截至2023年年底,我国氢气产能超4900万吨/年,产量超3500万吨,同比均增长约2.3%。氢气主要应用于以下行业:
1. 化工行业:
- 合成氨生产:氢气是合成氨的重要原料,氨是生产化肥、炸药、塑料等产品的基础化工原料。在合成氨过程中,氢气与氮气在高温、高压和催化剂的作用下反应生成氨。
- 甲醇合成:甲醇是一种重要的有机化工原料,可用于生产甲醛、醋酸、甲基叔丁基醚(MTBE)等多种化工产品。氢气与一氧化碳或二氧化碳在一定条件下反应可以合成甲醇。
- 炼化过程:在炼油过程中,氢气用于加氢裂化、加氢精制等工艺,以提高油品的质量和性能。例如,通过加氢处理可以去除油品中的硫、氮等杂质,改善油品的燃烧性能和环保性能;在加氢裂化过程中,氢气可以将重质油转化为轻质油,提高汽油、柴油等产品的收率。
2. 能源行业:
- 氢燃料电池汽车:随着新能源汽车的发展,氢燃料电池汽车逐渐受到关注。氢气作为氢燃料电池的燃料,通过与氧气的电化学反应产生电能,驱动汽车行驶。与传统的燃油汽车相比,氢燃料电池汽车具有零排放、高效率、长续航里程等优点。
- 氢储能和发电:氢气可以作为一种储能介质,将多余的电能转化为氢能储存起来,在需要时再通过燃料电池或燃烧等方式将氢能转化为电能。这种储能方式可以解决可再生能源(如风能、太阳能)发电的不稳定性和间歇性问题,提高能源的利用效率。
3. 钢铁行业:
在钢铁生产过程中,氢气可以替代传统的焦炭作为还原剂,用于铁矿石的还原反应。与焦炭相比,氢气还原铁矿石的过程中不会产生二氧化碳等温室气体,有助于减少钢铁行业的碳排放,实现绿色低碳生产。不过,目前氢气在钢铁行业的应用仍处于示范和探索阶段。
4. 电子工业:
在电子工业中,高纯度的氢气用于半导体制造过程中的清洗、蚀刻、掺杂等工艺。例如,在半导体芯片的制造过程中,氢气可以用于去除硅片表面的杂质和氧化物,保证芯片的质量和性能。
这些行业使用氢气的大致比率情况如下(数据会因统计时间和来源有一定差异):
1. 化工行业:
- 合成氨生产:氢气用于合成氨的比例较高,全球范围内约60%的氢气用于合成氨,在中国这一比例可能更高,能达到70%左右。
- 甲醇合成:在化工行业中,用于合成甲醇的氢气占比约为15%-20%。
- 石油炼化:在石油炼化过程中,氢气用于加氢裂化、加氢精制等工艺,其氢气使用量占化工行业氢气总用量的20%-25%左右。
2. 能源行业:
- 氢燃料电池汽车:目前处于发展阶段,占比较小,氢气消耗量占总氢气产量的比例不到1%。但未来随着氢燃料电池汽车产业的发展,这一比例有望逐步提升。
- 氢储能和发电:尚处于探索和发展阶段,整体占比非常小,在氢气使用量中的占比可能在1%以下。
3. 钢铁行业:目前氢冶金处于初期阶段,氢气在钢铁行业的使用量占比较小,但未来发展潜力较大。现阶段部分钢铁企业的氢基竖炉项目中,氢气比例一开始在20%-30%左右,后续有逐步提高的趋势。
4. 电子工业:在电子工业中,氢气主要用于半导体制造等特定工艺环节,由于电子工业整体对氢气的需求量相对较小,在氢气总使用量中的占比通常在1%以下。
总结下来,合成氨生产、甲醇合成、石油炼化、钢铁行业、电子行业共占用氢用量的99%氢气的能源用途只占1%不到。因此,作者建议十五•五应该接续《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,但是方向应转变为:大力支持和鼓励绿氢在工业领域减污降碳场景中的应用,例如:绿色化工、绿色钢铁、绿色电子、绿色炼化甚至绿色冶金等等。尤其要鼓励和支持低成本绿氢(和绿碳)产业的发展,只有经济性好的绿氢经济才能成为双碳达标的有力抓手。