近期，在中咨公司氫能中心和能景研究共同舉辦的“2024氫基能源綠色發(fā)展論壇”上，中國華電氫能技術(shù)研究中心常務(wù)副主任、華電重工股份有限公司副總經(jīng)理白建明發(fā)表了題為“氫氨醇現(xiàn)狀及發(fā)展前景”的演講。

演講中，白建明圍繞氫氨醇發(fā)展的必要性、發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景等為大家進(jìn)行了精彩的介紹。現(xiàn)能景研究截取演講中的部分內(nèi)容及觀點，供大家參考。部分內(nèi)容如下（第一人稱敘述）。

 01能源革命朝低碳化的方向發(fā)展，碳越來越少，氫越來越多

發(fā)展綠色氫能是構(gòu)建新型能源系統(tǒng)的有效途徑。2020年，中國在第75屆聯(lián)合國大會上提出中國的碳中和目標(biāo)后，氫能行業(yè)飛速發(fā)展。氫能作為清潔低碳的二次能源，在國家能源體系和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有重要戰(zhàn)略地位。氫能是一種來源廣泛、能量密度高、可規(guī)模化存儲、環(huán)保低碳、應(yīng)用場景豐富的二次能源。我國制定了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035）》，明確氫能是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。人類的能源利用一直朝著低碳的方向在發(fā)展。我們經(jīng)歷了三次能源革命，第一次能源革命是蒸汽機時代（生物質(zhì)-煤炭），第二次能源革命是內(nèi)燃機時代（煤炭-石油、天然氣），第三次能源革命是電池時代（鋰電池、氫燃料電池）。能源一直朝著低碳化的方向發(fā)展，碳越來越少，氫越來越多。氫氨醇是 21 世紀(jì)能源革命的一個關(guān)鍵技術(shù)。

全球正進(jìn)入“氫2.0”時代，氫能產(chǎn)業(yè)向綠氨、綠色甲醇等“泛氫”能源方向發(fā)展。氫能的發(fā)展也面臨一些挑戰(zhàn)。氫能分子量比較小，不利于存儲、液化成本高等難題限制了氫能遠(yuǎn)距離輸送。氫能產(chǎn)業(yè)向綠氨、綠色甲醇等“泛氫”能源方向發(fā)展。世界各國已將“氨”納入其政府能源策略，根據(jù)日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省公布的數(shù)據(jù)，到2030年，日本的發(fā)電用燃料中氫和氨將各占10%。中國作為傳統(tǒng)合成氨生產(chǎn)大國，在綠氨生產(chǎn)和氨能利用方面正在積極發(fā)力。“氫經(jīng)濟”與“甲醇經(jīng)濟” 是能源革命的重要組成部分，諾獎得主喬治·奧拉提出“甲醇經(jīng)濟“，消納吸收CO2，耦合可再生能源與化工，構(gòu)建綠色化工體系。另外，國內(nèi)外的相關(guān)院士、專家學(xué)者也提出了三條主線構(gòu)建新型能源體系。第一個主線是開發(fā)以煤炭為核心的化石能源清潔高效利用和耦合替代新路線和新技術(shù)，突破高能耗、高耗水、高排放等瓶頸問題。第二個主線是突破低碳能源多能互補與規(guī)模化應(yīng)用難題，推進(jìn)可再生能源高比例消納，構(gòu)建智慧能源系統(tǒng)。第三個主線是前瞻布局化石能源/可再生能源/核能多元化能源系統(tǒng)融合發(fā)展路徑，解決我國現(xiàn)有各能源技術(shù)體系缺乏關(guān)聯(lián)，孤立發(fā)展的結(jié)構(gòu)性缺陷。氫能儲運具有較大難度，一是重量輕、密度小，二是液化溫度低，三是原子半徑小，四是性質(zhì)活潑，氫能儲運問題促進(jìn)氫氨醇融合快速發(fā)展。

02氫氨醇融合發(fā)展的3大驅(qū)動因素

一是作為氫的運輸載體。液氨儲氫是一種非常好的儲氫方式，液氨比液氫具有更高的體積能量密度，氨比氫氣更容易液化，同體積的液氨比液氫多至少60%的氫，同時氨具有特殊的氣味，為潛在的泄露提供預(yù)警。此外，氨的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)有百余年的歷史，技術(shù)體系和儲運基礎(chǔ)設(shè)施完備。氨有管道、鐵路、船舶、公路拖車和倉庫等多種運輸方式，可能是未來氫氣儲運的最佳方式之一。甲醇儲氫也是一種重要的儲氫方式，甲醇儲氫密度高，理論質(zhì)量儲氫密度高達(dá)12.5 wt%。甲醇閃電低，易燃燒，儲存條件為常溫常壓，且沒有刺激性氣味，甲醇在需氧和水生環(huán)境中都易于降解。

二是作為固碳載體。氨醇是非常好的固碳載體。碳捕集利用與封存（CCUS）是我國實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的關(guān)鍵技術(shù)手段，但前端的碳捕捉環(huán)節(jié)成本高，而后端的碳封存環(huán)節(jié)不具備經(jīng)濟效益，且CCUS在二氧化碳轉(zhuǎn)化利用環(huán)節(jié)仍普遍存在規(guī)模小、不成熟等挑戰(zhàn)，限制著我國CCUS的發(fā)展。綠色甲醇具備較高的二氧化碳消納能力，每噸綠色甲醇可轉(zhuǎn)化1.4噸二氧化碳。以化工行業(yè)為例，我國每年約有8000萬噸甲醇產(chǎn)能，若大規(guī)模推廣綠色甲醇，可直接消納1.1億噸級二氧化碳，相當(dāng)于增加2.7億立方米的森林積蓄量。同時，綠色甲醇擁有豐富的應(yīng)用場景，隨著綠色甲醇應(yīng)用場景拓展，二氧化碳消納能力將呈現(xiàn)指數(shù)級攀升。另外，與化石能源相比，綠色甲醇燃燒不會產(chǎn)生額外新增的二氧化碳，用碳但不增碳，推動碳捕捉與碳利用形成閉環(huán)。

三是促進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型。合成氨行業(yè)是中國碳排最高的化工行業(yè)，因此發(fā)展綠氨是解決碳排放的重要方式。此外，富煤少氣的能源稟賦使煤制甲醇為甲醇主要來源，均以灰醇為主，如大力發(fā)展綠醇代替灰醇，也可以促進(jìn)甲醇產(chǎn)業(yè)進(jìn)行綠色低碳轉(zhuǎn)型。綠氨生產(chǎn)過程接近“零碳”，有助于實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。2021年全球合成氨的二氧化碳直接排放量約為4.5億噸。氨自身的碳減排是重點，而經(jīng)由綠電、綠氫產(chǎn)生的綠氨能夠?qū)崿F(xiàn)接近“零碳”排放。根據(jù)國際能源署 (EA) 預(yù)測，在可持續(xù)發(fā)展情景中，基于電解水制氫技術(shù)和CCS，到 2050 年氨生產(chǎn)的碳排放強度將下降 78%。

03中國同時是氨和甲醇的世界最大生產(chǎn)國和消耗國，綠色供應(yīng)占比將逐漸增加

從 2020 年到現(xiàn)在，國家出臺了很多氫氨醇相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策。這些政策鼓勵綠色技術(shù)創(chuàng)新和綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推進(jìn)重點領(lǐng)域節(jié)能減排和綠色轉(zhuǎn)型。國家將綠氫、綠醇、綠氨都納入了國家鼓勵類發(fā)展項目，為綠色氫氨醇創(chuàng)造了發(fā)展條件。我國同時是氨和甲醇的世界最大生產(chǎn)國和消耗國，已經(jīng)開始大力提升綠氨、綠醇的比重。中國作為氨、甲醇的世界最大生產(chǎn)消耗國，在“氫氨醇聯(lián)動”方面正在積極發(fā)力，力爭在國際能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新前沿占據(jù)一席之地。2022年，國家能源局提出，積極探索綠氫、甲醇、氨能等替代化石能源的新方式、新途徑。另外，鑒于西部、東北部分地區(qū)優(yōu)越的風(fēng)、光、水資源稟賦， 相關(guān)部門秉持貫徹“綠氫消納綠電，綠氨/綠醇消納綠氫”， 打通“綠電—綠氫—綠氨/綠醇”一體化產(chǎn)業(yè)鏈。

政策、市場多方面因素驅(qū)動下，綠色氫氨醇供應(yīng)比例將逐漸增大。氫氣方面，2022年中國年氫氣產(chǎn)量3781萬噸，占全球37.1%。與全球制氫結(jié)構(gòu)相比，中國憑借豐富的煤炭儲量目前以煤制氫為主，未來隨著“雙碳”政策的實施以及對清潔能源的需求增加，中國將持續(xù)增加更加清潔的制氫方式的比例。目前中國氫能行業(yè)市場規(guī)模已超五千億元人民幣，預(yù)計到2027年中國氫能行業(yè)規(guī)模接近全球一半，中國氫能行業(yè)的發(fā)展很大程度上立足政府的扶持和推動，包括宏觀層面的氫能發(fā)展規(guī)劃以及執(zhí)行層面的財政補貼，近幾年國家相關(guān)部委也發(fā)布了很多的揭榜掛帥、重大攻關(guān)等課題來推動行業(yè)的發(fā)展。合成氨方面，到2050年全球氨的需求量估計將是2025年預(yù)期需求量的三倍多，且新增的氨供應(yīng)大部分來自可再生能源生產(chǎn)的綠氨，擁有數(shù)萬億市場規(guī)模。目前綠氨生產(chǎn)仍處于探索和起步階段，盡管國內(nèi)目前布局的項目非常多，但是綠氨的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還需要進(jìn)一步推動。近年來整體上中國合成氨產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)產(chǎn)能逐年減少、產(chǎn)量總體穩(wěn)定、仍需進(jìn)口填補缺口的局面。甲醇方面，截止2022年底，全球甲醇產(chǎn)能已經(jīng)超過1.79億噸，中國產(chǎn)能已經(jīng)超過1億噸，占全球總產(chǎn)能將近58%；中國已成為全球第一大甲醇生產(chǎn)國。同時由于中國擁有極為龐大的工業(yè)體系，對于甲醇這一基礎(chǔ)化工品的消耗需求巨大，國內(nèi)的產(chǎn)能無法滿足自身的消耗需求，仍需通過進(jìn)口來填補甲醇的供應(yīng)缺口，2022年中國甲醇進(jìn)口量約為1200萬噸，價值41億美元左右。

04氫氨醇的制備工藝，多元技術(shù)并行

綠氫制備方面，堿性電解槽、質(zhì)子交換膜電解槽的應(yīng)用已非常廣泛。尤其堿性電解槽發(fā)展比較快。目前，中國華電堿性電解槽從100標(biāo)方到2000標(biāo)方都已進(jìn)行量產(chǎn)，今年我們準(zhǔn)備下線3000標(biāo)方的堿性電解槽，且整個電解槽的技術(shù)性能大幅提升。質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)能夠適應(yīng)風(fēng)光波動，國內(nèi)大力發(fā)展該項技術(shù)，隨著材料國產(chǎn)化的推進(jìn)、產(chǎn)能產(chǎn)線逐漸擴大，未來降本優(yōu)勢將會逐漸明顯。固體氧化物電解水技術(shù)跟陰離子交換膜電解水技術(shù)目前還是在小試跟實驗室階段，未來也有較大的發(fā)展前景。

氨的制備有三種方式。第一種就是傳統(tǒng)的Haber-Bosch法（哈伯-博世法），熱催化+高溫高壓耦合綠氫，應(yīng)用最為成熟。第二種是柔性合成氨工藝，熱催化+低溫低壓耦合綠氫，是目前國內(nèi)廣泛采用的技術(shù)。該工藝主要通過對催化劑及流程工藝的革新，使得合成氨裝置在較低的溫度（400 ℃以下）下和較低的壓力下（10 MPa以下）仍能實現(xiàn)高效的氨合成過程，有效降低了能耗。華電集團已經(jīng)開發(fā)完成了20萬噸低溫低壓制綠氨項目，今年華電集團將布局多個綠氨項目，目前好幾個項目已經(jīng)在前期階段了。第三種是光催化制氨技術(shù)，目前還沒有大規(guī)模使用，仍在中試和實驗室階段。

甲醇的制備有三種技術(shù)路線。第一種是電解水路線（電制甲醇），第二種是生物甲烷路線（生物甲醇）。第三種是生物質(zhì)氣化路線（生物甲醇）。華電集團在甲醇方面做了深度布局，如華電襄陽電廠布局了生物質(zhì)氣化甲醇項目。另外，甲醇的制備方法也分為高壓法、低壓法和中壓法。因為時間關(guān)系就不再講。

05氫氨醇均具有廣泛多元的應(yīng)用場景

氫的應(yīng)用場景非常廣泛，主要有綠色化工、冶金、交通、發(fā)電等。一是氫可應(yīng)用于綠色化工領(lǐng)域，主要集中在甲醇合成氨煉化領(lǐng)域。合成氨、合成甲醇、煉化是化工用氫的三大領(lǐng)域，全球氫氣90%以上應(yīng)用于這三個領(lǐng)域。從2020年全球氫需求9000萬噸，我國氫需求3300萬噸的規(guī)模來看，綠氫在工業(yè)領(lǐng)域的替代空間巨大。二是氫可應(yīng)用于氫冶金領(lǐng)域，過去我們用焦炭煉鋼，現(xiàn)在是用氫氣煉鋼。目前國內(nèi)已有多個氫冶金示范項目，包括寶鋼、河鋼等都開展了氫冶金項目。三是氫可應(yīng)用于交通領(lǐng)域，主要是重卡、公交車等車型。最近，山東省出臺氫燃料電池車上路免高速費、過路費的相關(guān)政策，內(nèi)蒙古出臺電解水制氫加氫站不用進(jìn)化工園區(qū)的政策，打破了氫能交通應(yīng)用的瓶頸，為氫在交通領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。四是氫可應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域，主要是分布式發(fā)電，熱電聯(lián)供等方向。氫儲能具有跨季節(jié)、中長周期的能量儲存特性，氫儲能可以參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)，進(jìn)行現(xiàn)貨交易。同時在用戶側(cè)也能推動冷-熱-電-氣多能互補，提升終端能源效率和低碳化水平。

氨的應(yīng)用場景也比較多，有農(nóng)業(yè)、化工、動力、燃料等。一是農(nóng)業(yè)方面，主要是化肥。二是化工方面，綠氨可以用于制備各種化工產(chǎn)品，如硝酸、氨水、尼龍、聚氨酯等。綠氨在肥料生產(chǎn)中的主要應(yīng)用是合成氮肥。氨氣和其他原料（如二氧化碳和磷酸鹽）經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成尿素、硝酸銨、磷酸銨等氮肥。三是動力方面，2022年，國際海事組織IMO根據(jù)噸位5000噸以上的國際貿(mào)易用船消耗情況推測出全球的燃油需求總量約2.189億噸，按熱值折算，對應(yīng)綠氨約為5.3億噸，可以說綠氨在遠(yuǎn)洋航運場景潛在應(yīng)用空間巨大。據(jù)英國勞氏船級社預(yù)測，在2030-2050年間，氨能作為航運燃料的占比將從7%上升為20%，是取代液化天然氣等成為最主要的航運燃料。作為船用燃料，與噸氨熱值對應(yīng)的燃油量為0.418 t，排放CO2 1.33 t。整體來看，在綠電價格0.1～0.2元/kW·h 時，綠氨成本處于燃料油價格2600～4800元區(qū)間競爭范圍內(nèi)。綜上，綠氨作為零碳減排的替代船用燃料，與傳統(tǒng)燃油相比也是具有一定的經(jīng)濟競爭力的。四是燃料方面，主要是關(guān)于火力發(fā)電廠的摻氨燃燒，目前在國際上日本韓國發(fā)展的比較快，日本在兩臺30萬機組上，摻氨燃燒35%，已經(jīng)取得了良好的效果。國內(nèi)相關(guān)單位也在開展這方面的研究，華電集團今年也在進(jìn)行摻氨燃燒方面的工作。

甲醇的應(yīng)用場景，有儲氫介質(zhì)、綠色化工、船燃等。全球范圍來看，約65%的甲醇由天然氣加工生產(chǎn)而得，煤制甲醇約占35%，甲醇的綠色替代有較大的市場空間。一是甲醇可以作為儲能儲氫介質(zhì)。二是甲醇可以作為綠色化工原料，甲醇制烯烴、甲醇燃料、甲醇制甲醛長期為甲醇最為主要的三大下游需求場景，從全球范圍來看，甲醛是甲醇應(yīng)用占比最大的用途，27%的甲醇用于甲醛的生產(chǎn)。三是甲醇可以作為新型船用燃料，綠色/低碳甲醇是中短期內(nèi)較為理想的替代LNG與傳統(tǒng)燃油的品類，未來5年全球甲醇需求每年將增加1400萬噸，增量主要是綠色甲醇。全球研究和咨詢公司BLUE Insight和法國必維國際檢驗集團合作編寫的《2020年低碳船舶燃料與能源指南》指出，低碳船舶燃料市場的潛在估值高達(dá)1.4萬億美元。國際可再生能源署曾預(yù)測，到2050年，綠色甲醇供應(yīng)有望達(dá)到3.85億噸。

06電力成本的降低將推動綠色氫氨醇的經(jīng)濟性不斷提升

綠氫的降本依靠電力成本降低。電力成本為電解水制氫核心因素，電力成本在堿性電解水制氫路線中大約占比75%左右 ，在PEM電解水制氫路線中大約占比60%-65%左右，降低電解槽的單位造價至關(guān)重要。目前堿性電解槽的單位造價從過去的2000-3000元/kw降到現(xiàn)在的1500元/kw ，PEM電解槽的單位造價從過去的8000元/kw降到現(xiàn)在的4000元/kw，電解水制氫成本下降非�？臁８鶕�(jù)電能來源的不同，可將可再生能源制氫分為并網(wǎng)型、離網(wǎng)型兩種，目前并網(wǎng)制氫商業(yè)化落地較為成熟。隨著技術(shù)的不斷推進(jìn)，電解水制氫成本將會快速下降。當(dāng)用電價格在0.1-0.2元/kw.h時，電解水制氫與煤制氫相比具有一定的競爭優(yōu)勢。

綠氨的降本依靠氫成本的降低。綠氨的降本空間重要來自于綠氫電解槽成本的降低，目前綠氨氮成本還遠(yuǎn)高于灰氨的成本。從國內(nèi)的示范項目來看，就目前技術(shù)條件下合成氨耗氫量約176 kg/t，耗電量約1000 kW·h/t。氫成本每降低1元/kg，綠氨成本可降低約176元/t。

綠色甲醇初步具有盈利性。綠色甲醇（電制甲醇）成本結(jié)構(gòu)主要由合成原料、合成工藝與設(shè)備以及運營成本三大部分組成。綠氫與可再生二氧化碳兩大合成原料的價格是決定綠色甲醇成本高低的首要因素。目前在國際上馬士基綠色甲醇的成交價格大約是1400美元/噸，在此價格水平下，目前的技術(shù)水平生產(chǎn)的甲醇能夠有利潤。此外，二氧化碳捕集技術(shù)、生物質(zhì)來源的豐富性等均會助力甲醇成本下降，可以說甲醇成本下降是必然趨勢。

技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展將推動氫、氨、醇的生產(chǎn)與流通逐漸成熟。技術(shù)方面，目前就全國范圍來看，需開發(fā)集中化、大型化的合成綠氨/綠甲醇的綠電消耗需求。受制于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級改造成本，目前還是對合成氨/甲醇部分傳統(tǒng)產(chǎn)能的綠色化改造，未來對綠氨/綠甲醇的核心技術(shù)攻關(guān)迫在眉睫，需要不斷的示范和驗證，來提高氨醇生產(chǎn)工藝靈活性適應(yīng)可再生能源波動性。標(biāo)準(zhǔn)方面，目前綠氨在國際上沒有官方組織的認(rèn)證，綠色甲醇有相關(guān)國際組織的認(rèn)證，大家都比較熟悉，就不再介紹了。未來我國推動綠色氫基能源標(biāo)準(zhǔn)融合統(tǒng)一，一是需要在國家層面明確綠氫（氨、醇）標(biāo)準(zhǔn)并納入認(rèn)證體系；二是推進(jìn)氫市場和碳市場深度融合；三是推進(jìn)綠氫與綠證的耦合發(fā)展。

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