氢能发展的注意事项：减少氢泄露的气候影响

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，是构建低碳、安全、高效能源体系的关键要素之一。然而，氢的分子小、密度低，在生产、运输和利用过程中容易泄漏，并间接地增强甲烷等气体的温室效应。在氢能产业蓬勃发展的背景下，需加强全过程泄漏风险管理、推动集中生产与就近利用、优先氢气在工业领域的应用，减少氢泄漏的气候影响。

 

氢本身并非温室气体，为何会增强温室效应？甲烷、臭氧等温室气体会与大气中的羟基自由基发生反应而得到分解。然而，氢也能够与羟基自由基发生反应。由于自然界产生的羟基自由基数量有限，氢的增加将减弱大气移除甲烷等温室气体的能力，延长其在大气中的存在时间。所以，氢排放量的增加间接增强了温室效应[i]。

 

目前，全球有关氢泄漏及其气候影响的研究较少。挪威国际气候中心（CICERO）2023年发布的报告表明，在20年的尺度上，氢泄露的增温效应是二氧化碳的约40倍。以2023年为例，据估算，全球氢生产端的泄漏量约为130万吨，相当于约5400万吨二氧化碳排放量，约为英国2021年二氧化碳排放总量的六分之一。

 

哥伦比亚大学全球能源政策中心2022年发布的研究报告分析了生产、运输和终端应用等三方面的氢泄漏风险：在生产上，现阶段制氢主要以化石燃料为主，泄漏率约为生产量的1.5%。在运输上，公路和管道运输的泄漏率分别在5%和2%左右。在终端应用上，燃气轮机发电装置的氢泄漏风险较高，其次为交通和化工生产，泄漏率分别为3%、2.3%和0.5%。

 

我国年制氢量、建成加氢站量均居世界第一。氢能是我国未来能源体系的重要组成部分，其发展速度有望进一步加快。根据中国工程院院士干勇估计，2050年氢能在我国终端能源体系占比约10%，2060年占比将达到15%。为更好地发挥氢能在应对气候变化方面的积极作用，应从全链条的规划出发，通过推广集中制氢、就近利用和原料用氢等方式，减少氢泄漏风险：

 

在可再生能源富集地区积极探索集中制氢与就近利用。我国西北地区拥有丰富的风光资源，为发展氢能产业提供了有利条件。例如，内蒙古自治区探索多项绿电制氢加氢一体化、现代煤化工生产与绿氢耦合项目，推动了绿氢“制储输用”全产业链发展。一方面，氢制取充分利用了西北的风光资源，拓宽了新能源消纳场景，减少了原料碳排放，部分解决了现代煤化工行业碳排放高的痛点；另一方面，生产的绿氢既能够支持西北地区工业、交通运输等清洁化转型的需求，又能够培育氢能产业向下游延伸产业链。

 

现阶段以工业原料用氢为主要应用。氢的用途主要包括工业生产领域的原料用氢，以及交通、电力供热领域的燃料用氢。参考上述哥伦比亚大学研究发现，氢作为原料应用于化工、冶金等行业生产的泄漏率较低，且能够避免长距离运输产生的泄露。相比之下，燃料用氢方面，现阶段实践经验较少，特别是燃料用氢与长距离运输的基础设施和技术尚未成熟。加州公共事业委员会（CPUC）的研究表明，利用现有天然气管道注入/混合氢气输送的技术，在掺氢比例超5%时将显著增加钢质管道腐蚀和泄漏等安全风险。燃料用氢的发展还有待革新性技术的出现。工业原料用氢是现阶段推荐的应用。

 

制定技术标准，加强全链条的风险管理。目前，测算氢能行业温室气体排放的标准和方法学近乎空白。用于检测、控制氢泄漏的关键技术多从安全的角度出发，灵敏度达不到控制排放以减少气候影响的要求。随着我国氢能产业的加速发展，亟需加强氢能全产业链的风险管理，制定考虑氢泄漏风险问题的制、储、输、用氢相关技术标准，推动氢能产业低碳、安全协同发展。