氫能的主要來源是可再生能源和化石能源的轉(zhuǎn)化。我國的氫能主要通過化石能源轉(zhuǎn)化獲得，嚴(yán)格意義上我國氫能還不能被認(rèn)為是清潔能源。氫能通過化石燃料轉(zhuǎn)化過程中會排放大量溫室氣體CO2，CO2排放的問題將嚴(yán)重制約氫能的發(fā)展。

碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)是一種大規(guī)模直接的CO2減排技術(shù)，被認(rèn)為是未來應(yīng)對全球氣候變化、控制溫室氣體排放的重要技術(shù)之一。CCUS技術(shù)是在碳捕獲與封存(CCS)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，它把捕集到的CO2進(jìn)行提純，繼而投入新的生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)循環(huán)再利用，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。近些年在CCUS技術(shù)的發(fā)展和示范過程中，美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)都已經(jīng)成為CCUS的堅定支持者，為CCUS的發(fā)展提供了技術(shù)和立法支持。目前我國對CCUS技術(shù)的發(fā)展還未形成具體的統(tǒng)一文件。根據(jù)我國的能源結(jié)構(gòu)以及能源發(fā)展?fàn)顩r，為了更好地推動我國CCUS技術(shù)的發(fā)展，需要把CCUS技術(shù)和氫能技術(shù)相結(jié)合，以促進(jìn)共同發(fā)展。

本文將傳統(tǒng)化工能源重整獲得氫能和CCUS技術(shù)相耦合，從氫能發(fā)展政策和CCUS技術(shù)激勵政策角度進(jìn)行對比提出了相關(guān)的建議。在典型區(qū)域計算并評估了氫能的CO2排放規(guī)模和CCUS技術(shù)減排潛力，另外還分析了氫能和CCUS技術(shù)協(xié)同發(fā)展下產(chǎn)能釋放規(guī)模及其對地方經(jīng)濟(jì)和就業(yè)的拉動情況。在技術(shù)層面，對氫能和CCUS技術(shù)耦合的可行性進(jìn)行分析并提出了耦合優(yōu)化建議。

1、氫能發(fā)展政策和CCUS激勵政策

1.1 氫能發(fā)展政策

從全球視野來看，世界各國都在投入大量資金，組織科研力量，制定發(fā)展規(guī)劃，積極推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。美國、日本、韓國、歐洲等地區(qū)和國家出臺了相應(yīng)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。我國無論是從完成《巴黎協(xié)定》的承諾考慮，還是為了更好地發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，提高人民生活水平，改變和調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)都勢在必行。發(fā)展氫能對于推進(jìn)我國能源革命和經(jīng)濟(jì)低碳轉(zhuǎn)型都有重大意義，它既有利于應(yīng)對全球氣候變化，也能夠滿足國內(nèi)保障能源安全、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的內(nèi)在需求，具有多方面協(xié)同效應(yīng)。

2019年以來，我國越來越重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國家和地方紛紛出臺了一系列涉及氫能領(lǐng)域的發(fā)展政策。特別是2019年的政府工作報告，首次把氫能寫入其中，體現(xiàn)了國家對發(fā)展氫能的重視程度和決心。2019年內(nèi)在國家層面發(fā)布的涉及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要政策見表1。

表1 2019年氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策

由表1可見，這些政策涉及氫能產(chǎn)業(yè)的上游制氫、中游儲氫、下游應(yīng)用的整個產(chǎn)業(yè)鏈條的工作。有關(guān)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)政策也在多個文件中提到，另外還有30多個省市出臺了地方關(guān)于推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)政策。上述一系列中央和地方的氫能指導(dǎo)政策都體現(xiàn)了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切性，從這些政策中可以看見氫能發(fā)展的動力以及前進(jìn)的方向。這些氫能政策的發(fā)布也在一定程度上推動了氫能產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，相關(guān)補(bǔ)貼政策的支持也體現(xiàn)了國家和政府部門對氫能產(chǎn)業(yè)的重視。

1.2 CCUS激勵政策

氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策已經(jīng)步入正規(guī)，并且正在大踏步前進(jìn)，但是關(guān)于CCUS技術(shù)的政策還處于初期階段。2006年以來在國家層面發(fā)布的涉及CCUS技術(shù)的政策文件有20多項，但是專門針對CCUS技術(shù)的專項政策很少，而且缺乏具體的落實方案。2006年發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中提出了“開發(fā)高效、清潔和CO2近零排放的化石能源開發(fā)利用技術(shù)”，要求為CCUS技術(shù)的建設(shè)提供發(fā)展的契機(jī)。2007年國務(wù)院發(fā)布的《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》中指出，將發(fā)展CCUS技術(shù)作為CO2減排的重點領(lǐng)域，提出“大力開發(fā)煤液化以及煤氣化、煤化工等轉(zhuǎn)化技術(shù)、以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)、二氧化碳捕獲及利用、封存技術(shù)等”。

同年發(fā)布的《中國應(yīng)對氣候變化科技專項行動》強(qiáng)調(diào)，加強(qiáng)對CCUS的技術(shù)研發(fā)，推動其技術(shù)示范，這為推動CCUS技術(shù)研發(fā)提供了政策保障。2011年《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中將重點探索CO2捕集、利用與封存等方向的前沿技術(shù)寫入其中，體現(xiàn)了國家對CCUS技術(shù)發(fā)展的重視。這些指導(dǎo)性文件都涉及CCUS技術(shù)的發(fā)展，并在一定程度上規(guī)范著CCUS項目，但尚未建立起專門針對CCUS技術(shù)的法律法規(guī)。現(xiàn)階段國家仍以宏觀引導(dǎo)和鼓勵為主，加強(qiáng)技術(shù)儲備，政策文件主要以激勵政策為主，加強(qiáng)示范項目建設(shè)。2009年5月17號《中國CCUS發(fā)展路線圖(2019版)》及“國家能源集團(tuán)公司CCUS技術(shù)路線及發(fā)展規(guī)劃”的發(fā)布，為CCUS技術(shù)的發(fā)展指明了道路。

1.3 政策對比分析

通過對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的解讀，首先對現(xiàn)階段發(fā)展CCUS技術(shù)面臨的問題進(jìn)行詳細(xì)剖析，為CCUS技術(shù)的發(fā)展尋找前進(jìn)的動力。其次在氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)指導(dǎo)政策的啟發(fā)下，尋找氫能與CCUS技術(shù)的直接聯(lián)系以降低生產(chǎn)成本。中央和地方出臺的一系列指導(dǎo)政策為氫能的發(fā)展指明了前進(jìn)的方向和發(fā)展的動力，而這正是CCUS技術(shù)發(fā)展過程中遇到的問題，現(xiàn)階段發(fā)展CCUS的相關(guān)指導(dǎo)政策遲遲沒有發(fā)布的主要原因就是缺乏動力支持，一方面是人們對于環(huán)境危機(jī)意識認(rèn)識的不足，人們對CCUS技術(shù)的認(rèn)可度低，甚至有些人認(rèn)為全球碳排放是一個循環(huán)過程，有排放就有吸收，現(xiàn)階段短暫的不平衡只是一段特殊的時期，經(jīng)過一段時間的調(diào)節(jié)，碳排放就會回歸到正軌上去;另一方面相關(guān)技術(shù)發(fā)展還不成熟，還不能解決碳捕集、封存等的成本問題。從上述氫能產(chǎn)業(yè)的政策中可以探尋CCUS技術(shù)發(fā)展的動力，研究是否可以把氫能的補(bǔ)貼應(yīng)用一部分到CCUS技術(shù)的發(fā)展中，氫能產(chǎn)業(yè)方面的政策指導(dǎo)對于CCUS技術(shù)發(fā)展的借鑒意義就是研究實現(xiàn)氫能和CO2減排相聯(lián)系的技術(shù)，加深氫能和CCUS技術(shù)的融合。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，未來CCUS技術(shù)的發(fā)展道路還很漫長。

2、典型區(qū)域氫能和CCUS技術(shù)的源匯匹配

氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模在逐漸擴(kuò)大。從全國范圍來看，氫能產(chǎn)量在逐漸增加，2012—2018年全國氫能產(chǎn)量(圖1)表明，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢良好。而且有關(guān)氫能的應(yīng)用也在快速發(fā)展，特別是在燃料電車領(lǐng)域，正在經(jīng)歷一波飛速發(fā)展的階段。目前，從中央到地方都出臺了一系列鼓勵新能源補(bǔ)貼政策，積極推動燃料電車的快速發(fā)展和普及。

圖1 2012—2018年全國氫能產(chǎn)量

在氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，表現(xiàn)比較突出的是加氫站的建設(shè)。自2008年我國在北京建立第1座車用加氫站以來，加氫站的建設(shè)經(jīng)歷了一段低谷期，但2015年以后建設(shè)數(shù)量逐年增加，特別是在2019年就有30多個省市規(guī)劃在近幾年建設(shè)加氫站，具體情況如圖2所示。由圖2可見，截至2019年底全國累計建設(shè)加氫站61座。其中，廣東建成17座加氫站，位列全國第1;上海建成10座位列全國第2;江蘇和湖北均建成5座，并列第3。

圖2 2015—2019年全國加氫站數(shù)量及2020預(yù)計數(shù)量

下面以廣東省、上海市和山東省為典型區(qū)域介紹我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況以及CCUS技術(shù)在這幾個典型區(qū)域的部署情況和減排潛力，由于氫能產(chǎn)業(yè)整個鏈條、各個環(huán)節(jié)之間都有碳排放，并且差別極大，本文以上游制氫同時排放的CO2為主要研究對象，分析氫能產(chǎn)業(yè)與CCUS技術(shù)的源匯匹配情況。

上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，優(yōu)勢明顯。作為國內(nèi)主要的煉化基地之一，上海擁有充足的工業(yè)副產(chǎn)氫，氫能資源豐富。另外，作為國內(nèi)發(fā)展氫燃料電池較早的城市，目前上海有23條氫燃料電池電堆產(chǎn)業(yè)鏈和11條氫燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈。上海市在燃料汽車領(lǐng)域發(fā)展迅速，其氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也處于國內(nèi)發(fā)展前列。從近期和遠(yuǎn)期來看，上海市氫能主要來源是工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫，近中期主要以工業(yè)副產(chǎn)氫為主，遠(yuǎn)期以電解水制氫為主。據(jù)測算，上海市煉化企業(yè)每年工業(yè)副產(chǎn)氫約為1.2萬~1.7萬t。

根據(jù)制氫和排放CO2的關(guān)系，假設(shè)工業(yè)副產(chǎn)氫生產(chǎn)中每噸氫氣排放10t的CO2，則每年CO2排放量是12萬~17萬t，這是萬噸級CCUS項目一年的減排規(guī)模。如果用于CO2-EOR，就可以提高石油7%~15%的采收率，對地方經(jīng)濟(jì)的增長具有重大影響。

山東省在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)方面也有比較突出的優(yōu)勢，作為能源和化工大省，山東省具有大量低成本的工業(yè)副產(chǎn)氫。據(jù)初步測算，山東省全年的氫產(chǎn)量約260萬t，居全國首位。以前大量的工業(yè)副產(chǎn)氣被釋放，既污染大氣又浪費資源，通過發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)就可以實現(xiàn)廢物利用。根據(jù)這些氫氣的產(chǎn)量可以大致估計氫氣的伴生氣CO2的年排放量約為2600萬t。對于這些CO2，如果通過CCUS技術(shù)處理，百萬噸項目需要26個，十萬噸項目需要200個左右。通過地質(zhì)封存處理這些CO2就可以極大地提高油田的石油采收率，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)建設(shè)百萬噸級的CCUS項目可以增加五六千個工作崗位，建設(shè)二三十個項目就可以解決幾萬人的就業(yè)問題。

以廣州為中心的珠三角地區(qū)也是一個氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較快的地區(qū)。廣東省擁有大量的化工能源企業(yè)以及氫氣加工處理企業(yè)，這些企業(yè)都可以為氫能產(chǎn)業(yè)提供豐富且清潔的氫氣資源。而且珠江口盆地作為我國重要的海底咸水層封存地區(qū)，在CCUS的地質(zhì)封存中處于重要地位。根據(jù)《廣州市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2019—2030年)》可知，全市制氫資源量約占全省的10%，年制氫能力超過10萬t，由此可以推算，廣東省年制氫能力超過100萬t。由《中國CCUS發(fā)展路線圖(2019)》可知，預(yù)計到2030年的技術(shù)發(fā)展規(guī)模，陸地咸水層可以實現(xiàn)多個100萬t項目示范，枯竭油田封存實現(xiàn)100t級示范，海底咸水層封存實現(xiàn)10萬~30萬t級工業(yè)示范。

根據(jù)我國氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟預(yù)測，截至2030年，可再生能源制氫將占據(jù)氫能產(chǎn)業(yè)的15%。如果為了節(jié)約成本只考慮當(dāng)?shù)鼐徒獯嫣幚?，?030年廣東省的“灰氫”預(yù)計將占據(jù)55%，“藍(lán)氫”占比為30%，“綠氫”占比為15%。從這些預(yù)期數(shù)據(jù)可以看出，預(yù)計到2030年，廣東省“灰氫”的占比將大幅度下降，與此同時“藍(lán)氫”和“綠氫”的占比將升高。“藍(lán)氫”占比的增加依賴CCUS技術(shù)的快速部署，CCUS的建設(shè)既增加了地方財政收入，又為當(dāng)?shù)靥峁┝舜罅康木蜆I(yè)機(jī)會。預(yù)計到2030年僅廣州市的氫能產(chǎn)值將達(dá)到2000億元以上，提供幾十萬個工作崗位。

通過對幾個典型區(qū)域氫氣產(chǎn)能和發(fā)展條件的分析，可以發(fā)現(xiàn)廣東省的石油煉化企業(yè)和氫氣銷售企業(yè)在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用，上海的氫能依托長三角地區(qū)的煉化企業(yè)有大量的工業(yè)副產(chǎn)氣，這些企業(yè)可以為上海提供源源不斷的氫能。山東省本地也有大量的氫氣供應(yīng)，可以實現(xiàn)就近利用。廣東、上海、山東的氫能產(chǎn)業(yè)和CCUS的源匯匹配情況良好，兩者的協(xié)同發(fā)展既可以在不降低經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的同時，提供較多的就業(yè)機(jī)會，也可以完成國家對各省市CO2減排的要求。目前氫氣來源大多是通過化石能源獲得，這個過程中CO2的排放問題一直制約著化石能源企業(yè)的發(fā)展，例如對于一些石化企業(yè)、煤炭企業(yè)以及化工企業(yè)的產(chǎn)能都有一定的限制，同時還嚴(yán)重影響地方經(jīng)濟(jì)的增長。通過對這3個典型區(qū)域的氫能產(chǎn)業(yè)的分析，得出CCUS和傳統(tǒng)化石能源重整制氫技術(shù)的結(jié)合，可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的低碳發(fā)展。

3、氫能和CCUS技術(shù)耦合可行性分析

3.1氫能產(chǎn)業(yè)CO2排放特征分析

氫能產(chǎn)業(yè)和CCUS技術(shù)可以在技術(shù)層面進(jìn)行耦合，因為要想真正實現(xiàn)氫能的清潔，必須解決氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中CO2排放的問題。根據(jù)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃可以把氫能的發(fā)展過程分為3個階段，即初期階段、中期過渡階段以及最終階段。初期階段就是現(xiàn)階段，氫氣主要以“灰氫”為主，它的來源是通過化石能源轉(zhuǎn)化，例如煤炭、天然氣、焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣等。生產(chǎn)過程中會有大量的CO2排放，該階段的氫能還不能稱為清潔能源。中期過渡階段的氫氣稱為“藍(lán)氫”，這個階段是在初期階段的基礎(chǔ)上結(jié)合CCUS技術(shù)，實現(xiàn)碳中和，減少碳的排放，這個時期的氫能相對較為干凈，但還不是氫能理想的狀態(tài)。最終階段的氫氣稱為“綠氫”，氫氣的來源是通過可再生能源獲得，這個過程能實現(xiàn)完全的無碳化，100%綠色，是氫能發(fā)展的最終目標(biāo)。從價格上來看，目前灰氫最便宜，藍(lán)氫略貴于灰氫，綠氫最貴?？紤]到成本和環(huán)保的要求，現(xiàn)階段主要大力發(fā)展“藍(lán)氫”，即實現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)和CCUS技術(shù)的協(xié)同發(fā)展。

目前工業(yè)上制氫的方式有電解水制氫、煤制氫、天然氣制氫、甲醇制氫、化工尾氣制氫等，其中工業(yè)尾氣制氫占45%，煤制氫占41%，天然氣制氫占10%，電解水制氫僅占4%，制氫方式主要還是以傳統(tǒng)能源的化學(xué)重整為主。預(yù)計到2050年，電解水制氫將達(dá)到64%，煤制氫與CCUS技術(shù)結(jié)合的制氫方式將達(dá)到21%，工業(yè)副產(chǎn)氫和天然氣重整制氫分別為8%和7%。這幾種制氫方式優(yōu)缺點比較見表2。

表2幾種制氫方式比較

下面以最主要的制氫方式工業(yè)副產(chǎn)氣進(jìn)行詳細(xì)分析，工業(yè)副產(chǎn)氣主要包括焦?fàn)t煤氣、丙烷脫氫、氯堿工業(yè)的尾氣。2019年全國焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量約為1906億m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，焦?fàn)t煤氣中氫氣體積分?jǐn)?shù)約40%~50%，PSA氫氣吸收率92%。按照2019年焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量估算，我國每年焦?fàn)t煤氣制氫約600萬t。根據(jù)相關(guān)產(chǎn)能估算，丙烷脫氫和氯堿工業(yè)的尾氣每年制氫分別為2.3萬t和106萬t，則工業(yè)副產(chǎn)氫年均760萬t。

根據(jù)氫氣和CO2排放量之間的關(guān)系，通過工業(yè)副產(chǎn)氣制氫的CO2年均排放量為7750萬t。這么多的CO2還只是其中一部分，如果把它們直接排放到大氣中會造成嚴(yán)重的氣候變化，但是通過與CCUS技術(shù)耦合就可以很好地解決CO2的問題，CCUS常規(guī)的利用包括地質(zhì)應(yīng)用(即CO2-EOR)、化工利用(燃料和化工品)、生物利用(食品、飼料等)。其中地質(zhì)封存是主要的利用方式，我國封存CO2比較好的地區(qū)包括松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地、珠江口盆地、準(zhǔn)噶爾-吐哈盆地等，在這些地區(qū)可以建設(shè)多個CCUS示范項目。根據(jù)《中國CCUS發(fā)展路線圖(2019)》，到2030年將建設(shè)多個百萬噸級項目，這些CCUS項目與氫能產(chǎn)業(yè)可以匹配，實現(xiàn)氫能和CCUS技術(shù)耦合。

4、結(jié)論

通過對氫能產(chǎn)業(yè)和CCUS技術(shù)在政策、源匯匹配、技術(shù)性評估以及協(xié)同效果4個方面的分析可得：

1)在政策方面，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期經(jīng)歷的鼓勵補(bǔ)貼政策可以借鑒到CCUS技術(shù)的建設(shè)中，另外氫能產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對CCUS的發(fā)展也有借鑒意義。

2)在典型區(qū)域的源匯匹配方面，廣東省、上海市、山東省這幾個典型區(qū)域有豐富的氫能來源，有條件大規(guī)模部署CCUS技術(shù)，而且整個制氫-CO2捕集-CO2應(yīng)用的過程都可以一體化就近完成，既減少了碳排放，又提高了經(jīng)濟(jì)效益和就業(yè)機(jī)會。

3)技術(shù)性評估，氫能產(chǎn)業(yè)的碳排放特征明顯，主要就是在制氫過程中大量CO2排放，這些排放的CO2通過CCUS技術(shù)收集，然后再通過一定的途徑利用這些CO2，從而產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。總體來看，氫能產(chǎn)業(yè)和CCUS技術(shù)耦合在保障氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，又促進(jìn)了CCUS在我國的部署，兩者相輔相成共同發(fā)展。