未来资源研究所-美国电力和工业部门中的脱碳氢气：确定并激励降低排放的机会（英文）-2020.12-87页_1mb

总结：美国电力和工业部门中去碳化氢的机遇与激励政策

核心内容

本报告探讨了去碳化氢（即蓝氢和绿氢）在美国电力和工业部门中的应用潜力，以及如何通过政策激励促进其发展。去碳化氢作为低碳或零碳能源载体，具有替代传统化石燃料和工业原料的潜力，特别是在减少排放方面。报告重点分析了去碳化氢的生产方法、排放强度、生产成本以及政策设计，以评估其在当前和未来经济中的可行性。

主要观点

• 去碳化氢的两种主要类型：

  • 蓝氢：通过天然气或煤炭制氢并结合碳捕集与封存（CCUS）技术实现去碳化。
  • 绿氢：通过电解水制氢，依赖于零碳电力（如可再生能源或核能）。

• 蓝氢的当前应用：

  • 蓝氢在当前阶段可用于减少石油精炼和氨制造等工业原料的排放。
  • 在天然气基础上的蓝氢比煤炭为基础的蓝氢排放更低，但若要实现高碳捕集率（如90%以上），ATR（自热重整）可能比SMR（蒸汽甲烷重整）更具成本效益。

• 绿氢的前景：

  • 绿氢具有广泛的长期应用潜力，如长时储能、工业高温加热和作为化工原料。
  • 但其当前生产与储存成本较高，需大幅下降才能具备竞争力。

• 政策激励的优先选择：

  • 税收抵免（Tax Credit）是支持去碳化氢的首选政策工具，因其可避免提高行业价格，同时能够有效反映气候效益。
  • 税收抵免的设计需考虑多种因素，如抵免类型（生产型或投资型）、分配对象（生产者或使用者）、持续时间、资格规则、监测与执行机制，以及与45Q碳捕集税收抵免的协调。

关键信息

2.1 氢气生产方法

• 灰氢：主要通过天然气蒸汽重整（SMR）和煤炭气化生产，无CCUS时排放较高。
• 蓝氢：通过SMR或煤炭气化结合CCUS技术，可实现显著减排。其中，天然气蓝氢的碳排放强度低于煤炭蓝氢。
• 绿氢：通过电解水制氢，依赖零碳电力。目前技术成熟度较高的是碱性电解，其次是PEM（质子交换膜）电解，而SOEC（固体氧化物电解）仍处于研究阶段。
• 其他方法：包括生物质制氢、甲烷裂解等，但尚未广泛应用。

2.2 氢气生产排放

• 当前全球约95%的氢气生产来自天然气和煤炭，且无CCUS时排放很高。
• 灰氢的排放强度约为19 kgCO₂/kgH₂，蓝氢的排放强度则取决于捕集率，例如天然气蓝氢在50-60%捕集率下约为9-10 kgCO₂/kgH₂，而煤炭蓝氢在90%捕集率下约为18 kgCO₂/kgH₂。
• 绿氢的排放接近于零，但需依赖低碳电力。
• 甲烷泄漏是天然气制氢的重要排放来源，对蓝氢的碳足迹有显著影响，但目前政策难以通过税收抵免直接激励减少甲烷排放。

2.3 氢气生产成本

• 灰氢成本较低，约为**$1.00/kgH₂**，但排放高。
• 蓝氢成本较高，但相比绿氢更具竞争力。在**$50/tCO₂**的碳价格下，蓝氢的生产成本可与灰氢相当。
• 绿氢成本目前显著高于蓝氢，需通过降低电解设备成本、提高利用率和电力成本下降才能与蓝氢竞争。
• 中国的天然气价格较高，因此煤炭气化是主要生产方法，成本约为**$1.05/kgH₂**，若实现90%的碳捕集，成本将增加约50%。

2.4 氢气运输与储存成本

• 氢气的运输和储存成本是其竞争力的重要考量因素。
• 目前运输和储存成本较高，但随着基础设施的发展和技术进步，成本有望下降。

2.5 去碳化氢的未来竞争力

• 去碳化氢在电力和工业领域中，若能实现成本有效控制，将具有广泛的应用前景。
• 在电力领域，去碳化氢可用于调峰发电。
• 在工业领域，可用于高温加热和作为化工原料。

政策建议

• 税收抵免是推动去碳化氢发展的有效政策工具，因其能够激励减排而不会提高行业价格。

• 税收抵免的设计需考虑多个方面，包括：

  • 抵免类型（生产型或投资型）；
  • 抵免分配对象（生产者或使用者）；
  • 抵免的持续时间与资格规则；
  • 监测与执行机制；
  • 与现有45Q碳捕集税收抵免的协调。

• 蓝氢与绿氢的协同作用：

  • 蓝氢在短期内具有实际应用价值，而绿氢在长期具有更大潜力。
  • 若碳价格足够高，蓝氢的竞争力将显著提升，甚至可与绿氢相媲美。

结论

• 去碳化氢在电力和工业部门中具有重要减排潜力，但其发展依赖于成本控制和政策激励。
• 税收抵免是当前最可行的激励方式，需合理设计以确保其有效性和公平性。
• 未来随着技术进步和成本下降，绿氢有望成为主导的去碳化氢形式，而蓝氢则可在短期内发挥重要作用。