氢能源替代石油能源产业的可能性

摘要：随社会经济发展速度不断加快，各领域生产经营建设期间的石油能源需求量日渐增长，与当下节约型、环保型地区建设目标不符。氢能源是现阶段代替石油等石化能源、保护自然环境、缓解能源紧张问题的重要能源，在国家支持及关键技术突破下，氢能源代替石油能源产业的可能性将进一步增强。

1 氢能源特征

相较于石化能源而言，氢能源具有显著的清洁性与可循环利用优势，与现阶段社会可持续发展目标相符。具体而氢能源特征主要体现在以下方面：

（1）燃烧价值高。每千克汽油的燃烧值为4，600万焦耳、煤的燃烧值为3349万焦耳，氢能源的燃烧值为1亿4000万焦耳，是汽油或煤的3~4倍。同时，氢能源的燃烧热效率可达100%，通过将其作为飞机或汽车动力原料，使发动机运行效率及速度能够得到显著提升。

（2）清洁性强。氢能源在燃烧时产生的物质为水、少量氮氧化氢，实际清洁性更强，不会对周边空气和环境造成严重污染。同时，燃烧生成的水还可以继续制氢，反复循环使用，制氢过程中的各能源利用率得到最大化增强；

（3）储量大。水是地球现有储量最大物质，水中含有11%的氢，因此氢能源也是地球上储量最大的元素之一。经过粗略统计计算，如果将海水中的氢气全部提取出来，其产生出的总热量将是所有地球石化燃料放出热量的9000倍。因此氢能源可基本实现“取之不竭、用之不尽”目标。

2 氢能源行业发展现状

氢元素广泛存在于水体中，将氢气作为燃料，实际热量高、密度大，具备可储存、零污染、零排放等优势，是现阶段代替石油等石化燃料的理想清洁能源。现阶段能源体系逐步趋向于生态性、绿色性、环保性转型，旨在通过利用合理能源、开发先进能源利用设施，实现减碳增氢目标。经过实际统计计算，当前煤炭及木材燃烧期间的碳氢比为1:1、石油碳氢比为1∶2、天然气碳氢比为1∶4。在碳氢比逐步增大的背景下，氢能源将成为能源行业发展主角，在控制地球温室效应、解决石油危机中占据决定性地位。

2.1世界氢能源发展现状

相较于石油等石化能源而言，氢能源制取、存储等技术体系依然处于有待完善阶段，实际使用成本较高，与大规模推广及应用目标不符。但因氢能源本身具备巨大发展前景，各发达国家均对能源的开发及应用给予了高度重视。

以日本为例。日本占地面积较小、人口密度大、能源极为短缺，因此对氢能源的推广力度也最大。早在21世纪初期，日本就开展了氢能源燃料电池实用化研究工作，通过扶持氢能源商业化系统开发、加氢站建设、氢燃料电池购买成本，使氢能源应用面积逐步扩大。

世界范围下的氢能源发展速度极快，全球燃料装机电池总量每年递增30%，氢能源电池乘用车占全球燃料电池乘用车总量的90%。由此可见，未来氢能源将成为各国家推动生态建设、加快经济发展进程的重要能源，其发展前景不可预估。

2.2国内氢能源产业发展现状

随我国经济发展速度日渐加快，各高新技术进一步成熟，能源行业也紧跟发达国家，大力开发氢能源、扶持氢能源产业。在国家层面上的氢能源战略部署更加明晰，结合各领域能源生产及应用需求，颁布了氢能源产业基础设施发展规划，绘制出国内氢能源产业发展路径。预计在2030年，国内建成加氢站将为1000座、氢燃料电池车达1000万辆。财务部门在关于氢能源推广应用中，也颁布了更为系统的财政补贴政策，大力支持各地区加氢基础设施建设工作，并给予充足的建设资金。

各领域企业也纷纷认识到氢能源开发及利用的广阔前景，积极参与到氢能源投资建设中。企业、高校及研究院成立了氢能及燃料电池产业联盟，在汽车制造等领域也加大了氢能源开发利用投入，使氢能源燃料电池汽车逐步实现产业化目标。石油行业借助增加加氢站数量，扩大加氢站建设规模等方式，使氢能源利用率得到根本上提升。现阶段氢能源终端将逐步带动各产业链发展，成为超过万亿规模的产业巨头。

推动社会可持续发展进程，全国范围内多个省市发布了氢能源产业发展规划，加大加氢能源建设扶持力度，建成更加成熟的氢能源产业基地。

3内蒙古石油能源产业被氢能源代替的可能性研究

3.1石油能源产业是氢能源产业发展的基地

在氢能源生产期间，需要经历制氢、储运及利用等环节。制氢水平可直接影响到氢能源实际应用效果。现行制氢方法种类较多，如煤化气制氢、化工副产品制氢、电解水制氢等。在制定制氢技术方案时，需要重点考量不同制氢方式的技术可行性与经济实用性，将制氢期间污染物排放量控制在最低范围之内。

煤炭、天然气等制氢方式虽运行多年、体系成熟，但在实际制氢过程中会排放大量二氧化碳，严重影响到氢能源产业的生态效益，使氢能源的清洁性优势无法被充分发挥出来。借助电解水制氢虽然在全程不会产生对环境有污染的物质，但其制作期间的成本过高，难以实现全面推广及应用。光解水制氢的操作流程最为简单，通过太阳光照射水内二氧化碳产生氢气，制造成本得到根本上控制。但由于此种方式的制氢效率不足10%，无法满足工业生产期间大规模用氢需求。

现阶段工业化制氢主要采用化工生产副产品制氢手段，如借助煤化工、电解盐质检、石油炼化等方式生产出氢气，具备生态效益好、技术成熟等特征，每年可生产约2000多万吨氢气燃料。内蒙古地区是能源及现代化能源体系建设的重要基地，具备丰富的制氢产业资源。内蒙古西部乌海及周边地区建立起的煤焦化产业体系可产能2900万吨，每百万吨的焦化副产品还可产出约4亿立方米焦炉煤气，焦炉煤气内氢气含量达55%，氢能产量巨大。

电石也是氯碱化工重要生产环节，每年电石产能可为900万吨。每一万吨电石生产期间的电石炉尾气约400m3。电石尾气内含有5%氢气量，折算氢气总含量为1.8万立方米。

由于缺乏焦炉煤气与电石炉尾气综合利用体系，大部分气体作为燃料直接消耗，仅有小部分气体用于天然气、甲醇制作过程中。由于焦炉煤气、电石炉尾气氢含量较高，因此将其与氢能源产业结合在一起，可为制氢环节提供必要原料，在全域推广氢能源中具有显著的基础优势。

3.2氢能源与风光氢能源产业互补

因内蒙古土地面积广阔、太阳能及风能更为丰富。以2018年为例，内蒙古地区风电装机为2868万千瓦，占全国总风机装机及发电总量15.6%~17.3%。太阳能发电装机总量为945千瓦，占全国总太阳能装机及发电总量的4.8%~5.4%。

但就目前来看，受经济发展及技术条件制约，内蒙古地区风光氢能源生产并推广期间依然面临着外送通道不完善、就地消耗能力薄弱等瓶颈问题，太阳能及光能实际利用率不足。因此借助氢能源产业提高太阳能及风能发电就地消耗能力，成为现阶段内蒙古地区能源体系发展重要方式。

氢能源产业与太阳能、风能存在密切关联。具体而言，氢能源具备巨大的储能容量及更长的放电时间，通过大力发展氢能源能够最大限度弥补太阳能、风能等不稳定性。氢气与电力可相互转化，将太阳能及风能转化成电力，并借助电解水方式制氢。氢气也可借助化学提供电能，成为重要的能源载体。借助氢气能源还可增强电网的协调性及可靠性，在此期间不会产生二氧化碳气体，实际清洁性能够得到根本上保障。因此通过在内蒙古地区大力开展氢能源产业，能够有效弥补太阳能及风能产业短板，为代替石油等化石能源给予了必备条件。

3.3氢能源发展前景广阔

交通领域是消耗石油能源的重要一环，同时也是氢能源发展的领头者。相较于传统燃料电池车而言，氢燃料电池车具备无污染、无传动部件等优势，实际运行期间效率高、经济效益显著。当前氢燃料电池乘用车处于示范阶段，多数被应用在公交车、环卫车、物流车中。内蒙古地区是矿石资源及采矿区域的聚集地，矿产开发及运输车辆也可成为氢能源推广及应用的重要方向。通过大力支持内蒙古地区加氢站等基础设施建设，使氢能源产业代替石油能源产业更为可行。不仅如此，氢能源也可被应用在工业能源、化工原料等环节，与内蒙古区域储能产业及加氢类产业生成互促机制，使区域内资源产业体系及链条更为完善。

4 氢能源代替石油能源产业路径探索

现阶段国内氢能源尚且处于有待开发及利用阶段，氢燃料电池及氢能源利用效率相较于发达国家而言依然存在一定差距，虽然氢能源代替石油能源产业的可行性较强，但在实施期间依然任重而道远，在发展期间存在较多问题。对于石油行业而言，氢能源产业虽当下不确定性较大，但也是获取经济效益、实现产业能源结构转型的重要时机，因此需要逐步探索出氢能源代替石油能源产业的根本路径。

4.1重点关注氢能源产业规划引导

内蒙古区域氢能源产业发展速度较快，各企业之间竞争压力逐步增大。为有序发展氢能源产业，应当严格遵循当下石油等化石燃料市场发展规律，重点关注氢能源产业规划引导工作。充分结合区域内建成的现代能源经济发展规划，加强石油能源生产及开发利用管控力度。积极引进国内外先进氢能源技术及设施，分析不同区域性能源竞争态势，结合内蒙古地区独有氢能源开发及利用优势，指引方向清晰的氢能源产业路径、氢能源产业发展目标，为企业投资指引明确方向。进一步优化氢能源应用期间的扶持政策，增加加氢站等基础设施建设数量，切实增强地区氢能源产业分工竞争能力。

4.2积极引进氢能源项目

为使氢能源产业最大限度代替石油能源，还需要着重引进多元化氢能源项目，找寻氢能源产业经济爆发点。在氢能源产业顶层设计工作开展期间，推动试点先行、串点成链方式，逐步开拓内蒙古氢能源产业市场。着重突破优势地区氢能源发展瓶颈，试点先行各类先进的氢能源开发及利用技术，增强氢能源产业技术成熟度，以便获得更高经济效益。设置科学合理的氢能源产业链条，优先考虑较为成熟的焦炉煤气制氢技术及氢燃料电池推广项目，使氢能源产业不仅能在拓宽石油产业市场中发挥出重要作用，还可以进一步延伸至交通及工业生产领域。

4.3优化氢能源产业基础配套设施

为从根本上提升氢能源产业应用水平，还需要在现有基础上优化氢能源产业基础配套设施，增强氢能源产业在代替石油产业中的技术可行性与经济实用性。加大氢能源产业基础设施配套建设扶持力度，增强各产业氢能源开发及利用参与积极性。着重关注地区加氢站等建设工作，尽快组织加氢站完整覆盖网络。加大氢能源汽车、矿车、公共汽车推广力度，确保氢能源产业能够形成更大市场规模。建立起氢能源公共创新平台，成立氢能源技术专项研发资金。与全国乃至世界范围内氢能源研发机构密切合作，构建起更加完整的氢能源产业链条。为使石油行业能够深入贯彻落实碳达峰、碳中和重大部署，还需要将氢能源作为清洁代替、战略交替的重要内容。建设并运营加氢站，为更多新能源汽车提供加氢服务，逐步探索油、气、氢混建站工作，推动中国石油新能源战略转型。

5结语

总而言之，虽然现阶段氢能源代替石油能源产业已经成为必然趋势，但在此过程中依然需要做好关键及难点技术攻关工作。加大氢能源开发及利用扶持力度，进一步控制氢能源使用成本，推动氢能源产业化发展进程。积极引进发达国家氢能源配套生产设施，增强能源产业生态效益，确保氢能源能够在缓解经济发展与资源矛盾，推动社会可持续发展进程中发挥出重要作用。