普林斯顿大学Denise Mauzerall、郭扬团队Nat. Commun.：可再生能源制氢助力煤化工部门深度降碳

成果简介

近日，美国普林斯顿大学 Denise L. Mauzerall 教授和郭扬副研究员领衔，在工业部门深度降碳研究领域取得新进展：在我国煤化工生产部门就近部署可再生能源制氢进行原料替代， 2030 年前有望以较低技术成本实现碳减排一半以上。上述研究以《部署绿氢助力中国煤化工部门降碳》（ Deploying green hydrogen to decarbonize China’s coal chemical sector ）为题发表于《自然 - 通讯》（ Nature Communications ） 。

煤是重要的化工原料， 2020 年我国煤化工部门占全国煤炭消费约四分之一。在煤化工生产中，煤既作为燃料供给能源，又作为原料进行化学合成。其中，煤通过煤气化、水煤气变换等化学反应制取氢气，调节合成气碳氢比，用于下游化学品合成。我国煤化工部门主要包括传统煤化工（煤制合成氨、煤制甲醇、煤制焦炭、煤制碳化钙等）和现代煤化工（煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇等）。如下图所示，绿氢可替代水煤气变换制氢，绿氧可替代空分制氧，同时绿电可替代煤化工企业的外购电网电力 。

图文导读

研究发现，我国煤化工生产的全生命周期温室气体排放为 11 亿吨二氧化碳当量，占全国排放约 9% 。煤化工生产排放中，现场化学反应排放占 43% （水煤气变换反应排放占 33% ），现场燃料燃烧排放占 21% ，上游相关生产过程（包括电力和热力生产供应、煤炭开采加工等）排放占 36% 。基于下游部门化学品需求和在建 / 拟建煤化工项目清单，若继续采用当前生产工艺路线（基准情景），研究预测 2030 年我国煤化工部门全生命周期温室气体排放为 13 亿吨二氧化碳当量，水煤气变换制氢（即绿氢需求）约 2100 万吨 。

通过耦合生命周期评价和技术经济分析等方法，研究揭示，相较于 2030 年基准情景，我国煤化工部门就近部署光伏制氢、风电制氢可分别削减全生命周期温室气体排放 53% 和 55% 。按 2030 年能源及设备价格水平计算，上述部署措施的碳减排成本（ 2020 年可比价）分别约为 10 元 / 吨和 150 元 / 吨（二氧化碳当量）。进一步根据各省级行政区的风光资源禀赋进行方案优化，得出 2030 年成本最小化部署方案具有 53% 的碳减排潜力和 9.4 元 / 吨的碳减排成本。其中，内蒙古、陕西、宁夏、新疆部署可再生能源制氢用于煤化工生产，贡献了 52% 的碳减排潜力，且在 2030 年具有正向经济效益，可优先作为政策试点，推进示范项目落地。目前，中石化、宝丰能源等企业已陆续开始部署 / 运行绿氢用于化工生产的示范项目。此外，通过外售富余绿氧以及未来将化工部门纳入碳市场，可进一步削减甚至完全抵消绿氢部署成本 。

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