破解储运“卡脖子”,氢氨醇一体化如何让绿氢走进日常?

来源: 中国能建

  2024年,氢能首次以“产业”形态被写入政府工作报告,标志其正式上升为国家战略层面的前沿新兴产业,更是我国落实 “双碳” 战略目标、推动能源体系绿色低碳转型、保障国家能源安全的核心抓手。2026年全国两会期间,“氢能”再次成为热词,政府工作报告明确提出“培育氢能、绿色燃料等新增长点”,我国氢能产业迎来迈向规模化发展的关键拐点。

  如今,无论是街头平稳行驶的氢能大巴、港口零排放作业的氢能重卡,还是冬奥会上迎风燃烧的氢能火炬,都让我们直观感受到了绿氢(可再生能源电解水制氢,全程零碳排放)的清洁与高效。但很多人都会有疑问:既然绿氢是公认的终极零碳能源,为何迟迟没能走进普通人的日常生活?

  答案并非“制氢难”。当前我国氢能产业规模已稳居全球第一,电解槽等核心装备制造能力跃居世界前列,绿氢产能持续突破。真正制约绿氢规模化普及、无法在国家双碳战略重点领域发挥核心脱碳价值的“卡脖子”难题,是绿氢供需的时空错配,导致绿氢难以实现跨区域、全场景的稳定供应。

  我国绿氢的产能与需求,存在严重的“空间错位”:80%以上的风光可再生能源资源集中在西北、华北地区,而70%以上的用氢需求,集中在东部沿海的化工、钢铁、交通等领域,西北的绿氢“运不出去”,东部的需求“供不上来”。

  在国际绿色转型趋势与国内“双碳”目标的驱动下,氢氨醇一体化的解决方案应运而生。它将气态绿氢转化成液态、能直接适配现有储运体系的绿氨与绿色甲醇,相当于给绿氢穿上一件“便于运输和储存的外衣”,不仅破解了绿氢储运的核心瓶颈,更打通了可再生能源从生产、消纳、输配到全行业脱碳应用的全链条,为绿氢赋能双碳战略落地提供了可行路径。

  氢氨醇一体化到底是什么?

  氢氨醇一体化的核心逻辑很简单:通过成熟的化工工艺把难储运、难保存的气态绿氢转化为常温常压下就是液态的绿氨、绿色甲醇,既可以通过现有的成品油、化工品储运网络,实现低成本、长距离、大规模运输,也可以长期稳定储存,解决风光发电的间歇性问题;运到目的地后,既可以直接作为燃料、原料使用,也可以根据需求重新分解出高纯度绿氢,真正实现绿氢“哪里产、哪里转、哪里用、哪里拆”的全链条灵活调配。

  同时,更是我国打通风光大基地可再生能源消纳、跨区域能源优化配置、高耗能行业深度脱碳的核心纽带,是服务双碳战略与能源绿色转型的关键技术路径。

  这套方案的核心,就是绿氢向绿氨、绿色甲醇的转化,两条路径各有优势,适配不同的应用场景。

  1.绿氢转绿氨:成熟度最高的绿氢“储运载体”

  绿氨的合成工艺,对我们来说并不陌生。传统合成氨技术已经有一百多年的历史,是化肥工业的核心,我们日常吃的粮食,所用的尿素等化肥,核心原料就是氨。而绿氨与传统灰氨的唯一区别,就是把传统工艺中化石能源制取的灰氢,替换成了零碳的绿氢,全程没有碳排放。

  它的核心路径非常清晰:通过风光发电电解水制取绿氢,再从空气中分离出氮气,绿氢与氮气在催化剂的作用下合成氨,全程仅需一步反应,工艺成熟度极高。合成后的绿氨,体积储氢密度比液氢还要高,完全可以用现有的液化石油气槽车、化工品油轮、管道进行运输,而且可以长期储存,几乎没有自然损耗。

  更重要的是,绿氨的应用场景极为广泛:既可以直接作为零碳燃料,在航运、发电、工业供热等领域应用;也可以作为化工原料,生产零碳化肥、精细化工品;还可以根据需求,随时分解出高纯度绿氢,供氢能车、加氢站使用,真正实现“一氨多用”。

  2.绿氢转绿色甲醇:适配性最强的“液态阳光”

  绿色甲醇,被业内称为“液态阳光”,它的核心逻辑是“绿氢+固碳”的双重价值:用绿氢与工业尾气、生物质中捕集的二氧化碳,在催化剂的作用下合成甲醇,不仅全程零碳排放,还能消耗温室气体二氧化碳,实现负碳效应。

  和绿氨一样,绿色甲醇也是常温常压下的液态,和我们日常使用的汽油性质类似,现有的加油站、油罐车、成品油管道,都可以用来储存和运输绿色甲醇,,储运成本比绿氨还要低,是目前所有绿氢载体中,适配性最强、基础设施兼容性最好的方案。

  同时,绿色甲醇的应用场景几乎覆盖了我们生活的方方面面:我们日常穿的衣服、用的塑料、接触的医药用品,绝大多数的基础原料都来自甲醇,用绿色甲醇替代传统化石基甲醇,就能实现化工全链条的零碳化;它还可以直接作为车用燃料,给汽车、船舶提供动力;也可以用于分布式发电、家庭供暖,甚至可以直接分解出高纯度绿氢,用于加氢站、燃料电池,真正实现绿氢的“全场景落地”。

  目前,我国在绿色甲醇合成技术上已经实现了重大突破,山东大学团队研发的新型催化剂,已经实现了常温下二氧化碳加氢高效合成甲醇,打破了传统工艺需要高温高压的限制,为绿色甲醇的低成本规模化生产铺平了道路。

  氢氨醇一体化如何破解规模化难题?

  作为全球最大的氨、甲醇生产国,我国有着全球最完善的合成氨、合成甲醇产业链,产业基础极为雄厚,这为氢氨醇一体化的发展,打下了得天独厚的优势。目前,我国氢氨醇一体化已经实现了从技术突破到项目落地的跨越式发展,多项成果处于世界领先水平。

  在示范项目上,全球最大规模的绿色氢氨醇一体化项目——中能建吉林松原氢能产业园(“青氢一号”)一期已经正式投产,项目采用“风光直供+储能调峰+高效电解制氢+动态氨醇合成一体化”的技术路线,创下了规模最大、储氢量最大、最宽负荷柔性工艺、最大规模碱性电解制氢设备四项世界纪录。

  在技术突破上,我国已经实现了绿氢合成氨、合成甲醇的核心催化剂、电解槽、专用设备的全面国产化,多项技术达到国际先进水平。除了常温合成甲醇技术,我国还突破了宽负荷柔性合成氨工艺,成功破解了新能源发电波动与化工稳定生产之间的世界级难题,实现了100%绿电直供制氢合成氨醇,大幅提升了系统效率,降低了生产成本。

  尽管发展迅速,但氢氨醇一体化想要实现全面规模化普及,仍面临着不少亟待解决的挑战。

  一是成本仍需进一步下降。目前绿氨、绿色甲醇的生产成本,仍高于传统化石基的灰氨、甲醇,除了绿电成本的影响,氢转化环节的能量损耗、催化剂成本,也是推高成本的核心因素。

  二是标准体系仍不完善。目前我国绿氨、绿色甲醇的绿色认证体系、储运安全标准、终端应用规范仍不健全,比如绿氨作为船用燃料、锅炉燃料的相关标准仍在完善,绿色甲醇的低碳认证与碳交易市场的衔接还不顺畅,制约了项目的规模化复制。

  三是终端消纳场景仍不成熟。目前绿氨、绿色甲醇的应用,仍以化工原料为主,作为燃料、能源载体的应用场景仍在示范阶段,配套的加注设施、专用设备普及率较低,消纳能力有限,导致项目的经济效益难以保障。

  四是电氢耦合机制仍不顺畅。多位两会代表委员指出,当前绿氢项目的电价政策、风光消纳指标仍不完善,制氢用电的容量电费、备用费偏高,推高了绿氢的生产成本,是制约氢氨醇一体化降本的核心因素之一。

  从国家战略层面来看,氢氨醇一体化的价值,早已超越了破解绿氢储运瓶颈的单一维度。它既是我国推动可再生能源大规模高比例消纳、构建新型能源体系的关键支撑,也是破解高耗能、难减排行业深度脱碳难题的核心抓手,更是落实 “双碳” 战略目标、保障国家能源安全、推动经济社会发展全面绿色转型的重要路径。随着技术的持续突破、政策体系的不断完善、应用场景的逐步拓展,氢氨醇一体化必将推动绿氢从示范应用走向规模化普及,让零碳能源真正走进生产生活的方方面面,为我国如期实现碳达峰碳中和目标注入核心动能。

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