冉泽：氢气的气候影响及氢能可持续发展

编者按：“双碳”背景下，随着科技水平不断进步和能源行业快速发展，分布式能源已成为引领能源领域发展的重要趋势之一。第十九届中国分布式能源国际论坛”于2023年12月12日在重庆召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，

环保基金会北京代表处的技术创新主任冉泽做了主题为《氢气的气候影响及氢能可持续发展》的报告。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

冉泽：感谢段总、感谢各位专家、各位领导。

之前谈氢都是从发展的角度来谈，我们作为一个环保机构，今天也是从氢气的气候影响给大家分享一些最新的研究。

首先，大的背景。现在已经处于大发展的前期，但事实上对于氢气的一些气候风险和效益缺乏全面认识，EDF从氢能产业的影响中对气候影响我们做了一些研究。

先来看一些大的背景，为什么说氢能有气候影响，决定气候影响的因素有几个?过去我们谈的都是生产端，绿氢、蓝氢，各种的，只要是绿氢，只要是氢就要百分之百的减排，其实它不是。它如果是有排放，事实上就会影响到它的气候效益，当然利用也是。

所以，我们先来看一下生产。国际上的一些说法和国内通常说的好像有点区别，天然气是灰氢，煤炭是棕氢，化石燃料，不管你是灰氢还是棕氢，化石燃料不管你是棕氢还是灰氢，加上CCS就是蓝氢。绿氢就是可再生加水，这是国际上的一个分类。

蓝氢这方面还是要考虑到，你虽然加CCS了，但是CCS的有效性如何，你做不到90%的碳普及，事实上你很难把握它的气候效益。另外，你的甲烷排放也要考虑。

目前，全球基本上主要来自于高碳源，这个很容易理解。即使是蓝氢也基本可以忽略不计，加CCS的还是很少。

其实不管是哪一种制氢方式，它都要有它的注意事项。比如可再生，我们建议是使用额外新增装机去制氢，不能去抢了本来就应该发电的那一部分，我们还是建议，可再生首先要用来发电，新增的去做，而不应该和可再生的电力，电力很不宝贵，不应该和它去竞争。另外生物燃料，虽然也有一些生物燃料来制氢，但事实上如果我们大力发展生物燃料的话，也会改变一些用途。比如说，把原来是一些森林，我们砍伐了，我们去种一些生物，然后再去做一些原料，这个也是有它的负面效应的。我们建议，如果是生物燃料，只使用无用和不可回收的。另外，化石燃料CCS这部分确保最高的补给效率，刚才提到90%，还有最低的甲烷排放。另外还有一个，封存之后的二氧化碳泄露度要降到最低，这是一个建议。

我们来看一下氢气是如何管理的，这里就要介绍一下氢为什么说是我们要去注意它的气候影响，是因为氢是一个间接的温度气体，它有一个氢增效应的原理是什么呢?氢气会和大气中的氢氧基、羟基去反应生成H和水，羟基它其实也是可以和甲烷去反应，甲烷跑到大气中，甲烷就是二氧化碳，跑到大气中十几年基本上就被OH反应完了，和羟基反应完了。但是如果氢气泄露，就等于把甲烷争夺了一部分，延长了它的寿命。

另外，还通过一系列复杂的反应增强了对流层臭氧的浓度以及平流层水蒸气的浓度，这三者就形成净增温的气候影响。所以气候影响我们之前只是说这个氢气百分之百，只要是绿氢就是百分之百清洁，事实上还不是这么回事。所以简单来说，我们可以理解为氢就是一个小号的甲烷，为什么这么说呢?我们看氢的氢增效应和二氧化碳比是多少倍?是20桢尺度，是二氧化碳的34倍—40倍，甲烷是80多倍。板桢尺度二氧化碳是8倍—13倍，甲烷是28倍多一点，将近30倍。正好是甲烷的温室效应除以二，再稍微降一点就是氢，所以氢可以列为是小号甲烷。

当然提这个，可能很多专家就觉得这又是给氢的产业上紧箍咒，其实倒也不是如此。只是说你这个氢发电也好，燃烧也好都可以，但是你不要泄露，不要有一些工艺排放，要减少排放。这个很类似于甲烷在17年之前，以气代煤，当时的空气质量很差，各种文件都在出以气代煤，但是当时很少有提甲烷减排的事，后来甲烷减排，咱们今年10月份甲烷控制行动方案，国家方案都出了，所以感觉今年氢气产业大发展的前夜反而是我们现在这个行业最开始要重视的这个问题，如果这个产业都发展起来了，你再去控牌，其实你很多前期投资没有做好的话，它会增加你后面的投资。所以我们提前把这个问题重视起来，把它做好其实是一个好事。

由于氢气的排放会有一个增温的效应，我们要分析一下，它的增温效应到底有多大?根据EDF的研究，如果氢气排放率10%，包括人为的或者是无意的各种排放，如果排放率10%，如果化石能源制氢甲烷排放率3%，假设为最差的情景，你去替代蓝氢，这个蓝氢还包括CCS之后的蓝氢，你替代了蓝氢，在排放绿最差的情况下，在前十年不但不会降温，反而会有增温的效应。在前20年也是如此，就是下面这条线，在线的上面反而会有增温的效应，在下面才是真正的降温效应。

当然，既使是排放率最差，因为它是属于短寿命的，氢气到大气中之后在一到三年之后，一两年基本上就反应完了，它主要现在在前期。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，都会有气候效益，但是短期之内它会有增温效应。

对于绿氢来说，不管泄露率多高，它都会有正的气候效益，但是它会打折。我们现在往往说的百分之百，它就是减排，如果泄露率到10%的话，它只有60%的减排，等于是一个很大的打折。所以说，我们现在很多它的叙事逻辑其实是不严谨的。

由于氢气排放有间接温室效应，所以我们就要去对它进行控制，但是现在的难点是什么呢?它排放的是未知的。我们没有手段去监测氢气的排放到底是什么多少，现在往往有一些变色胶带，一泄露就变色，或者是在一个室内的顶部监测浓度，浓度过了一定的预值之后它就报警。但是它没有办法去测，尤其是在室外的条件下，没办法去测它到底泄露了多少。

这个难点是什么呢?如果你要很快就要把它给测出来，往往精度会变差，PDM级。如果你要是想把它测的很细，到PBB级别，你往往需要耗的时间很长。所以这是一个挑战。

今年年初，美国的一家公司，它的监测设备有一个新的进展。这个国内还没有人进行研究，包括我们跟清华大学聊这件事，如果国内有有识之士，其实应该加紧这方面的研究。露天环境下，有其他温室气体的一些排放，同时有氢的排放，它能够把氢排放给你监测出来，而且是做到几十个PBB单位，这个是秒级几十个PBB单位，这是全球第一个。美国的能源部也是支持这个项目。

原来的计划是今年要出两个商业化的设备，但是目前出没出，后续的报告我没看到，这也是公开的消息，大家去搜索这个公司氢排放这个事，就会看到氢能。包括这个进展也是在IEA的氢能的展望里面也提到了进展。欧洲有企业已经同步跟进了，国内目前据我了解，氢气泄露相关的都是PPM级别的，而且往往是和浓度相关的。真正去测监测量的，目前还没有，可以说可能这个意识目前还很少，所以这个设备更是如此。再多说一句，甲烷监测相关的这些设备也主要是发达国家的设备，虽然现在我们的行动方案有了，我们为什么没有提量化目标，是因为底数还不清楚，底数不清楚是因为我们的监测还没有，在做的过程之中。而监测设备一了解最先进的是美国的，ABB，总部在加拿大，都是这些企业。所以这些监测设备和减排其实是很相关的。

我们去监测哪些设施呢?从生产、上游到下游全都需要去监测，无论是甲烷、蒸汽重整制氢，还是电解水制氢，其实都会有氢气排放。而且氢的排放还不小，为什么?即使是绿氢制取，如果它的浓度不够的时候，就可以先把它放掉，浓度到了一定程度之后，才能把它用起来。

另外，检修的时候也是如此。起停的时候它会有氢气排放，当然这个泄露率有多少，它取决于你的起停次数。如果一年起停两三次，那这个确实可以忽略不计。事实上，现在很多时候它是起停的次数比较多，这个时候就是一个大的问题。所以绿氢不是说完全没有问题，你还得在起停的环节要减少。

另外，就是储运环节，尤其涉及到压缩，所以排放还是比较高。尤其是液氢的装卸过程，这个排放如果做不好的话，可能排放率会达到20%，这是很恐怖的一个数字。

应用环节，就是各种石化企业和加氢站相关的。

我们提到氢气排放，现状如何呢?虽然缺乏一些监测设备，但是有一些文献也已经有一些成果，这是所有环节梳理，所有的环节都有一个氢气排放率的这么一个数值统计。从生产到最终的利用，全都是有一个排放率。低都能做到1%以下，最高就是刚才提到的，液氢装卸的环节，如果做的不好会到20%，所以它的范围是一个很宽的范围。这也提示我们，如果做这个事确实需要在监测领域要下很大的工夫。

这次COP28也基本算开完，有学者带回来他个人的感受，国际上有一些国家，他一提减排就是谈监测，从太空中，卫星中各种各样的监测，这是美国等国家特别重视的一点。国内就是我们要执行，可再生能源去减排，去替代，但是监测这方面强调的少。所以不同的国家切入点确实有很大的一个不同，所以跟国际交流的时候，有的时候确实觉得不同国家它的内容属于不同的方向。所以在监测的范围，我们确实还有许多工作需要去做的。监测如果这些数值不能够有实测支撑，确实很难去说明减排了多少。

利用方面，大家也都知道，其实氢它的能源转化效率很低。我们也做了一个统计，同样的能源，如果是走氢的路线和走电的路线，其实氢的耗能，乘用车的平均耗能是三倍，重卡四倍，公交车四倍，如果用于加停功能是七倍，其实你不如直接用电。也正是基于如此，所以我们认为氢能利用要再聚焦在难减排的领域。重工业、钢铁、水泥、塑料等，交通就是航空、航运、长途、重卡，这方面可能是氢的利用场景。

掺氢也是大家很关注的，但实际上掺氢做到20%，它的减排只能是到6%—7%。你掺了半天氢，其实你减排效果不是那么高，不是说你掺20%你就能减20%，这个也是需要去考虑的。

另外，刚才提到了供暖方向，其实燃气锅炉耗能更高，成本大家也知道，如果是掺氢很高的话，基础设施要进行更换。

健康，氢还有一个健康影响。氢燃烧之后它有氮氧化物排放的，它可不是说除了水没有别的，它有氮氧化物排放，这也是一个问题。

气候影响总结就是在生产环节，刚才提到了，我就不再重复了，大家也能看到。为了确保氢的可持续性，在生产环节我们要确保使用氢的最大效率，管理环节就是排放，采用集中而非分散，意思就是说避免长途运输，越是长途运输，转换环节越多，它的排放风险越高。

这也不是新事了，为什么呢?在12月9日，前几天在COP28上已经发了这么一个倡议，叫“氢能安全气候有益与可持续发展国际合作倡议”。我把关键的信息读一下，这个发起单位是什么呢?是生态环境部对外合作与交流中心EDF北京代表处，清华大学车辆与运载学院中电联氢能分布，这个实际上就是氢能联盟，它的牌子比较多，还有申能、隆基氢能，隆基现在是太阳能和氢气两只手都在抓，亿华通，我们知道氢能电池上市第一股，还有上海氢风，现在做的很大。包括海德氢能，这也是清华背景的一个企业。还有国氢，这也属于氢能联盟系统的，中欧也是氢能联盟系统的。所以这是12家企业已经发起的氢能安全气候有益与可持续发展倡议，这个倡议的内容是什么呢?

第一点，共享氢能产业链条重大安全和气候风险管控经验;第二点，推动氢能全产业链关键核心技术等等，鼓励氢气排放监测以及氢能相关设备等先进技术研发，共谋氢能领域国际标准化体系建设。这个我要提一下，现在清洁氢能的标准国际上不一样，美国的清洁氢能标准是2000克二氧化碳每千克氢，欧洲是三点几，欧洲叫可再生氢，国内是氢能联盟，它有类似于一个团标，它是4.9，所以从氢能标准来看，一个是国际上比我们要严格，另外指标的选取，国际上也要去对标。欧盟的碳边界调节机制有氢，这个其实引人深思，现状来看，欧盟氢的进口和出口基本上可以忽略不计，但是欧盟在设计碳边境调节机制的时候，俗称碳关税机制的时候，竟然把氢给放进去了，其实他有天然气，未来我们不进入天然气，我们进入氢，进入氢的时候我们要考虑到排放问题。这是19年就把这个事提出来了，而我们现在23年了，国内其实好多人还不太重视这个事，中国最大的优势就是可再生，装机很高，现在属于一个过剩的阶段。我们就不去发电了，我们直接去制氢，氢还可以制绿色甲醇，这个想象的空间非常大。考虑到当时我们发展可再生产业，光伏产业，先是出口欧洲，出口一些经济成分比较高的地区，不妨我们生产的高标准的绿氢也好或者是清洁氢也好，我们也是出口欧洲。但是这就需要我们国内这些企业有前瞻性，美国是有这个前瞻性的，美国的氢能战略就直接提到，未来的氢是要考虑到出口的，所以这是一个我们确实在自己做的同时，要有一个国际视野，看一下最新的动向是什么。

第三，在氢能贸易基础设施建设，关键氢能装备研发等领域的国际合作，将氢气排放及其影响纳入评估考虑，促进其效益最大化。刚才提到的氢气清后影响这个事，其实从政府部门已经开始做起来了，而且我们看国内的标准，今年国家能源局发布的相关能源标准制定，低碳氢，类似于清洁氢的标准，今年就该开始制定。

几年之后，甚至可以去畅想，可能氢气排放控制行动方案也会要出来，这个产业小的时候没人管，产业大了之后各方面要考虑的就会多起来。

谢谢大家!