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作者｜沈承鵬 職務(wù)｜中國電動(dòng)汽車百人會(huì)傳播顧問 你能想到嗎,，人類寄予厚望的氫燃料電池汽車,，其燃料氫產(chǎn)生的碳排放,，可能比傳統(tǒng)燃油汽車的汽柴油產(chǎn)生的碳排放還要高。這樣匪夷所思的事,，有可能發(fā)生在正開展燃料電池汽車示范推廣應(yīng)用的五個(gè)城市群中,。
先人一步。我國汽車產(chǎn)業(yè)換道超車,，在電動(dòng)化新賽道上獲得了領(lǐng)先世界的優(yōu)勢(shì),。然而美中不足的是，這一優(yōu)勢(shì)的取得得益于純電動(dòng)乘用車,，而燃料電池汽車卻還處在示范推廣階段,。2022年1-9月，我國新能源汽車?yán)塾?jì)銷售456.7萬輛,，其中燃料電池汽車僅售出2589輛,。截止9月底，全國新能源汽車保有量達(dá)1149 萬輛,，其中燃料電池汽車僅9000余輛,。交通運(yùn)輸領(lǐng)域是我國碳排放的主要終端，2020年達(dá)到9.3億噸,，占全國終端碳排放的10%,，其脫碳成果影響著我國整體碳中和進(jìn)程。用氫能替代燃油,、天然氣等高碳排放化石燃料,，是交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。
燃料電池汽車在大載重,、長續(xù)航和高強(qiáng)度的交通運(yùn)輸中具有先天優(yōu)勢(shì),，短期內(nèi)，我國燃料電池汽車將以替代傳統(tǒng)重型卡車,、大型物流車等交通運(yùn)輸工具為主,。《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》提出,，要加快氫能技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用,，探索在工業(yè)、交通運(yùn)輸,、建筑等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用。這正與燃料電池汽車的優(yōu)勢(shì)相吻合,。2020年9月,，財(cái)政部、工信部等五部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》,，決定選擇一批有實(shí)力的城市群開展燃料電池汽車示范應(yīng)用工作,。共有19個(gè)城市群提出申請(qǐng),，京津冀、上海,、廣東,、河南、河北五個(gè)城市群獲批,，開啟了為期四年的氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用新階段,。與實(shí)施多年的新能源汽車補(bǔ)貼政策相比，燃料電池汽車示范工程有三大變化：將以城市為主體的示范模式,，改為以城市群為主體的示范模式,；將對(duì)燃料電池汽車的購置補(bǔ)貼，改為對(duì)示范應(yīng)用的獎(jiǎng)金獎(jiǎng)勵(lì),；獎(jiǎng)勵(lì)資金不再用于支持燃料電池汽車整車生產(chǎn)投資項(xiàng)目和加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),，而是用于整車、關(guān)鍵零部件（電堆,、膜電極,、雙極板、質(zhì)子交換膜,、催化劑、碳紙,、空氣壓縮機(jī),、氫氣循環(huán)系統(tǒng)等八大部件），以及清潔低碳車用氫氣的應(yīng)用推廣,。示范城市群須滿足門檻指標(biāo)才能獲得中央財(cái)政資金。例如,，每個(gè)示范城市群注冊(cè)的燃料電池汽車達(dá)到1000輛,，且每輛車年平均行駛里程超過3萬公里；每個(gè)城市群需新建運(yùn)營至少15座加氫站,；車用燃料氫年產(chǎn)量超過5000噸,，燃料氫的碳排放強(qiáng)度低于規(guī)定值。這其中,，燃料氫的碳排放強(qiáng)度（CI）是主要評(píng)價(jià)指標(biāo),，分為準(zhǔn)入和獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)兩檔。準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)是碳排放低于15
kgCO2/kgH2 ,，獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)是低于5 kgCO2/kgH2 ,。本文開頭談到的電解水制氫的碳排放高于傳統(tǒng)燃油汽車的汽柴油產(chǎn)生的碳排放的可能，就出在這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的考核辦法上,。一份由國際清潔交通委員會(huì)和中國電動(dòng)汽車百人會(huì)聯(lián)合發(fā)布的,、名為《從燃料氫全生命周期溫室氣體排放視角看中國燃料電池汽車示范城市群建設(shè)》的研究報(bào)告指出：當(dāng)前示范城市群的設(shè)計(jì)方案,，對(duì)燃料氫碳排放強(qiáng)度的要求，僅考慮到制氫環(huán)節(jié)的碳排放,，未考慮到上游和下游的碳排放,。
這份研究報(bào)告，是兩家合作單位在中國汽車技術(shù)研究中心有限公司,、上海燃料電池汽車商業(yè)化促進(jìn)中心,、佛山環(huán)境與能源研究院等單位幫助下，歷時(shí)一年完成的,。報(bào)告對(duì)五個(gè)示范城市群采用的制氫方式進(jìn)行了從“油井到車輪”的全生命周期評(píng)估,，結(jié)論是：示范結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)偏差。課題組選定了五個(gè)示范城市群擬采用的11種制氫方式：天然氣（SMR）制氫,、天然氣重整制氫（SMR）附加碳捕集與封存（CCS）,、填埋氣SMR、 甲醇裂解制氫,、煤氣化制氫,、煤氣化制氫+CCS、平均電網(wǎng)電力水電解制氫
,、可再生電力水電解制氫,、液態(tài)天然氣裂解副產(chǎn)氫、氯堿副產(chǎn)氫,、焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫進(jìn)行研究,。根據(jù)示范城市群準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，僅衡量制氫環(huán)節(jié)的碳排放,，11種制氫方式中有四種達(dá)到了獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)：天然氣重整制氫+CCS,、填埋氣制氫、可再生電力或電網(wǎng)電水電解制氫,；唯一沒有達(dá)到準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)的是不附加CCS的煤氣化制氫,。但通過全生命周期排放評(píng)估，目前使用電網(wǎng)電進(jìn)行的水電解制氫,，其碳排放將大于不附加CCS的煤氣化制氫。也就是說,，示范城市群得到獎(jiǎng)勵(lì)的某些制氫方式（電網(wǎng)電水電解制氫），甚至?xí)斐杀戎苯邮褂没茉粗茪洌ɡ缑褐茪洌└鼑?yán)重的氣候影響,。
水電解制氫是一種新興技術(shù),。無論是使用100%可再生電還是電網(wǎng)電，水電解的過程都只產(chǎn)生氧氣和氫氣,。也就是說，僅就制氫環(huán)節(jié)而言,，用這兩種電制的氫都能達(dá)到零碳排放,，都符合獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)，但由于我國電網(wǎng)電力來源中化石燃料占比過高的現(xiàn)實(shí),，可能使制氫排放結(jié)果發(fā)生出人意料的變化,。我國不同地區(qū)的電網(wǎng)電力來源結(jié)構(gòu)差異很大,，化石燃料在上海電網(wǎng)占比高至98%,，在西藏電網(wǎng)低至4%,。2021年,，我國電網(wǎng)平均電力來源中包括71%的化石燃料、5%的核能和24%的可再生電力,。而在五個(gè)示范城市群實(shí)施方案以及其他多個(gè)省市的氫能發(fā)展規(guī)劃中，可再生能源水電解制氫均是未來要采用的技術(shù),。電力來源決定水電解制氫的清潔程度，這就要求示范城市在制氫的時(shí)候必須認(rèn)真考察電的來源,。如果示范城市群的電網(wǎng)不能提供100%的可再生電力,，從全生命周期看，碳排放就不可能為零,。課題組經(jīng)過模型評(píng)估,，得出的結(jié)論令人震驚：在11種制氫方式中,，使用全國平均電網(wǎng)電生產(chǎn)的電解氫，有最高的全生命周期碳排放,，排放強(qiáng)度甚至高于直接由煤或天然氣生產(chǎn)的燃料氫,。課題組測(cè)算，只有當(dāng)火電占比降至28%以下時(shí),，平均電網(wǎng)水電解制氫的全生命周期碳排放強(qiáng)度，才能低于15 kgCO2當(dāng)量/kgH2,，但在我國大陸31個(gè)省級(jí)地區(qū)中,，只有4個(gè)地區(qū)電網(wǎng)的非化石燃料發(fā)電占比達(dá)到80%以上，15個(gè)電網(wǎng)小于等于20%,。也就是說,，從全生命周期碳排放角度來看，大部分省級(jí)地區(qū)的電網(wǎng)水電解制氫帶來的碳排放,，都不符合示范要求的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn),。
不幸的是，五個(gè)牽頭城市所在地區(qū)的電網(wǎng)火電占比,，都高于全國平均水平,。從全生命周期角度看，五個(gè)示范城市群的平均電網(wǎng)水電解制氫的碳排放強(qiáng)度,，均不滿足示范城市群的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)和獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn),。然而根據(jù)示范城市考核標(biāo)準(zhǔn)，五個(gè)牽頭城市的電網(wǎng)水電解制氫,，都可以獲得清潔氫獎(jiǎng)勵(lì),。課題組研究評(píng)估了北京,、佛山,、上海三個(gè)牽頭城市氫的來源。北京示范前的氫氣來源于燕山石化和環(huán)宇京輝。燕山石化是利用企業(yè)內(nèi)煉油系統(tǒng)的副產(chǎn)氫氣,，設(shè)計(jì)規(guī)模為2000Nm3/h（約1440噸/年）。環(huán)宇京輝提供天然氣制氫和網(wǎng)電制氫,，天然氣制氫產(chǎn)能為800Nm3/h,，水電解制氫產(chǎn)能為500Nm3/h,。（共計(jì)約1000噸/年）到示范期結(jié)束時(shí)，工業(yè)副產(chǎn)氫將成為北京示范城市群的主要?dú)湓?，其?2% 為綠氫,，這是北京城市群采用的三種制氫方式中唯一有資格獲得清潔氫獎(jiǎng)勵(lì)的制氫方式。經(jīng)計(jì)算,，北京城市群制氫環(huán)節(jié)的加權(quán)平均碳排放強(qiáng)度為7 kg CO2/kg H2，較其全生命周期溫室氣體排放低24%。
佛山示范前的氫氣來自周圍城市的氣體公司，包括聯(lián)悅,、華特氣體、廣鋼林德,、普萊克斯,、法液空等,，年供氫能力1811噸,，主要以氯堿副產(chǎn)氫、甲醇裂解制氫,、丙烷脫氫等制氫方式為主,。示范期后,，城市群中半數(shù)以上燃料氫來自工業(yè)副產(chǎn)氫，同時(shí)擴(kuò)大水電解制氫規(guī)模,。佛山城市群中29%的氫可以獲得清潔氫獎(jiǎng)勵(lì)。不過由于平均電網(wǎng)制氫占比較高,，制氫環(huán)節(jié)碳排放與全生命周期溫室氣體排放之間的差距，是三個(gè)城市群中最大的,，全生命周期溫室氣體排放，要比制氫環(huán)節(jié)碳排放高出39%,。上海示范前的氫氣主要來自華林氣體,、化工區(qū)氣體以及寶鋼股份寶山基地,，年制氫能力共4050噸,。其中華林氣體,、上?；^(qū)氣體為天然氣重整制氫，年充裝能力為3000 噸和750噸,。寶山基地為焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫提純，年充裝能力為300噸,。產(chǎn)自寧東鎮(zhèn)的甲醇裂解制氫是主要?dú)淠軄碓?，在總份額中占比 82%,，由可再生原料（即填埋氣和可再生電力）制氫的比例不足1%,。上海城市群生產(chǎn)的燃料氫中有13%可以獲得清潔氫獎(jiǎng)勵(lì),。然而,，示范城市群項(xiàng)目下設(shè)定的系統(tǒng)邊界,，會(huì)導(dǎo)致燃料氫的整體排放影響被低估34%,，加權(quán)平均生命周期溫室氣體排放,，超過了15 kgCO2當(dāng)量/kgH2,，在三個(gè)城市群中的燃料氫碳排放強(qiáng)度是最高的,。彌補(bǔ)制氫環(huán)節(jié)偏差的建議黨的“二十大”報(bào)告提出，要加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型,，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng),，深入推進(jìn)能源革命，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系,。今年3月,，國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》指出,，氫能作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向,，將為我國加快能源轉(zhuǎn)型升級(jí)、培育經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)提供重要戰(zhàn)略選擇,。并明確：到2025年,，燃料電池汽車保有量達(dá)到約5萬輛,，可再生能源制氫10-20萬噸/年,，二氧化碳減排100-200萬噸/年,。到2030年,，形成較為完備的清潔能源制氫及供應(yīng)體系。黨的“十八大”以來，我國加速轉(zhuǎn)變能源利用方式,，截止2022年9月底,，可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)11.46億千瓦,，發(fā)電量達(dá)1.94萬億千瓦時(shí),；清潔能源消費(fèi)比重從2014年的16.9%上升到2021年的25.5%,；氫能產(chǎn)業(yè)鏈上多個(gè)重要技術(shù)環(huán)節(jié)獲突破,，電堆,、膜電極,、系統(tǒng)集成,、雙極板等核心部件實(shí)現(xiàn)自主可控,，燃料電池系統(tǒng)國產(chǎn)化率從30%提高到70%,；2021年末,，我國氫氣產(chǎn)能約4000萬噸/年,，產(chǎn)量約3300萬噸/年,，氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)超過300家，覆蓋制氫,、儲(chǔ)運(yùn),、燃料電池材料,、燃料電池汽車及配套基礎(chǔ)設(shè)施,、系統(tǒng)集成等領(lǐng)域,，建成加氫站250多座,；20多個(gè)?。▍^(qū),、市）發(fā)布了氫能規(guī)劃和指導(dǎo)意見,，這些都為我國能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。然而，可再生電力的發(fā)展和應(yīng)用,，是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程,，需要上下游實(shí)現(xiàn)全程無縫銜接,，這決定了電網(wǎng)水電解制氫必然存在著從化石能源為主，向可再生能源為主的過渡期,。為了鼓勵(lì)電解水制氫技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用,，在過渡期內(nèi)僅考核示范城市群制氫環(huán)節(jié)的碳排放情有可原,，但仍需考慮對(duì)氣候的實(shí)際影響,，對(duì)交通脫碳的實(shí)際意義。因此,，制氫方式的全生命周期溫室氣體排放是否優(yōu)于柴油燃料,，就成為燃料氫是否需要考慮、考核全生命周期碳排放的決定性因素,。課題組提出如下建議,。
第一,，為燃料氫制定嚴(yán)格的碳排放強(qiáng)度要求并確保合規(guī)性。包括擴(kuò)大排放評(píng)估邊界,，考查燃料氫全生命周期“油井到車輪”的溫室氣體排放,，制定嚴(yán)格并符合中國實(shí)情的碳排放強(qiáng)度要求，以確保燃料氫比使用化石燃料更加低碳環(huán)保,。第二,，對(duì)使用電網(wǎng)電進(jìn)行水電解制氫的生產(chǎn)企業(yè)，制定嚴(yán)格的認(rèn)證和審核辦法,，要求其提供購買與電網(wǎng)電使用量相匹配的綠電證書，確?？稍偕娏Φ念~外性,。第三,，為燃料氫建立一套碳核算,、認(rèn)證和審核體系,，確保合規(guī)和避免虛假申報(bào)。第四,，提供更多財(cái)政激勵(lì)，鼓勵(lì)發(fā)展從全生命周期角度真正低碳的制氫方式,。
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