“綠氫”替代“灰氫”的趨勢分析
發(fā)布時(shí)間：2023-03-13 09:19:55
1.全球純氫產(chǎn)量達 7000 萬(wàn)噸，中國為第一大制氫國。
根據國際能源署，2021 年全球氫氣總產(chǎn)量（含合成氣）約9400萬(wàn)噸，同比增長(cháng)5.5%，占全球終端能源比重約2.5%，其中每年純氫制備產(chǎn)量約為 7000 萬(wàn)噸。伴隨世界各國減排承諾方案的推進(jìn)，預計 2030年全球氫氣產(chǎn)量有望突破1.5億噸。自2020年“雙碳”目標提出以來(lái)，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速，氫能產(chǎn)量由2017年的1915萬(wàn)噸增長(cháng)至2021年的3300萬(wàn)噸，5年CAGR達14.6%，2021年32%的同比增速更是創(chuàng )下新高。
2.灰氫為當前主流制氫方式，無(wú)碳排放的綠氫將逐步取代灰氫。
氫制取來(lái)源包括化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫、電解水制氫、其他可再生能源制氫等方式，根據制氫工藝和二氧化碳排放量的不同，可劃分為灰氫、藍氫和灰氫三種路徑，其中灰氫指通過(guò)化石燃料燃燒/工業(yè)副產(chǎn)轉化而來(lái)的氫能，生產(chǎn)過(guò)程中釋放大量的二氧化碳，無(wú)法實(shí)現零碳生產(chǎn)，因技術(shù)成熟且成本較低，成為當前主流制氫方式，占當前全球氫氣產(chǎn)量的95%；藍氫是在灰氫的基礎上利用碳捕捉封存技術(shù)（CCUS）減少生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放，實(shí)現低碳制氫，作為過(guò)渡性的技術(shù)手段；綠氫則是通過(guò)光伏發(fā)電、風(fēng)電及太陽(yáng)能等可再生能源電解水制氫或生物質(zhì)等其他環(huán)保方式制氫，在制備過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生二氧化碳，為真正意義上的綠色環(huán)?！傲闾細錃狻?，目前受制于技術(shù)門(mén)檻和較高成本，尚未實(shí)現大規模應用。
目前化石能源是全球氫氣生產(chǎn)的主要來(lái)源，電解水制氫占比僅 0.04%。從產(chǎn)量結構來(lái)看，2021年全球9400萬(wàn)氫氣產(chǎn)量主要來(lái)源于化石能源制氫，占比高達81%，其中煤制氫占全球產(chǎn)量的19%；天然氣制氫全球占比高達62%，低碳排放制氫占比僅0.7%，其中電解水制氫產(chǎn)量?jì)H3.5萬(wàn)噸，占比0.04%。從我國制氫結構來(lái)看，由于我國天然氣緊缺依賴(lài)進(jìn)口，煤炭資源豐富，我國氫能生產(chǎn)來(lái)源主要以煤炭為主，2020年我國煤制氫占比高達62%，天然氣制氫占比19%，工業(yè)副產(chǎn)氫占比18%，電解水制氫占比達1%。
相較灰氫，綠氫在碳排放、儲能、制氫純度和生態(tài)循環(huán)方面具有顯著(zhù)優(yōu)勢。
1）綠氫具備“零碳排”的制備優(yōu)勢，減碳空間極大。煤制氫路線(xiàn)下每生產(chǎn) 1 噸氫氣平均需要消耗煤炭約 6-8 噸，排放 15-20 噸左右的二氧化碳，此外還會(huì )產(chǎn)生大量高鹽廢水及工業(yè)廢渣。天然氣制氫路線(xiàn)下每噸氫氣的生成將排放9-11噸二氧化碳。根據IEA，2021年全球9400萬(wàn)噸氫氣產(chǎn)量的二氧化碳排放量超9000萬(wàn)噸，低碳排制氫產(chǎn)量不足100萬(wàn)噸?；覛錅p碳空間極大，而綠氫在制備過(guò)程中幾乎不排放溫室氣體，每生產(chǎn)1噸氫氣碳排量?jì)H0.03噸，在雙碳目標要求下灰氫勢必被更清潔的綠氫所取代。
2）綠氫儲能具有規模大、時(shí)間長(cháng)、儲存與轉化形式多樣等優(yōu)勢，可解決新能源消納問(wèn)題。近年來(lái)新能源的迅速發(fā)展使得電力輸送和綜合消納等困難凸顯，而可再生能源發(fā)電的隨機性、季節性、反調峰特性及不可預測性導致部分電能品質(zhì)較差，疊加儲能技術(shù)有限，“棄風(fēng)棄光”問(wèn)題快速增長(cháng)。而用新能源發(fā)電制氫，有利于提高可再生能源利用效率，助力消納新能源“棄風(fēng)棄光”問(wèn)題。綠氫作為儲能的方式，或將綠氫轉為綠氨、綠醇，具備以下優(yōu)勢：①儲能規模大且時(shí)間長(cháng)：電化學(xué)儲能的容量是兆瓦級（MW），儲能時(shí)間是1天以?xún)?；抽水蓄能容量是吉瓦級（GW），儲能時(shí)間是1周-1個(gè)月；而氫能儲能的容量是太瓦級（TW），時(shí)間可以達到1年以上；②可跨長(cháng)距離儲能：氫儲能可以做到跨區域長(cháng)距離儲能；③能量轉化形式多樣化：從能量轉換上看，氫能不僅可轉換為電能，還可以轉換為熱能、化學(xué)能多種形式的能源。
3）綠氫制氫純度高。不同制氫方式所得的氫氣純度不同，采用電解水綠氫方式制氫，氫氣純度最高，其中PEM水電解制氫初產(chǎn)物氫含量便高達99%，提純后純度進(jìn)一步提升至99.999%，具有明顯優(yōu)異性，適用于對氫氣純度、雜質(zhì)含量要求苛刻的冶金、陶瓷、電子、航天航空等行業(yè)。
根據主要國際能源組織的預測，到 2050 年全球的綠氫產(chǎn)量將遠遠高于藍氫。IEA預測2030年電解水制氫及生物質(zhì)制氫等綠氫產(chǎn)量占比將達34%，2050年全球綠氫產(chǎn)量將達3.23億噸，較藍氫產(chǎn)量高58%。至2060年，幾乎全部的氫氣需求都將由低排放技術(shù)滿(mǎn)足，其中近80%是電解水制氫，屆時(shí)電解水制氫將成為具有成本競爭力的制氫工藝，耦合CCUS的化石能源制氫產(chǎn)量則將滿(mǎn)足16%的氫氣需求。而彭博新能源財經(jīng)則預測2050年全球氫能產(chǎn)量將達到8億噸，且全為綠氫。
