天然氣摻氫能否顯著減少二氧化碳排放，存在一些爭(zhēng)論，而要使其長(zhǎng)途輸送具有商業(yè)可行性更需解決許多障礙。

氫氣密度低、易燃易爆的特性導(dǎo)致其成本中的近一半是儲(chǔ)運(yùn)成本，若要進(jìn)行商業(yè)開發(fā)，就需要改進(jìn)運(yùn)輸技術(shù)。

今年4月，中石油在寧夏開發(fā)了一條397公里長(zhǎng)的新管道試點(diǎn)項(xiàng)目。經(jīng)過六個(gè)月的測(cè)試，這條旨在輸送混氫天然氣的管道預(yù)計(jì)將于今年年底投入運(yùn)營(yíng)。其所使用的新技術(shù)和材料最大限度地減少了氫氣的損失，并將氫氣占比上限從20%以下提高到24%。

許多國(guó)內(nèi)媒體報(bào)道了這種混氫天然氣管道對(duì)氫氣輸送產(chǎn)生革命性影響的潛力，并稱其有可能帶動(dòng)中國(guó)天然氣管網(wǎng)的廣泛升級(jí)。這些媒體表示，提高綠色氫氣運(yùn)輸?shù)某杀拘б婵赡苁峭苿?dòng)廣泛采用綠色氫氣、大幅減少碳排放以及幫助中國(guó)在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵舉措。

不過，廣泛利用混合天然氣管道輸送綠色氫氣的道路仍面臨障礙?；旌蠚庵袣錃獾某杀竞瓦@些管道的復(fù)雜性是一個(gè)關(guān)鍵問題。最近的研究也讓人懷疑，與天然氣相比，混合氫氣能在多大程度上真正減少二氧化碳排放。

氫能對(duì)中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的重要性日益上升

眾所周知，與其他大規(guī)模應(yīng)用的能源相比，氫氣燃燒起來更清潔，能量密度也更高，能夠在各個(gè)領(lǐng)域成為化石燃料的潛在清潔替代品，其中就包括運(yùn)輸、能源儲(chǔ)存，還有減排難度高的工業(yè)例如鋼鐵行業(yè)等。2021年，全球氫氣消費(fèi)量達(dá)到9400萬噸，其中中國(guó)所占份額最大——達(dá)到了30% ，即2800萬噸。

2022年，中國(guó)公布了到2035年的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)圖。這份重要文件強(qiáng)調(diào)了氫氣作為“戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)”的地位及其在低碳轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵作用，并且制定了雄心勃勃的目標(biāo)。中國(guó)的目標(biāo)是到2025年，燃料電池汽車保有量達(dá)到約5萬輛，可再生能源制氫量達(dá)到10-20萬噸/年。該規(guī)劃估計(jì)，實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)每年將減少100-200萬噸二氧化碳排放。

作為化石燃料的清潔替代品，氫氣有“藍(lán)色”和“綠色”兩種生產(chǎn)方式?！八{(lán)”氫生產(chǎn)需要使用化石燃料，并利用碳捕捉與儲(chǔ)存（carbon capture and storage，簡(jiǎn)稱CCS）技術(shù)處理排放。而“綠”氫則是利用可再生能源，通過電解將水分解為氫氣和氧氣。隨著可再生能源和電解槽成本不斷降低，再加上CCS成本高昂，中國(guó)越來越將綠氫視為更便宜、更可持續(xù)的選擇。因此，國(guó)家氫能規(guī)劃將其擺在了比藍(lán)氫更為顯著的位置上。

中國(guó)西部省份擁有更豐富、更便宜的可再生能源，但氫氣需求有很大一部分集中在更發(fā)達(dá)的東部省份。不幸的是，由于氫氣質(zhì)輕且易燃，所以長(zhǎng)途運(yùn)輸不僅成本高，而且也很復(fù)雜，從而阻礙了其商業(yè)化。

混合氫氣的好處

中國(guó)的純氫輸送管道建設(shè)仍處于早期階段。目前專項(xiàng)輸氫管道總里程僅有400公里，其中有300公里仍處于在建或測(cè)試階段。相比之下，美國(guó)的總里程達(dá)到了大約2600公里，歐洲則達(dá)到了約2000公里。

將氫氣與天然氣混合并通過天然氣管道輸送主要有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)。中、歐研究機(jī)構(gòu)的研究表明，相比卡車運(yùn)輸?shù)绕渌\(yùn)輸方式，混氫天然氣管道運(yùn)輸是一種更具成本效益的大規(guī)模、長(zhǎng)距離氫能源運(yùn)輸方式?？紤]到中國(guó)綠色氫氣生產(chǎn)中心（西部地區(qū)）和主要經(jīng)濟(jì)中心之間（東部地區(qū)）的地區(qū)錯(cuò)位，這一方式是適合中國(guó)國(guó)情的。其次，可以利用中國(guó)現(xiàn)有的龐大管網(wǎng)。2021年，其天然氣管網(wǎng)總里程超過11.6萬公里，位居世界第三，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到16.3萬公里。因此，混氫天然氣管道運(yùn)輸具有顯著降低綠色氫氣運(yùn)輸成本、促進(jìn)其廣泛使用的潛力。

升級(jí)現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)，以適應(yīng)氫氣的大規(guī)模跨省運(yùn)輸，也可以加強(qiáng)中國(guó)的能源安全。根據(jù)官方媒體的分析，中國(guó)對(duì)外天然氣依存度近年來顯著提高，2022年達(dá)到了約40%。混氫天然氣管道輸送可以緩解中國(guó)的天然氣供應(yīng)緊張，促進(jìn)能源自給自足。

前路多艱

不過，在混合天然氣管道輸運(yùn)氫氣能夠得到更廣泛的利用之前，一些挑戰(zhàn)和不確定性還有待解決。

一大挑戰(zhàn)就是氫氣分子小，能夠穿透固體金屬。這種被稱為“氫脆”的現(xiàn)象會(huì)損壞管道，增加爆炸風(fēng)險(xiǎn)。管道內(nèi)壓力越高（輸送大量氣體時(shí)），混氫比例越高，氫脆的可能性就越大。解決這一問題需要在管道建設(shè)時(shí)使用專門的材料。

中石油在寧夏的這個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目采用的是一條能夠輸送更高混氫比例天然氣的新建管道。在全國(guó)范圍內(nèi)復(fù)制此類項(xiàng)目需要更深入的研究以及考慮管道壓力和施工等方面的因素，并且用合適的材料升級(jí)現(xiàn)有管道也將產(chǎn)生額外的成本。國(guó)外能源專家對(duì)混氫的風(fēng)險(xiǎn)持謹(jǐn)慎態(tài)度。例如，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory，簡(jiǎn)稱NREL）在這個(gè)問題上持保守態(tài)度，稱對(duì)氫脆的了解有限，并主張對(duì)混氫項(xiàng)目進(jìn)行個(gè)案評(píng)估。進(jìn)行全面的調(diào)查和評(píng)估是確?，F(xiàn)有管道基礎(chǔ)設(shè)施輸氫的適應(yīng)性和安全性的關(guān)鍵。

其次，利用天然氣管道進(jìn)行混氫天然氣輸運(yùn)仍然是一項(xiàng)新興技術(shù)，因此缺乏對(duì)此類管道的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定。各國(guó)對(duì)混氫比例的上限也有不同的規(guī)定。根據(jù)國(guó)際能源署2019年的數(shù)據(jù)，出于安全考慮，許多國(guó)家將混氫比例限制在6%以下。值得注意的是，盡管中國(guó)有90多個(gè)與氫氣生產(chǎn)有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但卻沒有一個(gè)對(duì)天然氣的混氫上限做出具體規(guī)定。隨著天然氣摻氫技術(shù)在世界范圍內(nèi)的發(fā)展和逐步采用，迫切需要制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來促進(jìn)和規(guī)范其安全應(yīng)用。

成本可能是限制混氫天然氣市場(chǎng)吸引力的一個(gè)因素。雖然從質(zhì)量角度而言，氫氣是能量密度最高的燃料氣體之一，但由于其密度低，導(dǎo)致其單位體積的能量含量較低。氫氣的熱值是相同體積天然氣的三分之一。因此，當(dāng)與天然氣混合時(shí)，所得混合物每立方米的能量可能低于純天然氣，這是推高（混氫）天然氣價(jià)格的一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)樘烊粴怃N售通常是按體積計(jì)量的。

混氫天然氣下游潛在應(yīng)用的不確定性是影響其成本的另一個(gè)因素?；旌蠚怏w既可以提氫分離后利用，也可以直接利用。在燃料電池汽車等需要高純度氫氣的應(yīng)用場(chǎng)景中，提氫分離至關(guān)重要，但它會(huì)帶來額外的成本，會(huì)影響這些本已昂貴的汽車的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，在許多工業(yè)過程中可以直接使用混氫天然氣。這需要開發(fā)能夠適應(yīng)不同混氫比的富氫燃燒設(shè)備、工業(yè)鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)。

真減排還是“假”減排？

關(guān)于中石油混氫技術(shù)取得的突破，一個(gè)更根本的問題是，它真的能為減排做出貢獻(xiàn)嗎？圍繞混氫天然氣潛在排放效益的爭(zhēng)論遠(yuǎn)未解決?？偛课挥诩又莸姆菭I(yíng)利研究機(jī)構(gòu)電力研究所（Electric Power Research Institute）記錄了一些氫氣混合試點(diǎn)項(xiàng)目的排放效益。例如，在各種測(cè)試中，與燃燒純天然氣相比，燃燒25%混氫比的天然氣只能減少約10%的二氧化碳排放。在紐約一家燃?xì)獍l(fā)電站進(jìn)行的另一項(xiàng)測(cè)試表明，使用混氫比為35%的天然氣時(shí)，碳排放量減少了14%。這并不理想。

氫是新的石油？

國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)（International Renewable Energy Agency，簡(jiǎn)稱IRENA）等組織警告說，不要對(duì)天然氣管網(wǎng)輸送混氫天然氣的減排成效持樂觀態(tài)度。IRENA說，雖然在不進(jìn)行大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施改造的情況下，將高達(dá)20%的氫氣（按體積計(jì)）混入天然氣管網(wǎng)在物理上是可行的，但20%混氫比的天然氣實(shí)際減排僅為7%，并伴隨著能源成本的大幅增加。事實(shí)上，將綠氫整合到天然氣管網(wǎng)中可能導(dǎo)致每噸二氧化碳的減排成本達(dá)到500美元以上。根據(jù)國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)，這一數(shù)字是發(fā)電和水泥等工業(yè)過程碳捕獲成本的五倍。

雖然存在諸多挑戰(zhàn)，但綠氫在中國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的道路上仍然能夠發(fā)揮可觀作用，人們對(duì)新的混氫試點(diǎn)項(xiàng)目的關(guān)注和熱情也愈發(fā)高漲。這些項(xiàng)目的成功與否取決于幾個(gè)需要中國(guó)決策者仔細(xì)考慮的因素。其中包括：對(duì)新型管道材料進(jìn)行廣泛研究；適應(yīng)現(xiàn)有管道特性的混合比例；制定管道安全標(biāo)準(zhǔn)化法規(guī)；評(píng)估市場(chǎng)吸引力；最重要的是，評(píng)估實(shí)際的減排潛力。

只要合理地將政策和激勵(lì)措施相結(jié)合，中國(guó)就有可能復(fù)制其在太陽能和風(fēng)能方面的成功，成為全球綠氫領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，能源研究人員和政策制定者必須繼續(xù)解決氫氣混合方面的挑戰(zhàn)和問題。