需求近1億噸！誰(shuí)是化工行業(yè)的用氫大戶？

化工行業(yè)作為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，尤其是高端裝備制造、新能源、電動(dòng)汽車、航空航天等新興領(lǐng)域。在全球綠色低碳發(fā)展長(zhǎng)久趨勢(shì)當(dāng)中，相較于其他行業(yè)，化工行業(yè)當(dāng)前在氣候行動(dòng)方面進(jìn)展緩慢，在實(shí)現(xiàn)凈零排放的科學(xué)目標(biāo)上存在差距。在眾多低碳發(fā)展的路徑當(dāng)中，氫能是化工行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵之一，氫能（和氫氣）在化工行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于減少化工污染和降低化工行業(yè)碳排放具有重要意義，是行業(yè)實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略的關(guān)鍵措施。

 

01

 

海外氫能（氫氣）助推化工行業(yè)低碳發(fā)展的進(jìn)展

 

隨著全球氣候壓力的不斷增大，各國(guó)紛紛加快了低碳和綠色轉(zhuǎn)型的步伐。氫能的發(fā)展已成為全球主要國(guó)家的共同目標(biāo)，全球范圍內(nèi)的氫經(jīng)濟(jì)布局已經(jīng)啟動(dòng)。主要經(jīng)濟(jì)體對(duì)氫能的發(fā)展給予了高度重視，美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已將氫能納入國(guó)家能源戰(zhàn)略，將氫視為其化工領(lǐng)域低碳發(fā)展的關(guān)鍵。

 

美國(guó)的氫能源行業(yè)已進(jìn)入快速成長(zhǎng)期，政府投資推動(dòng)化工行業(yè)低碳技術(shù)革新。2024年3月美國(guó)能源部宣布撥款60億美元資助33個(gè)項(xiàng)目，推動(dòng)化工和煉油等行業(yè)向低碳轉(zhuǎn)型。項(xiàng)目聚焦于氫能替代、電氣化供熱、碳捕集利用與封存（CCUS）、塑料回收、甲醇生產(chǎn)和副產(chǎn)品循環(huán)利用等關(guān)鍵技術(shù)。其中，?？松梨诠精@得3.32億美元用于Baytown工廠的氫燃料降碳改造；ISP Chemicals等公司獲得3520萬(wàn)美元推進(jìn)Kentucky化工廠的供熱電氣化；陶氏公司得到9500萬(wàn)美元用于墨西哥灣沿岸的碳捕集設(shè)施；伊士曼化學(xué)公司得到3.75億美元建設(shè)德克薩斯州的塑料回收設(shè)施；Orsted P2公司獲得1億美元用于二氧化碳捕集制甲醇；T.EN Stone & Webster Process Technology公司和朗澤科技公司共獲得2億美元開發(fā)清潔乙醇和乙烯的生物發(fā)酵及綠氫工藝；巴斯夫公司得到7500萬(wàn)美元用于化工副產(chǎn)品的循環(huán)利用和工藝改進(jìn)。

 

綠氫驅(qū)動(dòng)德國(guó)化工行業(yè)轉(zhuǎn)型。綠氫和甲醇的市場(chǎng)增長(zhǎng)是德國(guó)政府推動(dòng)的一個(gè)新領(lǐng)域，即政府希望利用氫的生產(chǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)該國(guó)工業(yè)大部分行業(yè)的轉(zhuǎn)型，涵蓋從汽車到化工行業(yè)的方方面面。例如，德國(guó)企業(yè)Viridi RE目前正計(jì)劃使用數(shù)十公頃的太陽(yáng)能光伏板和風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電，以生產(chǎn)氫氣和甲醇。該公司設(shè)定的目標(biāo)是在2025年年底前，實(shí)現(xiàn)綠氫的年產(chǎn)量超過(guò)6萬(wàn)噸。但鑒于德國(guó)本身缺乏大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的能力，因此，采取進(jìn)口與儲(chǔ)存并舉的戰(zhàn)略。關(guān)于氫氣的進(jìn)口問(wèn)題，德國(guó)最新版的《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》預(yù)測(cè)，截至2030年，德國(guó)所需氫能的大約50%至70%將依賴進(jìn)口。

 

英國(guó)積極推進(jìn)氫在化工等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，通過(guò)示范項(xiàng)目探索氫氣作為清潔能源的潛力。英國(guó)實(shí)施綠氫和藍(lán)色氫氣雙軌制，目標(biāo)是到2030年在四個(gè)工業(yè)集群中通過(guò)CCUS減少1000萬(wàn)噸二氧化碳排放，并設(shè)立氫能基金鼓勵(lì)綠色生產(chǎn)。政府已經(jīng)加大了對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的資金支持，并啟動(dòng)了一系列氫能示范項(xiàng)目，這些項(xiàng)目涵蓋了從氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存和分配到在工業(yè)、住宅和交通領(lǐng)域的應(yīng)用，如HyNet Northwest，也包括了氫燃料電池在交通工具上應(yīng)用的創(chuàng)新示范，如Sheffield Hydrogen Demonstration Project。這些項(xiàng)目共同構(gòu)成了英國(guó)氫能發(fā)展和低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)。

 

日本的氫能工業(yè)應(yīng)用廣泛但面臨綠氫生產(chǎn)與進(jìn)口成本挑戰(zhàn)。日本是全球最大的氫氣生產(chǎn)國(guó)之一，每年生產(chǎn)約700萬(wàn)噸氫氣。其中大部分用于工業(yè)用途，如化工和煉鋼。目前，氫能在日本除了作為清潔能源，還廣泛應(yīng)用于汽車、運(yùn)輸、城市建設(shè)和發(fā)電等多個(gè)領(lǐng)域。但由于日本缺乏大規(guī)模部署風(fēng)能和太陽(yáng)能的自然資源條件，難以大規(guī)模生產(chǎn)綠氫，加之從海外進(jìn)口氫能的成本較高，氫能戰(zhàn)略實(shí)施和推行不及預(yù)期。

 

在化工產(chǎn)業(yè)中，氫氣被廣泛用于合成氨和甲醇等化學(xué)產(chǎn)品，同時(shí)也在加氫處理等煉化過(guò)程中扮演著關(guān)鍵角色。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）《全球氫能回顧2023》報(bào)告（以下簡(jiǎn)稱報(bào)告），全球氫能需求在2022年達(dá)到歷史最高水平，為9500萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)近3%，但仍集中在煉油和化工等傳統(tǒng)領(lǐng)域。其中，全球工業(yè)用氫量為5300萬(wàn)噸，比2021年增長(zhǎng)了2%，這一增長(zhǎng)主要得益于幾個(gè)關(guān)鍵因素：全球?qū)Π钡男枨笊仙?.4%，對(duì)甲醇的需求增長(zhǎng)了5%，以及對(duì)直接還原鐵（DRI）的需求增長(zhǎng)了4%。

 

氫氣在化工合成領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，特別是在合成氨的生產(chǎn)上。哈伯—博施法使得氫與氮在金屬催化劑的作用下結(jié)合生成氨，該技術(shù)是氫氣應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一。IEA報(bào)告，合成氨在2022年占據(jù)了工業(yè)氫需求的60%，預(yù)計(jì)隨著全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，其需求量將顯著增加。

 

氫氣還能與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇等含碳化合物，這些化合物易于液化存儲(chǔ)和運(yùn)輸，具有較高的能量密度和安全性，是實(shí)現(xiàn)零碳排放的液態(tài)燃料。甲醇作為一種重要的化工原料，不僅市場(chǎng)需求巨大，還因其高氫含量和能量密度，成為液態(tài)燃料和氫能載體的優(yōu)選。它可以轉(zhuǎn)化回氫氣用于燃料電池，或直接作為內(nèi)燃機(jī)和渦輪機(jī)的燃料。

 

此外，作為化學(xué)工業(yè)的主要上游產(chǎn)業(yè)，煉油行業(yè)也是全球氫氣消費(fèi)的主要領(lǐng)域之一。精煉過(guò)程，包括烴增氫、煤氣化、重油精煉等，均需大量氫氣以提升石油和天然氣的品質(zhì)，使汽油和柴油燃燒更為清潔。氫氣在石腦油、粗柴油、燃料油、重油的脫硫以及石油煉制、催化裂化等環(huán)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。特別是將原油轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸燃料和石化原料的煉制過(guò)程，是氫氣應(yīng)用的重要場(chǎng)景。

 

根據(jù)IEA報(bào)告，2022年煉油業(yè)的氫氣使用量超過(guò)了4100萬(wàn)噸，刷新了2018年的歷史記錄。需求增長(zhǎng)主要集中在北美和中東地區(qū)，這兩個(gè)地區(qū)的總需求量超過(guò)100萬(wàn)噸，占全球2022年需求增長(zhǎng)的約75%。加氫處理和加氫裂化是煉油部門中氫氣消耗的主要工藝，分別用于降低成品中的硫含量和提高運(yùn)輸燃料產(chǎn)量，占煉油部門氫氣消耗的90%以上。隨著對(duì)石油產(chǎn)品硫含量監(jiān)管的加強(qiáng)，煉油廠對(duì)氫氣的需求預(yù)計(jì)將進(jìn)一步增長(zhǎng)。

 

國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì)，至2030年全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈投資將超3000億美元。隨著成本降低，氫能將在化工、煉油等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域成為主要減碳方案。在IEA承諾目標(biāo)情景下，到2030年工業(yè)領(lǐng)域的氫能需求將增至6500萬(wàn)噸，到2050年則會(huì)翻一番。其中，氨和甲醇生產(chǎn)等占工業(yè)氫需求的大部分，到2030年需求將增加近25%，到2050年增加近50%。此外，生產(chǎn)低碳合成燃料是氫能發(fā)展的機(jī)遇，IEA預(yù)計(jì)在凈零排放情景下，到2030年該應(yīng)用領(lǐng)域氫需求將超過(guò)700萬(wàn)噸，到2050年接近1億噸。在煉油行業(yè)，預(yù)計(jì)到2050年煉油仍是氫的主要應(yīng)用場(chǎng)景之一，屆時(shí)該行業(yè)的氫需求將增加7%。

02

 

中國(guó)氫能（氫氣）在化工行業(yè)中的應(yīng)用及推廣存在的問(wèn)題

 

在我國(guó)，氫能的工業(yè)應(yīng)用主要集中在化工行業(yè)，尤其是合成氨和合成甲醇的生產(chǎn)，這兩個(gè)領(lǐng)域占據(jù)了國(guó)內(nèi)氫需求的主要部分。2021年，國(guó)內(nèi)用氫需求總量達(dá)到3342萬(wàn)噸，其中合成氨需求占37%，合成甲醇占19%，石油煉化占10%。然而，目前我國(guó)工業(yè)使用的氫氣大多為灰氫，即通過(guò)化石燃料制得的氫氣，我國(guó)年制氫產(chǎn)量約為3400萬(wàn)噸，其中有3000多萬(wàn)噸為灰氫。

 

合成氨作為化肥和化工原料，在我國(guó)的產(chǎn)量占全球的30%，2021年產(chǎn)量達(dá)到5909萬(wàn)噸，需求量為5989.64萬(wàn)噸。然而，合成氨的傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，因此，隨著全球減碳趨勢(shì)的推進(jìn)，我國(guó)合成氨行業(yè)正逐步向綠色生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，預(yù)計(jì)到2035年和2060年產(chǎn)量將分別下降至5700萬(wàn)噸和5500萬(wàn)噸，相應(yīng)氫氣需求也將減少。

 

合成甲醇方面，由于我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，煤制甲醇成為主要生產(chǎn)方式，2021年需求量約為1295萬(wàn)噸氫氣，占工業(yè)用氫總量的35%。為響應(yīng)雙碳目標(biāo)，我國(guó)正積極發(fā)展以綠氫和二氧化碳為原料的合成甲醇技術(shù)，不僅能有效降低碳排放，還能促進(jìn)清潔能源的存儲(chǔ)和利用。

 

此外，氫氣在煉油工業(yè)中的應(yīng)用也不容忽視，加氫技術(shù)在油品質(zhì)量升級(jí)和生產(chǎn)過(guò)程清潔化中扮演著重要角色。我國(guó)加氫裝置的年加工能力超過(guò)5000萬(wàn)噸，盡管與世界平均水平相比仍有差距，但已在低投資、低能耗的加氫技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展。精細(xì)化工領(lǐng)域中，催化加氫技術(shù)因其連續(xù)操作、低污染等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等產(chǎn)品的合成。粗苯精制工藝的發(fā)展，也體現(xiàn)了氫氣在化工原料提純和升級(jí)中的重要作用。

 

到2050年，國(guó)內(nèi)氫消費(fèi)量將超過(guò)1億噸，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值預(yù)計(jì)達(dá)到12萬(wàn)億元?；ぴ舷嚓P(guān)的氫氣需求量將達(dá)到3500萬(wàn)噸，占總消費(fèi)量的35%。鑒于石化領(lǐng)域在氫能生產(chǎn)和消費(fèi)中的規(guī)模效應(yīng)，該領(lǐng)域有望成為推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要力量。

 

在國(guó)內(nèi)化工行業(yè)中，氫能的大規(guī)模推廣面臨的難點(diǎn)和問(wèn)題：

 

 

綠氫生產(chǎn)成本高昂。雖然綠氫在化工行業(yè)的碳減排中扮演著關(guān)鍵角色，但現(xiàn)行的電解水制氫技術(shù)成本較高，主要由電價(jià)因素驅(qū)動(dòng)，這在短期內(nèi)限制了綠氫對(duì)傳統(tǒng)化石燃料制氫的替代能力。

 

關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備依賴性問(wèn)題。氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料和設(shè)備技術(shù)復(fù)雜度高且成本昂貴，部分關(guān)鍵技術(shù)存在對(duì)外依賴，例如PEM制氫技術(shù)中使用的質(zhì)子交換膜等。這增加了國(guó)內(nèi)化工行業(yè)應(yīng)用氫能的技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)成本。

 

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后。氫能基礎(chǔ)設(shè)施，包括加氫站和輸氫管道等，建設(shè)不足，限制了氫能產(chǎn)業(yè)鏈的高效運(yùn)作。

 

 

應(yīng)用領(lǐng)域局限，創(chuàng)新動(dòng)力不足。氫能技術(shù)的應(yīng)用目前過(guò)度集中于交通領(lǐng)域，特別是氫燃料電池商用車，而在化工、冶金等其他潛在領(lǐng)域中的應(yīng)用尚未得到充分開發(fā)。技術(shù)研發(fā)和項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度緩慢，未能完全挖掘氫能在促進(jìn)減碳或脫碳方面的應(yīng)用潛力。

 

產(chǎn)業(yè)定位與政策規(guī)劃不足。當(dāng)前，我國(guó)部分地區(qū)的氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃尚未與國(guó)家碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)緊密結(jié)合，缺少明確的長(zhǎng)期目標(biāo)和實(shí)施路徑。此外，現(xiàn)有政策在推動(dòng)區(qū)域協(xié)同發(fā)展方面尚顯不足，導(dǎo)致資源配置分散，低效重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象頻發(fā)。

 

基于上述問(wèn)題提出的解決途徑：

 

 

推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步以降低成本。支持傳統(tǒng)煤化工耦合新型綠氫制甲醇等試點(diǎn)；推動(dòng)CCUS和氫氣技術(shù)的創(chuàng)新，建立CCUS創(chuàng)新中心有助于設(shè)計(jì)和快速驗(yàn)證新技術(shù)和工藝，尤其是二氧化碳捕集技術(shù)等，通過(guò)政策保障和財(cái)政補(bǔ)貼等手段消除企業(yè)對(duì)于發(fā)展前沿技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂。同時(shí)，利用國(guó)家政策對(duì)綠氫生產(chǎn)給予補(bǔ)貼或稅收優(yōu)惠，逐步實(shí)現(xiàn)成本競(jìng)爭(zhēng)力。

 

構(gòu)建國(guó)家級(jí)氫能技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用示范體系。整合科研與產(chǎn)業(yè)資源，建立國(guó)家級(jí)氫技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，專注于基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)研究。同時(shí)，依托行業(yè)研究機(jī)構(gòu)和龍頭企業(yè)，建立綠氫合成燃料、合成氨、氫冶金等示范技術(shù)中心，形成協(xié)作創(chuàng)新與應(yīng)用推廣體系。

 

加大對(duì)氫能基礎(chǔ)設(shè)施的投入。建設(shè)加氫站和輸氫管道，形成網(wǎng)絡(luò)化布局。同時(shí)，鼓勵(lì)社會(huì)資本參與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，形成政府引導(dǎo)、市場(chǎng)運(yùn)作的模式。

 

 

鼓勵(lì)跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。特別是在化工、冶金等重點(diǎn)領(lǐng)域，加大對(duì)氫能應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)投入。設(shè)立示范項(xiàng)目，推動(dòng)氫能在非交通領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)提供政策支持和激勵(lì)措施，加速技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用推廣。

 

國(guó)家戰(zhàn)略引領(lǐng)下氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃與碳中和目標(biāo)協(xié)同發(fā)展。制定國(guó)家層面的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，明確氫能產(chǎn)業(yè)在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)中的角色和路徑。建立長(zhǎng)期目標(biāo)，延長(zhǎng)規(guī)劃時(shí)限至2050年，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌。強(qiáng)化政策的指導(dǎo)性和可操作性，確保各地區(qū)規(guī)劃與國(guó)家戰(zhàn)略同步。

 

03

 

中國(guó)氫能（氫氣）在化工行業(yè)低碳發(fā)展中的前景

 

國(guó)內(nèi)化工行業(yè)正面臨綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要機(jī)遇，氫能在這一進(jìn)程中具有不可替代的作用。目前，國(guó)內(nèi)化工用氫主要依賴灰氫，但全球減碳趨勢(shì)促使中國(guó)向綠氫轉(zhuǎn)型，以降低二氧化碳排放。

 

面對(duì)綠氫生產(chǎn)成本高、技術(shù)依賴進(jìn)口、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后等挑戰(zhàn)，中國(guó)需加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，構(gòu)建氫能技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用示范體系，加大對(duì)氫能基礎(chǔ)設(shè)施的投入，并促進(jìn)跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。國(guó)家層面的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃應(yīng)與碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)同步，為氫能應(yīng)用提供政策支持。

 

展望未來(lái)，中國(guó)化工行業(yè)通過(guò)氫能的深度融合與創(chuàng)新應(yīng)用，將實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，推動(dòng)化工行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。氫氣作為清潔能源和關(guān)鍵化學(xué)原料，將助力中國(guó)化工行業(yè)在全球可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要作用，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家雙碳目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

 

作者：中國(guó)化信情報(bào)事業(yè)部資深情報(bào)顧問(wèn) 月光