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研究报告

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氢气的碳排放因子

一、氢气碳排放因子概述

1.氢气碳排放因子的定义

氢气碳排放因子，简称为H2-CH4，是指氢气生产过程中，每生产1千克氢气所排放的甲烷当量二氧化碳量。这一概念在当前全球气候变化和能源转型的大背景下显得尤为重要。根据国际能源署（IEA）的数据，2019年全球氢气生产过程中的碳排放因子平均约为26.4千克/千克氢，但这一数值因制氢方法、地区能源结构以及原料来源等因素而有所不同。例如，采用天然气为原料的蒸汽重整法生产氢气，其碳排放因子通常在20千克/千克氢左右；而使用可再生能源电解水制氢，碳排放因子可降至5千克/千克氢以下。

以我国为例，根据中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业发展报告》，我国氢气生产主要依赖于化石燃料，其中天然气蒸汽重整法占比最高。2019年，我国氢气生产碳排放因子约为23千克/千克氢，略低于全球平均水平。然而，随着我国能源结构的调整和氢能产业的快速发展，可再生能源制氢的比例正在逐渐提高，预计到2030年，可再生能源制氢比例将达到10%以上，届时氢气生产碳排放因子有望降低至15千克/千克氢以下。

值得注意的是，氢气碳排放因子不仅取决于制氢方法，还受到原料来源的影响。例如，使用低硫天然气或煤层气等低碳原料制氢，可以显著降低碳排放因子。以我国某大型化工企业为例，该企业采用低硫天然气为原料，其氢气生产碳排放因子仅为18千克/千克氢，比普通天然气蒸汽重整法低约20%。此外，随着氢能技术的不断进步，如采用更高效的催化剂和电解技术，也有望进一步降低氢气生产过程中的碳排放因子。

2.碳排放因子的计算方法

(1)碳排放因子的计算方法主要基于生命周期评估（LifeCycleAssessment，LCA）的原则，它涉及对整个产品或服务在其整个生命周期内的资源使用和环境影响进行量化。在计算氢气的碳排放因子时，需要考虑从原料采集、制氢过程、氢气的储存和运输，直至最终使用或排放的全过程。例如，对于化石燃料制氢，碳排放因子可以通过以下公式计算：\[\text{碳排放因子}=\frac{\text{氢气生产过程中的二氧化碳排放量}}{\text{氢气产量}}\]。以天然气蒸汽重整法为例，若每生产1千克氢气产生0.2吨二氧化碳，则其碳排放因子为200千克/千克氢。

(2)在具体操作中，碳排放因子的计算涉及对各种能源和物质的详细数据收集。例如，制氢过程中使用的天然气，其碳含量通常以碳当量（CarbonEquivalence，CE）来表示，这可以通过化学分析方法得出。然后，利用以下关系来估算二氧化碳的排放量：\[\text{二氧化碳排放量}=\text{天然气使用量}\times\text{碳当量}\]。以某电解水制氢工厂为例，如果该工厂每年使用100万立方米天然气，且天然气的碳当量为56，那么该工厂的二氧化碳排放量约为5.6万吨。

(3)碳排放因子的计算还需要考虑间接排放，这些间接排放可能来自于电网的能源消耗。例如，对于电解水制氢，需要计算电解过程中使用的电能的碳排放因子。这通常涉及对电力来源的碳排放因子进行估算，并将其乘以电解过程中消耗的电量。假设某电解水制氢工厂每年消耗1000万千瓦时电能，而当地的电力碳排放因子为0.5千克/千瓦时，则该工厂的间接碳排放量为500吨。将这些直接和间接排放量加总，即可得到该工厂的氢气碳排放因子。

3.氢气碳排放因子的分类

(1)氢气碳排放因子根据氢气的生产方法可分为两大类：化石燃料制氢和可再生能源制氢。化石燃料制氢包括天然气蒸汽重整、煤炭气化等，其碳排放因子较高，通常在20至30千克/千克氢之间。例如，天然气蒸汽重整制氢的碳排放因子约为26千克/千克氢。而可再生能源制氢，如电解水制氢，其碳排放因子则相对较低，主要取决于所用可再生能源的碳排放因子，通常在5至10千克/千克氢之间。

(2)在化石燃料制氢中，不同原料的氢气碳排放因子也有所不同。以天然气为例，其碳排放因子与天然气的碳含量和氢含量有关。例如，富含甲烷的天然气，其碳含量较低，因此制氢过程中的碳排放因子相对较低。而煤炭气化制氢的碳排放因子则较高，通常在30至40千克/千克氢之间。此外，煤炭气化制氢过程中产生的副产品，如焦炭和一氧化碳，也会对碳排放因子产生影响。

(3)除了根据生产方法分类，氢气碳排放因子还可以根据生产过程中使用的能源和资源进行细分。例如，根据能源类型，可分为使用电力、热能或机械能等不同能源制氢的碳排放因子；根据资源类型，可分为使用水、空气、土地等不同资源的碳排放因子。这种分类有助于更全面地了解氢气生产过程中的环境影响，并为制定相应的减排策略提供依据。例如，风能和太阳能等可再生能源制氢的碳排放因子相对较低，但需要考虑制氢设备的生产和安