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近日，《中國耦合CCUS制氫機遇》報告在《聯合國氣候變化框架公約》第二十七次締約方大會（COP27）中國角——中國碳捕集利用與封存新進展邊會上正式對外發布。
氫能和碳捕集利用與封存（CCUS）技術將互為補充地在中國2030年前實現達峰和2060年前實現碳中和承諾的進程中發揮重要作用。氫能可以通過在工業過程中用作燃料和原料、燃料電池電力運輸以及生產用于航運和航空的合成烴燃料等方式為中國的能源系統脫碳戰略做出貢獻。本報告中的情景分析表明，到2060年，可再生能源電解產生的氫氣可滿足大部分氫氣需求，為現有氫氣生產設施配備CCUS可作為減少排放和擴大低排放氫氣供應的補充戰略。
本報告是與中國21世紀議程管理中心（ACCA21）合作編寫。報告根據國際能源署和中國氫能聯盟獨立開發的情景，探討了中國目前氫能和CCUS發展現狀，并分析到2060年中國經濟產業各部門對于氫氣需求的潛在演變過程。報告還對不同制氫路線的經濟性和生命周期排放進行了比較評估。最后，報告討論了在部署CCUS和氫能方面的潛在協同效應，并闡述了在中國部署CCUS耦合制氫所需的融資機制和支持政策。
以下內容為報告執行摘要：
中國氫能和CCUS技術發展機遇
氫能和碳捕集利用與封存（CCUS）技術將互為補充地在中國實現碳中和進程中發揮重要作用。中國承諾2030年前實現達峰，并在2060年前實現碳中和，這需要能源系統的深刻變革。中國碳中和政策文件已將低排放氫能和CCUS技術作為關鍵優先領域。
中國氫能產量居世界首位，但當前生產過程具有高碳排放量的特征。2020年，中國氫產量約為3300萬噸，約占全球產量的30%。目前，氫的需求主要來自化工與煉油行業，中國的領先產量源于在全球化學品市場中的巨大份額和龐大的煉油產能。中國是目前世界上唯一大規模采用煤炭制取氫氣的國家。2020年，中國約有三分之二的氫產自煤制氫工廠，制氫業共排放3.6億噸CO2。
現有制氫設施加裝CCUS是減少排放和擴大低排放氫供應的關鍵舉措。要使氫氣為中國碳中和目標實現做出貢獻，將制氫過程轉向低排放排放至關重要。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。中國很多現有煤制氫工廠在近期建成，碳排放量大，且可能在未來數十年運行，加裝CCUS將對這些工廠的減排具有關鍵作用。
在煤炭資源豐富和具備CO2封存條件地區，CCUS還可為新增制氫產能提供可行的、具有成本效益的選擇。考慮到中國本土天然氣資源有限，以及中國龐大的煤氣化工廠數量，耦合CCUS的煤制氫技術仍將持續為中國重要的化石燃料制氫路線。不過，從21世紀30年代起，電解水制氫很可能逐步成為中國主要的制氫技術路徑。到2060年，隨著電解槽和可再生能源預期成本降低，可再生電力電解水制氫占中國氫供應總量的比例可達80%。
氫能在經濟社會系統中發揮越來越重要的作用
氫能的利用可以解決中國目前在能源和排放方面面臨的一系列挑戰。低排放氫能可助力多部門（包括長途運輸、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量，降低能源進口依賴，并促進技術創新。基于上述原因，中國氫能聯盟提出倡議：到2060年，將氫能在中國終端能源需求中的占比提高到20%。
氫能將在中國2060年前實現碳中和目標的戰略中發揮重要作用。在國際能源署（IEA）的承諾目標情景（APS）中，為實現氣候目標，到2060年，中國氫能需求可能增加3倍以上。其中，三分之二的增長來自交通部門的氫氣和氫基燃料需求，近三分之一與工業過程中的氫燃料和原料需求有關。
在IEA承諾目標情景下，到2030年，中國氫氣需求量將增長至3100萬噸，部分原因是由于氫制甲醇、煉油和煤化工等傳統需求的增長；同時氫能的新用途（包括作為燃料或原料在非化學工業、交通、建筑等部門中的應用）也在逐步發展。氫市場將在21世紀30年代開始迅速發展，到2060年需求將超過9000萬噸，主要原因是燃料電池重型卡車和航運、航空氫基燃料市場的快速增長，以及工業部門對于氫基燃料和氫基原料需求不斷增長。
有針對性的支持舉措能夠擴大中國的氫能需求。中國氫能聯盟的分析表明，針對性氫能政策和支持舉措可以帶來更大的市場需求。基于不同于能源系統模型框架的自下而上方法，中國氫能聯盟對中國氫能的技術和商業潛力進行了詳細評估。結果表明，到2030年，中國氫需求將增至3700萬噸，到2060年將增至1.3億噸，其中交通和工業領域中氫和氫基燃料的增長尤為顯著。
CCUS支持具有成本競爭力的氫能技術發展
在中國煤炭資源豐富、CO2封存條件較好、可再生能源有限的地區，耦合CCUS的煤制氫技術將是一種低成本制取低排放氫的選擇。中國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鍵。目前中國耦合CCUS的煤制氫的成本為1.4~3.1美元/kgH2。可再生能源電力電解水制氫更為昂貴，受電力的來源和可獲得性影響，成本為3.1~9.7美元/kgH2。預計中期成本將大幅下降；在太陽能和風能資源條件良好的地區，遠期成本有望降到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，中國化石能源耦合CCUS技術制取的低排放氫溫室氣體（GHG）排放強度為：煤制氫3.5~4.5kgCO2eq/kgH2，天然氣制氫2.6~3.1kgCO2eq/kgH2。
在目前的電力系統下，采用電網電力電解水制取的氫氣GHG排放強度為29~31kgCO2/kgH2。如果包括制氫裝置制造過程排放，可再生能源電力電解水制氫的排放強度平均為0.3~0.8kgCO2/kgH2。結合CCUS技術的煤制氫或天然氣制氫部署CCUS技術排放強度，可滿足目前中國“清潔氫”標準——低于4.9kgCO2eq/kgH2（全球首個該領域正式標準）。然而，隨著時間的推移，該門檻可能進一步收緊，從而在未來匹配目前正在制定的國際市場標準。
推動氫能與CCUS協同，助力中國實現碳中和
氫能和CCUS共同部署可達到互利共贏和相互促進的效果。化石燃料制氫過程產生的CO2純度相對較高，是CCUS設施以最低成本捕集CO2的選擇之一，同時其為CCUS技術發展和CO2相關基礎設施投資提供了早期機會。在承諾目標情景中，2060年中國能源部門的CO2捕集量將達到26億噸。
工業集群可成為擴大低排放氫生產和CCUS技術部署的神經中樞。氫的供需主要集中在工業集群中，其中部分位于潛在的CO2封存地距離附近。因此，對現有制氫設施進行CCUS改造可為擴大低排放制氫基礎設施規模提供低成本途徑，同時帶動CO2運輸和封存基礎設施建設。此外，由于潛在需求聚集（例如重型卡車），工業集群同時也是將氫能應用拓展到其他部門的理想場所。
捕集的CO2和氫氣是未來合成燃料的關鍵原料。盡管目前生產成本較高，但合成燃料是長途運輸特別是航空業為數不多的減排方案之一，因為直接使用氫能或者電氣化對其具有挑戰性。此外，中國捕集CO2也可以用于提高石油采收率（CO2enhancedoilrecovery，CO2-EOR）、生產化學品和建筑材料。在某些用途中，CO2可能會被重新釋放到大氣中（包括合成燃料燃燒排放），因此需要嚴謹的核算來確定減排量。
生物質制氫耦合CCUS具備碳移除效應，可抵消其他經濟部門排放。在中國實現碳中和的進程中，碳移除技術將發揮抵消工業和交通部門剩余碳排放的重要作用。盡管生物質制氫耦合CCUS技術仍處于早期發展階段，但其可實現碳移除。但是，該技術路線需要可持續的生物質供應，面臨與燃料制備（如生物煤油）等其他生物質利用途徑的競爭。
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