氣摻氫，減碳新探索

文／本刊記者 付嘉欣

天然氣摻氫可助力低碳發展，但目前仍存挑戰，還需不懈努力。

●蓬勃發展的氫能與天然氣結合，未來必將大有可為。 供圖/視覺中國

長期以來，摻氫作為天然氣領域降碳的一種有效方式廣受行業青睞。截至今年5月，英國、美國、比利時、德國、西班牙等國紛紛啟動了天然氣摻氫規劃，我國企業摻氫也開始了首次嘗試。

但多家行業研究機構近期表示，目前天然氣摻氫領域仍存在技術、成本、減碳效果有限等多重挑戰，大規模推廣仍待時日。

順勢而生

天然氣摻氫技術是將氫氣以一定體積比例摻入天然氣中，形成摻氫天然氣，通過現有天然氣管道進行輸送，可直接替代天然氣使用的一種能源技術。

“天然氣與氫對于減碳都具有區別于其他化石能源的綠色低碳價值。從理論上講，二者的結合可大大提升天然氣的綠色低碳軟實力。”新能源行業專家姜勇表示。

大量研究結果表明，天然氣摻氫混合氣體的燃燒能夠改善終端設備的燃燒性能，減少氮氧化物污染和二氧化碳排放。因此，天然氣摻氫技術正在成為各國競相發展技術“潮流”。

我國也不例外，國家電投“朝陽可再生能源摻氫示范項目”是國內天然氣摻氫技術的首次嘗試，其燃氣輪機摻氫燃燒示范項目已正式投運，填補了國內天然氣管道摻氫示范項目的空白。

國內嘗試天然氣摻氫技術還在于，目前大規模儲氫存在成本高、氫氣基礎設施不完善等問題，并且氫能運輸需要合適的管道網絡系統，而利用現有天然氣管道進行天然氣摻氫的運輸可節省龐大的基建成本。

“目前我們在西北等地區發展了很多風電光電，為了解決其消納問題，最好的辦法就是電解水生成氫氣，利用現有天然氣管道進行輸送，使其成為可供北部地區以及東部地區使用的有效能源。”北京世創能源高級經濟師徐博表示。

不僅如此，針對天然氣摻氫技術，歐盟氣候專員曾公開表示：“天然氣相關基礎設施的‘雙重用途’越多就越明顯，這將有助于社會過渡到使用綠色氫氣的場景。”英國官方機構也曾測算，根據英國的天然氣消費水平，如果能達到20%的摻氫率，英國預計每年將減少600萬噸二氧化碳在供熱和供電方面的排放。

“天然氣摻氫技術的誕生應用屬于順勢而為，在促進低碳、減少化石燃料消耗的同時，可以最大限度利用現有基礎設施，節省投資。”某天然氣業內專家認為。

困難重重

在氫氣成本過高和風電光電消納等難題的困擾下，天然氣摻氫技術很快被許多國家所青睞。然而，目前天然氣摻氫還有諸多難點，該領域仍存在技術、成本、減碳效果有限等多重挑戰，大規模推廣仍待時日。

“實際上，天然氣摻氫會對現有天然氣管道輸送系統和終端用氣單位產生不同程度的影響。”姜勇表示，“不同的摻氫比會導致燃氣的燃燒速度、熱負荷系數等燃燒指數以及相對密度、傳熱系數、黏度等水力指數都發生改變；由于熱值不同，引起后端用氣設備的運行狀態不穩定，容易增加氫氣的聚集濃度，增加輸送系統的氫腐蝕風險。這些因素都是發展天然氣摻氫亟待完善的方面。”

相關報道顯示，目前英、德等歐洲國家已經開始逐步實施天然氣管網摻氫，用于終端設備的項目，但國內由于燃具和燃氣相關標準的欠缺，燃氣管網摻氫的適應性和安全性有待驗證，終端設備的應用則處于起步階段。不僅如此，在天然氣管道摻氫技術上還面臨關鍵問題認識不足、實踐經驗不足、規范標準缺失等問題。

此外，經濟效益也是目前天然氣摻氫技術應用的一大難題。“我國現有的天然氣摻氫項目全部都是示范研究作用，虧本是常有的事，獲得效益更是困難。”中國石油大學（北京）經濟管理學院副教授金鐳告訴記者。

根據國際可再生能源署測算，混摻20%的氫氣僅能比單純使用天然氣降低約7%的溫室氣體排放，而摻氫后天然氣供能的成本卻遠高于單純使用天然氣。按照目前全球可再生能源制氫的平均成本水平，二氧化碳價格應在每噸500美元以上時才會具備一定的經濟效益。由此可見，天然氣摻氫技術應用還有很大不經濟性。

需完善信息與標準

盡管該項技術的發展仍存有一定挑戰，但我國能源企業也在進行天然氣管網摻氫的嘗試和部署，力圖突破技術瓶頸，促進能源產業體系升級。

“針對現有難題，首先國家應當組織加快機構開展天然氣摻氫標準的推出，其次就是聯合國內實力企業、高校對天然氣摻氫領域問題進行攻關研究。比如混氫站的設計、摻氫天然氣比例影響、摻氫天然氣與輸送管道材料相容性等方面，都需要加深規律研究。國家或者行業可以在這方面進行資金扶持。”姜勇表示。

今年4月底，國際可再生能源署發布的報告顯示，現在全球范圍內各個天然氣管網及每條天然氣管道對氫氣比例的容納程度都不相同，在不實施基礎設施大規模改造的情況下，最終可行的摻氫比例可能會低于預期。

由此，目前各國紛紛開始制定針對性的相關標準，循序漸進地調整摻氫比例，力求通過相容性等研究，找出最合適的摻氫方法。比如近日，西班牙第二大天然氣分銷商諾特天然氣就開啟了該國首個天然氣摻氫試驗項目，計劃逐步提高天然氣基礎設施和設備中的氫氣比例，實現天然氣管道的轉換改造。

“合適的摻氫比例十分重要，為促進該技術的應用，也為了保障管道安全，我們還需做出更多的現場試驗。”徐博解釋說，氫氣摻入天然氣管道后會對管道造成一定的危害，其中氫脆的危害最大。而我國目前天然氣管道所用材質為鋼材，更容易發生氫脆。

“對此，各企業應針對我國的燃氣設備、分輸站等做出詳細評估，并深入了解其對配氣官網損害有多大。掌握更多重要信息，以便更好地開展下一步工作。”徐博表示。

結合我國當前氫能源利用的現狀，大規模推廣還有很長一時間要走。可通過政策扶植天然氣摻氫應用端的企業的發展，利用應用端市場的培育，反過來促進天然氣摻氫領域關鍵問題的解決。“建議今后我國應加強在摻氫、輸送、用戶環節等一些核心問題的研究與標準體系完備，最終促進氫能產業的發展，助力‘雙碳’目標的實現。”姜勇說。