可能在未來(lái)數(shù)十年運(yùn)行，加裝CCUS將對(duì)這些工廠的減排具有關(guān)鍵作用。
在煤炭資源豐富和具備CO2封存條件地區(qū)，CCUS還可為新增制氫產(chǎn)能提供可行的、具有成本效益的選擇?？紤]到中國(guó)本土天然氣資源有限，以及中國(guó)龐大的煤氣化工廠數(shù)量，耦合CCUS的煤制氫技術(shù)仍將持續(xù)為中國(guó)重要的化石燃料制氫路線。不過(guò)，從21世紀(jì)30年代起，電解水制氫很可能逐步成為中國(guó)主要的制氫技術(shù)路徑。到2060年，隨著電解槽和可再生能源預(yù)期成本降低，可再生電力電解水制氫占中國(guó)氫供應(yīng)總量的比例可達(dá)80%。
氫能在經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用
氫能的利用可以解決中國(guó)目前在能源和排放方面面臨的一系列挑戰(zhàn)。低排放氫能可助力多部門（包括長(zhǎng)途運(yùn)輸、化工和鋼鐵等）的深度減排。將氫氣作為能源載體還可以改善空氣質(zhì)量，降低能源進(jìn)口依賴，并促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新?；谏鲜鲈?，中國(guó)氫能聯(lián)盟提出倡議：到2060年，將氫能在中國(guó)終端能源需求中的占比提高到20%。
氫能將在中國(guó)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用。在國(guó)際能源署（IEA）的承諾目標(biāo)情景（APS）中，為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)，到2060年，中國(guó)氫能需求可能增加3倍以上。其中，三分之二的增長(zhǎng)來(lái)自交通部門的氫氣和氫基燃料需求，近三分之一與工業(yè)過(guò)程中的氫燃料和原料需求有關(guān)。
在IEA承諾目標(biāo)情景下，到2030年，中國(guó)氫氣需求量將增長(zhǎng)至3100萬(wàn)噸，部分原因是由于氫制甲醇、煉油和煤化工等傳統(tǒng)需求的增長(zhǎng)；同時(shí)氫能的新用途（包括作為燃料或原料在非化學(xué)工業(yè)、交通、建筑等部門中的應(yīng)用）也在逐步發(fā)展。氫市場(chǎng)將在21世紀(jì)30年代開始迅速發(fā)展，到2060年需求將超過(guò)9000萬(wàn)噸，主要原因是燃料電池重型卡車和航運(yùn)、航空氫基燃料市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，以及工業(yè)部門對(duì)于氫基燃料和氫基原料需求不斷增長(zhǎng)。
有針對(duì)性的支持舉措能夠擴(kuò)大中國(guó)的氫能需求。中國(guó)氫能聯(lián)盟的分析表明，針對(duì)性氫能政策和支持舉措可以帶來(lái)更大的市場(chǎng)需求?；诓煌谀茉聪到y(tǒng)模型框架的自下而上方法，中國(guó)氫能聯(lián)盟對(duì)中國(guó)氫能的技術(shù)和商業(yè)潛力進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)估。結(jié)果表明，到2030年，中國(guó)氫需求將增至3700萬(wàn)噸，到2060年將增至1.3億噸，其中交通和工業(yè)領(lǐng)域中氫和氫基燃料的增長(zhǎng)尤為顯著。
CCUS支持具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的氫能技術(shù)發(fā)展
在中國(guó)煤炭資源豐富、CO2封存條件較好、可再生能源有限的地區(qū)，耦合CCUS的煤制氫技術(shù)將是一種低成本制取低排放氫的選擇。中國(guó)的制氫成本因地而異，受多方面因素影響，其中資本成本、可再生能源的成本和可獲得性是關(guān)鍵。目前中國(guó)耦合CCUS的煤制氫的成本為1.4~3.1美元/kgH2?？稍偕茉措娏﹄娊馑茪涓鼮榘嘿F，受電力的來(lái)源和可獲得性影響，成本為3.1~9.7美元/kgH2。預(yù)計(jì)中期成本將大幅下降；在太陽(yáng)能和風(fēng)能資源條件良好的地區(qū)，遠(yuǎn)期成本有望降到1.5美元/kgH2左右。
高CO2捕集率和低上游排放是保證耦合CCUS的煤制氫路徑低排放的決定性因素。在捕集率為90~95%、考慮上游燃料排放的情況下，中國(guó)化石能源耦合CCUS技術(shù)制取的低排放氫溫室氣體（GHG）排放強(qiáng)度為：煤制氫3.5~4.5kgCO2eq/kgH2，天然氣制氫2.6~3.1kgCO2eq/kgH2。
在目前的電力系統(tǒng)下，采用電網(wǎng)電力電解水制取的氫氣GHG排放強(qiáng)度為29~31kgCO2/kgH2。如果包括制氫裝置制造過(guò)程排放，可再生能源電力電解水制氫的排放強(qiáng)度平均為0.3~0.8kgCO2/kgH2。結(jié)合CCUS技術(shù)的煤制氫或天然氣制氫部署CCUS技術(shù)排放強(qiáng)度，可滿足目前中國(guó)“清潔氫”標(biāo)準(zhǔn)——低于4.9kgCO2eq/kgH2（全球首個(gè)該領(lǐng)域正式標(biāo)準(zhǔn)）。然而，隨著時(shí)間的推移，該門檻可能進(jìn)一步收緊，從而在未來(lái)匹配目前正在制定的國(guó)際市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
推動(dòng)氫能與CCUS協(xié)同，助力中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和
氫能和CCUS共同部署可達(dá)到互利共贏和相互促進(jìn)的效果?；剂现茪溥^(guò)程產(chǎn)生的CO2純度相對(duì)較高，是CCUS設(shè)施以最低成本捕集CO2的選擇之一，同時(shí)其為CCUS技術(shù)發(fā)展和CO2相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施投資提供了早期機(jī)會(huì)。在承諾目標(biāo)情景中，2060年中國(guó)能源部門的CO2捕集量將達(dá)到26億噸。
工業(yè)集群可成為擴(kuò)大低排放氫生產(chǎn)和CCUS技術(shù)部署的神經(jīng)中樞。氫的供需主要集中在工業(yè)集群中，其中部分位于潛在的CO2封存地距離附近。因此，對(duì)現(xiàn)有制氫設(shè)施進(jìn)行CCUS改造可為擴(kuò)大低排放制氫基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模提供低成本途徑，同時(shí)帶動(dòng)CO2運(yùn)輸和封存基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。此外，由于潛在需求聚集（例如重型卡車），工業(yè)集群同時(shí)也是將氫能應(yīng)用拓展到其他部門的理想場(chǎng)所。
捕集的CO2和氫氣是未來(lái)合成燃料的關(guān)鍵原料。盡管目前生產(chǎn)成本較高，但合成燃料是長(zhǎng)途運(yùn)輸特別是航空業(yè)為數(shù)不多的減排方案之一，因?yàn)橹苯邮褂脷淠芑蛘唠姎饣瘜?duì)其具有挑戰(zhàn)性。此外，中國(guó)捕集CO2也可以用于提高石油采收率（CO2enhancedoilrecovery，CO2-EOR）、生產(chǎn)化學(xué)品和建筑材料。在某些用途中，CO2可能會(huì)被重新釋放到大氣中（包括合成燃料燃燒排放），因此需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮怂銇?lái)確定減排量。
生物質(zhì)制氫耦合CCUS具備碳移除效應(yīng)，可抵消其他經(jīng)濟(jì)部門排放。在中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和的進(jìn)程中，碳移除技術(shù)將發(fā)揮抵消工業(yè)和交通部門剩余碳排放的重要作用。盡管生物質(zhì)制氫耦合CCUS技術(shù)仍處于早期發(fā)展階段，但其可實(shí)現(xiàn)碳移除。但是，該技術(shù)路線需要可持續(xù)的生物質(zhì)供應(yīng)，面臨與燃料制備（如生物煤油）等其他生物質(zhì)利用途徑的競(jìng)爭(zhēng)。
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