以绿电绿氢重构传统过程工业

　　实现＂双碳＂目标，最终要对能源结构进行根本性调整。这意味着，在未来近40年中，能源既要持续稳经济，还要不断调结构，以达到碳中和要求。这对能源消费将持续增长的我国来说，任务相当艰巨。
　　在现实条件下，我们怎样才能确保实现＂双碳＂目标？主要从四个方面发力。
　　第一，提高能源利用效率，即大力实施节能减排。在未来10年里，我国能源消耗强度（单位GDP能耗）仍需保持每年10%以上的下降速度。这要求我们充分利用各种可能的手段，包括新技术、新工艺、新装备、新材料、新介质，以及信息化、智能化、数字化等，不断节能减排。
　　第二，高效清洁地用好宝贵化石能源。＂双碳＂目标的实现需要能源结构的根本性调整。但在未来5年到10年，煤炭还会占到一半左右，石油占比基本维持在17%—18%。因此煤炭、石油的高效清洁利用仍是未来相当长时间的重要任务。
　　第三，二氧化碳的处理与应用。业界公认，2030年碳达峰，我国二氧化碳绝对排放值大约在105亿吨。其中，电力碳排放仍然最高，占40%以上，工业碳排放占38%左右，交通和建筑各占约10%。如何＂消纳＂这105亿吨二氧化碳？方案不外乎两大类：一是物理法，利用岩水层埋存或者二氧化碳驱油，这是最直接的手段；二是化学法，二氧化碳加氢或者二氧化碳与甲烷的干重整技术可利用一定量的二氧化碳，这些产品和技术都应得到重视。
　　第四，利用绿电绿氢降低二氧化碳排放强度。虽然未来10年我国能源结构无法根本性调整，但可以依靠绿电及由绿电制成的绿氢所构成的二次能源，降低能源结构的二氧化碳排放强度。
　　要实现碳中和，没有氢是不行的。保守估计，到2050年，我国氢能消费比重将达到10%以上，包括加氢站、燃料电池、固定式电源/电站等在内的氢能产业链产值会超过10万亿元。其实氢作为能源并不新鲜，我国石油化工早在七八十年前就大力发展催化加氢技术，这一技术包括了制氢、加氢、化学储氢、用氢几乎全流程，较今天人们热捧的氢能产业链，仅少了燃料电池一环。不过，短期内，以＂燃料电池＂为主的＂绿氢＂产业链仍任重道远。
　　值得关注的是，美国计划2025年前主要依靠中东便宜的天然气，再通过天然气制氢为主和CCS（碳捕捉及存储技术），将制氢成本降到1.2美元/公斤，同时借助油田、气田大规模封存二氧化碳，从而实现减排。对我国而言，＂煤制氢+CCS＂将是短期满足快速增长用氢需求的重要途径。
　　面向＂双碳＂目标，我们可以利用绿电绿氢快速重构以化石燃料为主的传统过程工业。这既促进了＂双碳＂目标的实现，又有利于经济发展，但这一过程需要变革性技术支撑，这是绿色低碳技术攻关的重要方向。
　　比如在冶金上，多年来，我国炼钢仍然采用较传统的长流程，如果把长流程变成以还原气为主的还原铁短流程，可以减排二氧化碳70%以上。又如传统石油化工的蒸汽裂解制烯烃过程是靠加热炉，每吨产品大概需要逾半吨化石燃料（天然气、油），会有二氧化碳排放。而如果用绿电替代化石燃料则能大幅减排。当然，这需要电价合理，同时将传统加热炉变成新的电磁供热，需要研制核心关键设备。再如合成氨是一个重要的传统化工过程，以煤、石油、天然气等为原料，通过气化生成一氧化碳和氢，再利用其中的氢制成氨。而如果以绿电电解水制绿氢，烟气通过变压吸附，分离为氮气和二氧化碳，再将氢气加氮变成合成氨，将氨加二氧化碳变成尿素，这一生产绿色尿素的工艺流程不但没有二氧化碳排放，还能够消耗二氧化碳，使之成为一个绿色的二氧化碳转化利用过程。
　　【本文来源：经济日报 作者系中国科学院院士、中国石油大学（北京）碳中和未来技术学院院长徐春明】