冉澤：氫氣的氣候影響及氫能可持續(xù)發(fā)展

編者按：“雙碳”背景下，隨著科技水平不斷進(jìn)步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。第十九屆中國(guó)分布式能源國(guó)際論壇”于2023年12月12日在重慶召開(kāi)，本次大會(huì)由中國(guó)能源研究會(huì)與中國(guó)能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì)上，

環(huán)保基金會(huì)北京代表處的技術(shù)創(chuàng)新主任冉澤做了主題為《氫氣的氣候影響及氫能可持續(xù)發(fā)展》的報(bào)告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

冉澤：感謝段總、感謝各位專(zhuān)家、各位領(lǐng)導(dǎo)。

之前談氫都是從發(fā)展的角度來(lái)談，我們作為一個(gè)環(huán)保機(jī)構(gòu)，今天也是從氫氣的氣候影響給大家分享一些最新的研究。

首先，大的背景?，F(xiàn)在已經(jīng)處于大發(fā)展的前期，但事實(shí)上對(duì)于氫氣的一些氣候風(fēng)險(xiǎn)和效益缺乏全面認(rèn)識(shí)，EDF從氫能產(chǎn)業(yè)的影響中對(duì)氣候影響我們做了一些研究。

先來(lái)看一些大的背景，為什么說(shuō)氫能有氣候影響，決定氣候影響的因素有幾個(gè)?過(guò)去我們談的都是生產(chǎn)端，綠氫、藍(lán)氫，各種的，只要是綠氫，只要是氫就要百分之百的減排，其實(shí)它不是。它如果是有排放，事實(shí)上就會(huì)影響到它的氣候效益，當(dāng)然利用也是。

所以，我們先來(lái)看一下生產(chǎn)。國(guó)際上的一些說(shuō)法和國(guó)內(nèi)通常說(shuō)的好像有點(diǎn)區(qū)別，天然氣是灰氫，煤炭是棕氫，化石燃料，不管你是灰氫還是棕氫，化石燃料不管你是棕氫還是灰氫，加上CCS就是藍(lán)氫。綠氫就是可再生加水，這是國(guó)際上的一個(gè)分類(lèi)。

藍(lán)氫這方面還是要考慮到，你雖然加CCS了，但是CCS的有效性如何，你做不到90%的碳普及，事實(shí)上你很難把握它的氣候效益。另外，你的甲烷排放也要考慮。

目前，全球基本上主要來(lái)自于高碳源，這個(gè)很容易理解。即使是藍(lán)氫也基本可以忽略不計(jì)，加CCS的還是很少。

其實(shí)不管是哪一種制氫方式，它都要有它的注意事項(xiàng)。比如可再生，我們建議是使用額外新增裝機(jī)去制氫，不能去搶了本來(lái)就應(yīng)該發(fā)電的那一部分，我們還是建議，可再生首先要用來(lái)發(fā)電，新增的去做，而不應(yīng)該和可再生的電力，電力很不寶貴，不應(yīng)該和它去競(jìng)爭(zhēng)。另外生物燃料，雖然也有一些生物燃料來(lái)制氫，但事實(shí)上如果我們大力發(fā)展生物燃料的話(huà)，也會(huì)改變一些用途。比如說(shuō)，把原來(lái)是一些森林，我們砍伐了，我們?nèi)シN一些生物，然后再去做一些原料，這個(gè)也是有它的負(fù)面效應(yīng)的。我們建議，如果是生物燃料，只使用無(wú)用和不可回收的。另外，化石燃料CCS這部分確保最高的補(bǔ)給效率，剛才提到90%，還有最低的甲烷排放。另外還有一個(gè)，封存之后的二氧化碳泄露度要降到最低，這是一個(gè)建議。

我們來(lái)看一下氫氣是如何管理的，這里就要介紹一下氫為什么說(shuō)是我們要去注意它的氣候影響，是因?yàn)闅涫且粋€(gè)間接的溫度氣體，它有一個(gè)氫增效應(yīng)的原理是什么呢?氫氣會(huì)和大氣中的氫氧基、羥基去反應(yīng)生成H和水，羥基它其實(shí)也是可以和甲烷去反應(yīng)，甲烷跑到大氣中，甲烷就是二氧化碳，跑到大氣中十幾年基本上就被OH反應(yīng)完了，和羥基反應(yīng)完了。但是如果氫氣泄露，就等于把甲烷爭(zhēng)奪了一部分，延長(zhǎng)了它的壽命。

另外，還通過(guò)一系列復(fù)雜的反應(yīng)增強(qiáng)了對(duì)流層臭氧的濃度以及平流層水蒸氣的濃度，這三者就形成凈增溫的氣候影響。所以氣候影響我們之前只是說(shuō)這個(gè)氫氣百分之百，只要是綠氫就是百分之百清潔，事實(shí)上還不是這么回事。所以簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們可以理解為氫就是一個(gè)小號(hào)的甲烷，為什么這么說(shuō)呢?我們看氫的氫增效應(yīng)和二氧化碳比是多少倍?是20楨尺度，是二氧化碳的34倍—40倍，甲烷是80多倍。板楨尺度二氧化碳是8倍—13倍，甲烷是28倍多一點(diǎn)，將近30倍。正好是甲烷的溫室效應(yīng)除以二，再稍微降一點(diǎn)就是氫，所以氫可以列為是小號(hào)甲烷。

當(dāng)然提這個(gè)，可能很多專(zhuān)家就覺(jué)得這又是給氫的產(chǎn)業(yè)上緊箍咒，其實(shí)倒也不是如此。只是說(shuō)你這個(gè)氫發(fā)電也好，燃燒也好都可以，但是你不要泄露，不要有一些工藝排放，要減少排放。這個(gè)很類(lèi)似于甲烷在17年之前，以氣代煤，當(dāng)時(shí)的空氣質(zhì)量很差，各種文件都在出以氣代煤，但是當(dāng)時(shí)很少有提甲烷減排的事，后來(lái)甲烷減排，咱們今年10月份甲烷控制行動(dòng)方案，國(guó)家方案都出了，所以感覺(jué)今年氫氣產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的前夜反而是我們現(xiàn)在這個(gè)行業(yè)最開(kāi)始要重視的這個(gè)問(wèn)題，如果這個(gè)產(chǎn)業(yè)都發(fā)展起來(lái)了，你再去控牌，其實(shí)你很多前期投資沒(méi)有做好的話(huà)，它會(huì)增加你后面的投資。所以我們提前把這個(gè)問(wèn)題重視起來(lái)，把它做好其實(shí)是一個(gè)好事。

由于氫氣的排放會(huì)有一個(gè)增溫的效應(yīng)，我們要分析一下，它的增溫效應(yīng)到底有多大?根據(jù)EDF的研究，如果氫氣排放率10%，包括人為的或者是無(wú)意的各種排放，如果排放率10%，如果化石能源制氫甲烷排放率3%，假設(shè)為最差的情景，你去替代藍(lán)氫，這個(gè)藍(lán)氫還包括CCS之后的藍(lán)氫，你替代了藍(lán)氫，在排放綠最差的情況下，在前十年不但不會(huì)降溫，反而會(huì)有增溫的效應(yīng)。在前20年也是如此，就是下面這條線(xiàn)，在線(xiàn)的上面反而會(huì)有增溫的效應(yīng)，在下面才是真正的降溫效應(yīng)。

當(dāng)然，既使是排放率最差，因?yàn)樗菍儆诙虊勖?，氫氣到大氣中之后在一到三年之后，一兩年基本上就反?yīng)完了，它主要現(xiàn)在在前期。如果尺度放大，50年左右，不管泄露度多大或者是排放率多大，都會(huì)有氣候效益，但是短期之內(nèi)它會(huì)有增溫效應(yīng)。

對(duì)于綠氫來(lái)說(shuō)，不管泄露率多高，它都會(huì)有正的氣候效益，但是它會(huì)打折。我們現(xiàn)在往往說(shuō)的百分之百，它就是減排，如果泄露率到10%的話(huà)，它只有60%的減排，等于是一個(gè)很大的打折。所以說(shuō)，我們現(xiàn)在很多它的敘事邏輯其實(shí)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

由于氫氣排放有間接溫室效應(yīng)，所以我們就要去對(duì)它進(jìn)行控制，但是現(xiàn)在的難點(diǎn)是什么呢?它排放的是未知的。我們沒(méi)有手段去監(jiān)測(cè)氫氣的排放到底是什么多少，現(xiàn)在往往有一些變色膠帶，一泄露就變色，或者是在一個(gè)室內(nèi)的頂部監(jiān)測(cè)濃度，濃度過(guò)了一定的預(yù)值之后它就報(bào)警。但是它沒(méi)有辦法去測(cè)，尤其是在室外的條件下，沒(méi)辦法去測(cè)它到底泄露了多少。

這個(gè)難點(diǎn)是什么呢?如果你要很快就要把它給測(cè)出來(lái)，往往精度會(huì)變差，PDM級(jí)。如果你要是想把它測(cè)的很細(xì)，到PBB級(jí)別，你往往需要耗的時(shí)間很長(zhǎng)。所以這是一個(gè)挑戰(zhàn)。

今年年初，美國(guó)的一家公司，它的監(jiān)測(cè)設(shè)備有一個(gè)新的進(jìn)展。這個(gè)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有人進(jìn)行研究，包括我們跟清華大學(xué)聊這件事，如果國(guó)內(nèi)有有識(shí)之士，其實(shí)應(yīng)該加緊這方面的研究。露天環(huán)境下，有其他溫室氣體的一些排放，同時(shí)有氫的排放，它能夠把氫排放給你監(jiān)測(cè)出來(lái)，而且是做到幾十個(gè)PBB單位，這個(gè)是秒級(jí)幾十個(gè)PBB單位，這是全球第一個(gè)。美國(guó)的能源部也是支持這個(gè)項(xiàng)目。

原來(lái)的計(jì)劃是今年要出兩個(gè)商業(yè)化的設(shè)備，但是目前出沒(méi)出，后續(xù)的報(bào)告我沒(méi)看到，這也是公開(kāi)的消息，大家去搜索這個(gè)公司氫排放這個(gè)事，就會(huì)看到氫能。包括這個(gè)進(jìn)展也是在IEA的氫能的展望里面也提到了進(jìn)展。歐洲有企業(yè)已經(jīng)同步跟進(jìn)了，國(guó)內(nèi)目前據(jù)我了解，氫氣泄露相關(guān)的都是PPM級(jí)別的，而且往往是和濃度相關(guān)的。真正去測(cè)監(jiān)測(cè)量的，目前還沒(méi)有，可以說(shuō)可能這個(gè)意識(shí)目前還很少，所以這個(gè)設(shè)備更是如此。再多說(shuō)一句，甲烷監(jiān)測(cè)相關(guān)的這些設(shè)備也主要是發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)備，雖然現(xiàn)在我們的行動(dòng)方案有了，我們?yōu)槭裁礇](méi)有提量化目標(biāo)，是因?yàn)榈讛?shù)還不清楚，底數(shù)不清楚是因?yàn)槲覀兊谋O(jiān)測(cè)還沒(méi)有，在做的過(guò)程之中。而監(jiān)測(cè)設(shè)備一了解最先進(jìn)的是美國(guó)的，ABB，總部在加拿大，都是這些企業(yè)。所以這些監(jiān)測(cè)設(shè)備和減排其實(shí)是很相關(guān)的。

我們?nèi)ケO(jiān)測(cè)哪些設(shè)施呢?從生產(chǎn)、上游到下游全都需要去監(jiān)測(cè)，無(wú)論是甲烷、蒸汽重整制氫，還是電解水制氫，其實(shí)都會(huì)有氫氣排放。而且氫的排放還不小，為什么?即使是綠氫制取，如果它的濃度不夠的時(shí)候，就可以先把它放掉，濃度到了一定程度之后，才能把它用起來(lái)。

另外，檢修的時(shí)候也是如此。起停的時(shí)候它會(huì)有氫氣排放，當(dāng)然這個(gè)泄露率有多少，它取決于你的起停次數(shù)。如果一年起停兩三次，那這個(gè)確實(shí)可以忽略不計(jì)。事實(shí)上，現(xiàn)在很多時(shí)候它是起停的次數(shù)比較多，這個(gè)時(shí)候就是一個(gè)大的問(wèn)題。所以綠氫不是說(shuō)完全沒(méi)有問(wèn)題，你還得在起停的環(huán)節(jié)要減少。

另外，就是儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，尤其涉及到壓縮，所以排放還是比較高。尤其是液氫的裝卸過(guò)程，這個(gè)排放如果做不好的話(huà)，可能排放率會(huì)達(dá)到20%，這是很恐怖的一個(gè)數(shù)字。

應(yīng)用環(huán)節(jié)，就是各種石化企業(yè)和加氫站相關(guān)的。

我們提到氫氣排放，現(xiàn)狀如何呢?雖然缺乏一些監(jiān)測(cè)設(shè)備，但是有一些文獻(xiàn)也已經(jīng)有一些成果，這是所有環(huán)節(jié)梳理，所有的環(huán)節(jié)都有一個(gè)氫氣排放率的這么一個(gè)數(shù)值統(tǒng)計(jì)。從生產(chǎn)到最終的利用，全都是有一個(gè)排放率。低都能做到1%以下，最高就是剛才提到的，液氫裝卸的環(huán)節(jié)，如果做的不好會(huì)到20%，所以它的范圍是一個(gè)很寬的范圍。這也提示我們，如果做這個(gè)事確實(shí)需要在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域要下很大的工夫。

這次COP28也基本算開(kāi)完，有學(xué)者帶回來(lái)他個(gè)人的感受，國(guó)際上有一些國(guó)家，他一提減排就是談監(jiān)測(cè)，從太空中，衛(wèi)星中各種各樣的監(jiān)測(cè)，這是美國(guó)等國(guó)家特別重視的一點(diǎn)。國(guó)內(nèi)就是我們要執(zhí)行，可再生能源去減排，去替代，但是監(jiān)測(cè)這方面強(qiáng)調(diào)的少。所以不同的國(guó)家切入點(diǎn)確實(shí)有很大的一個(gè)不同，所以跟國(guó)際交流的時(shí)候，有的時(shí)候確實(shí)覺(jué)得不同國(guó)家它的內(nèi)容屬于不同的方向。所以在監(jiān)測(cè)的范圍，我們確實(shí)還有許多工作需要去做的。監(jiān)測(cè)如果這些數(shù)值不能夠有實(shí)測(cè)支撐，確實(shí)很難去說(shuō)明減排了多少。

利用方面，大家也都知道，其實(shí)氫它的能源轉(zhuǎn)化效率很低。我們也做了一個(gè)統(tǒng)計(jì)，同樣的能源，如果是走氫的路線(xiàn)和走電的路線(xiàn)，其實(shí)氫的耗能，乘用車(chē)的平均耗能是三倍，重卡四倍，公交車(chē)四倍，如果用于加停功能是七倍，其實(shí)你不如直接用電。也正是基于如此，所以我們認(rèn)為氫能利用要再聚焦在難減排的領(lǐng)域。重工業(yè)、鋼鐵、水泥、塑料等，交通就是航空、航運(yùn)、長(zhǎng)途、重卡，這方面可能是氫的利用場(chǎng)景。

摻氫也是大家很關(guān)注的，但實(shí)際上摻氫做到20%，它的減排只能是到6%—7%。你摻了半天氫，其實(shí)你減排效果不是那么高，不是說(shuō)你摻20%你就能減20%，這個(gè)也是需要去考慮的。

另外，剛才提到了供暖方向，其實(shí)燃?xì)忮仩t耗能更高，成本大家也知道，如果是摻氫很高的話(huà)，基礎(chǔ)設(shè)施要進(jìn)行更換。

健康，氫還有一個(gè)健康影響。氫燃燒之后它有氮氧化物排放的，它可不是說(shuō)除了水沒(méi)有別的，它有氮氧化物排放，這也是一個(gè)問(wèn)題。

氣候影響總結(jié)就是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，剛才提到了，我就不再重復(fù)了，大家也能看到。為了確保氫的可持續(xù)性，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)我們要確保使用氫的最大效率，管理環(huán)節(jié)就是排放，采用集中而非分散，意思就是說(shuō)避免長(zhǎng)途運(yùn)輸，越是長(zhǎng)途運(yùn)輸，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)越多，它的排放風(fēng)險(xiǎn)越高。

這也不是新事了，為什么呢?在12月9日，前幾天在COP28上已經(jīng)發(fā)了這么一個(gè)倡議，叫“氫能安全氣候有益與可持續(xù)發(fā)展國(guó)際合作倡議”。我把關(guān)鍵的信息讀一下，這個(gè)發(fā)起單位是什么呢?是生態(tài)環(huán)境部對(duì)外合作與交流中心EDF北京代表處，清華大學(xué)車(chē)輛與運(yùn)載學(xué)院中電聯(lián)氫能分布，這個(gè)實(shí)際上就是氫能聯(lián)盟，它的牌子比較多，還有申能、隆基氫能，隆基現(xiàn)在是太陽(yáng)能和氫氣兩只手都在抓，億華通，我們知道氫能電池上市第一股，還有上海氫風(fēng)，現(xiàn)在做的很大。包括海德氫能，這也是清華背景的一個(gè)企業(yè)。還有國(guó)氫，這也屬于氫能聯(lián)盟系統(tǒng)的，中歐也是氫能聯(lián)盟系統(tǒng)的。所以這是12家企業(yè)已經(jīng)發(fā)起的氫能安全氣候有益與可持續(xù)發(fā)展倡議，這個(gè)倡議的內(nèi)容是什么呢?

第一點(diǎn)，共享氫能產(chǎn)業(yè)鏈條重大安全和氣候風(fēng)險(xiǎn)管控經(jīng)驗(yàn);第二點(diǎn)，推動(dòng)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)等等，鼓勵(lì)氫氣排放監(jiān)測(cè)以及氫能相關(guān)設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)研發(fā)，共謀氫能領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。這個(gè)我要提一下，現(xiàn)在清潔氫能的標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際上不一樣，美國(guó)的清潔氫能標(biāo)準(zhǔn)是2000克二氧化碳每千克氫，歐洲是三點(diǎn)幾，歐洲叫可再生氫，國(guó)內(nèi)是氫能聯(lián)盟，它有類(lèi)似于一個(gè)團(tuán)標(biāo)，它是4.9，所以從氫能標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，一個(gè)是國(guó)際上比我們要嚴(yán)格，另外指標(biāo)的選取，國(guó)際上也要去對(duì)標(biāo)。歐盟的碳邊界調(diào)節(jié)機(jī)制有氫，這個(gè)其實(shí)引人深思，現(xiàn)狀來(lái)看，歐盟氫的進(jìn)口和出口基本上可以忽略不計(jì)，但是歐盟在設(shè)計(jì)碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制的時(shí)候，俗稱(chēng)碳關(guān)稅機(jī)制的時(shí)候，竟然把氫給放進(jìn)去了，其實(shí)他有天然氣，未來(lái)我們不進(jìn)入天然氣，我們進(jìn)入氫，進(jìn)入氫的時(shí)候我們要考慮到排放問(wèn)題。這是19年就把這個(gè)事提出來(lái)了，而我們現(xiàn)在23年了，國(guó)內(nèi)其實(shí)好多人還不太重視這個(gè)事，中國(guó)最大的優(yōu)勢(shì)就是可再生，裝機(jī)很高，現(xiàn)在屬于一個(gè)過(guò)剩的階段。我們就不去發(fā)電了，我們直接去制氫，氫還可以制綠色甲醇，這個(gè)想象的空間非常大?？紤]到當(dāng)時(shí)我們發(fā)展可再生產(chǎn)業(yè)，光伏產(chǎn)業(yè)，先是出口歐洲，出口一些經(jīng)濟(jì)成分比較高的地區(qū)，不妨我們生產(chǎn)的高標(biāo)準(zhǔn)的綠氫也好或者是清潔氫也好，我們也是出口歐洲。但是這就需要我們國(guó)內(nèi)這些企業(yè)有前瞻性，美國(guó)是有這個(gè)前瞻性的，美國(guó)的氫能戰(zhàn)略就直接提到，未來(lái)的氫是要考慮到出口的，所以這是一個(gè)我們確實(shí)在自己做的同時(shí)，要有一個(gè)國(guó)際視野，看一下最新的動(dòng)向是什么。

第三，在氫能貿(mào)易基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，關(guān)鍵氫能裝備研發(fā)等領(lǐng)域的國(guó)際合作，將氫氣排放及其影響納入評(píng)估考慮，促進(jìn)其效益最大化。剛才提到的氫氣清后影響這個(gè)事，其實(shí)從政府部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始做起來(lái)了，而且我們看國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，今年國(guó)家能源局發(fā)布的相關(guān)能源標(biāo)準(zhǔn)制定，低碳?xì)?，?lèi)似于清潔氫的標(biāo)準(zhǔn)，今年就該開(kāi)始制定。

幾年之后，甚至可以去暢想，可能氫氣排放控制行動(dòng)方案也會(huì)要出來(lái)，這個(gè)產(chǎn)業(yè)小的時(shí)候沒(méi)人管，產(chǎn)業(yè)大了之后各方面要考慮的就會(huì)多起來(lái)。

謝謝大家!