蓝色氢气可以是低碳的，这是一项技术经济环境分析的结果

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《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》：Blue hydrogen can be low-carbon, a techno-economic-environmental analysis

【字体：大中小】 时间：2025年10月11日 来源：ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT 10.9

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　　蓝氢碳足迹研究：通过生命周期评估与经济分析，验证了蓝氢生产可通过优化碳捕获技术（如低温度部分冷凝和脱凝）将碳足迹降至2.5-3.12 kg CO2 eq./kg H2，符合欧盟3-3.38 kg标准。关键因素包括天然气供应链低泄漏率（如挪威）、可再生能源供电（光伏）、最大化碳捕获率（>95%）及工艺改进。经济分析显示LCOH为2.4-4 €/kg，其中天然气成本占比55-78%。对比绿氢（0.8-2.25 kg），蓝氢在短期能源转型中更具竞争力，但需政策推动天然气供应链低碳化（如认证制度）。研究提出需结合部分电气化工艺、可再生能源及高碳捕获率（>90%）才能达标。

　　蓝色氢气的生产与碳捕集和封存（CCS）技术结合，被视为未来低碳氢气供应的重要手段之一。预计到2030年，这种技术将为全球低碳氢气供应贡献高达30%。然而，目前报告中的结果存在较大的差异，导致对其未来角色存在不确定性。为了解决这一问题，本研究从生命周期的角度出发，对蓝色氢气的低碳性进行了技术、经济和环境综合评估。重点在于蓝色氢气是否能够满足碳足迹阈值（3和3.4千克CO?当量/千克H?），从而被认定为低碳氢气。

研究中模拟了多种配置，包括化学吸收和低温CO?分离技术，这些技术与自热重整（ATR）结合。结果显示，低温分离技术在能量性能上可以达到与传统捕集方法相当甚至更优的效果，冷气效率和整体效率分别可以达到80%和78%。经济分析估算出，在2024年欧盟平均非家庭消费者天然气和电力价格下，蓝色氢气的平准化成本（LCOH）为3.5至4欧元/千克；而在意大利的批发价格下，该成本则降至2.4至2.8欧元/千克。从环境角度来看，生命周期评估（LCA）显示，假设使用光伏电力作为辅助能源，并排除更碳密集型的天然气供应链，蓝色氢气的平均碳足迹为2.5千克CO?当量/千克H?。

研究强调，CO?分离单元的局部电气化、使用可再生能源以及最大化捕集率是确保蓝色氢气符合低碳标准的关键因素。此外，采用超低排放的天然气供应链可以将蓝色氢气的碳足迹降低至与绿色氢气相当的水平，这表明引入天然气来源认证机制可以确保蓝色氢气具有最低的排放。

蓝色氢气作为传统化石燃料氢气的一种低碳替代品，其在工业领域中的应用正在逐步扩大。目前，全球约80%的氢气生产来自化石燃料，但这些生产过程通常缺乏碳捕集技术，导致较高的碳排放。随着全球对低碳能源需求的增长，蓝色氢气因其较低的碳足迹和可实现的减排潜力，正逐渐成为工业和交通领域的关注焦点。同时，绿色氢气，即通过电解水生产，也被视为未来低碳氢气的重要来源。然而，绿色氢气的生产成本相对较高，且需要大量的可再生能源支持。

在技术层面，蓝色氢气的生产主要依赖于天然气重整，尤其是自热重整（ATR）技术。ATR是一种能够将天然气与氧气和水蒸气结合，实现高效氢气生产的工艺。相比传统的蒸汽甲烷重整（SMR）技术，ATR具有更高的效率，因为其内部提供热量，减少了对外部炉的依赖。此外，ATR在CO?捕集过程中具有优势，因为其产生的气体中氮气含量较低，从而降低了CO?分离的难度。

在经济层面，研究采用了两种不同的价格情景来评估蓝色氢气的生产成本。在第一种情景中，基于2024年欧盟非家庭消费者的平均天然气和电力价格，蓝色氢气的平准化成本较高。而在第二种情景中，采用意大利的批发价格，该成本显著下降。这些差异表明，不同国家和地区的能源价格和政策对蓝色氢气的经济可行性具有重要影响。

在环境层面，生命周期评估（LCA）结果显示，蓝色氢气的碳足迹主要来源于天然气供应链中的嵌入式排放，包括提取、加工过程中的能源消耗以及甲烷泄漏。因此，优化天然气供应链、减少甲烷泄漏以及采用低排放能源是降低蓝色氢气碳足迹的关键。研究还指出，如果天然气供应链能够实现超低排放，如挪威的天然气，其碳足迹甚至可以与绿色氢气相当，这表明天然气来源认证机制对于确保蓝色氢气的低碳性具有重要意义。

研究进一步探讨了不同CO?分离技术对蓝色氢气碳足迹和能量效率的影响。例如，化学吸收技术（如MDEA）和低温分离技术（如部分冷凝和升华）在不同的操作条件下表现出不同的性能。部分冷凝技术在某些配置下显示出与传统捕集方法相当甚至更优的效率，而升华技术则需要更低的温度，因此在能源需求方面更具挑战性。然而，升华技术在某些情况下可以实现更高的碳捕集率，从而进一步降低碳足迹。

此外，研究还比较了不同天然气来源对蓝色氢气碳足迹的影响。挪威的天然气由于其较低的甲烷泄漏率和较低的碳足迹，被证明是生产蓝色氢气的首选来源。而美国的LNG由于其较高的碳足迹，可能无法满足欧盟对低碳氢气的定义。因此，选择低碳的天然气供应链对于蓝色氢气的环境表现至关重要。

在技术发展方面，研究指出，部分冷凝和升华技术是未来蓝色氢气生产中值得考虑的替代方案。这些技术在某些情况下可以提供更高的效率和更低的碳足迹，尤其是在可再生能源价格较低的地区。然而，这些技术的广泛应用仍需进一步的技术优化和成本控制。

总的来说，蓝色氢气作为一种低碳氢气的过渡方案，其潜力取决于多种因素，包括天然气供应链的碳排放水平、CO?捕集技术的效率、可再生能源的使用以及经济成本的控制。通过优化这些因素，蓝色氢气有望在未来能源转型中发挥重要作用，为实现全球碳中和目标提供支持。同时，绿色氢气虽然具有更高的环境效益，但其高昂的成本和对可再生能源的依赖使其在短期内难以大规模推广。因此，蓝色氢气在短期内可能成为低碳氢气的重要来源，为绿色氢气的普及提供桥梁。

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