■ 中国工业报记者 余 娜
   12月10日，由国际可再生能源署（IRENA）和未澜咨询 （Bluerisk）共同撰写的 《全球制氢用水报告》（以下简称 《报告》）在 《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会 （COP28）期间正式发布。这是全球首份系统性分析制氢用水问题的报告，从 “水资源”角度为已经步上发展快车道的氢能产业提供了相关建议。
   “目前，黄河流域里有不少地区表达了要从 ‘煤都’向 ‘氢都’转型的意愿，要大力发展煤制氢。但是，通过煤气化来制氢需要消耗大量的水，这与中国最新颁布 《黄河保护法》有偏差。”未澜咨询合伙人罗天一接受中国工业报记者采访时表示，“建议，如果想要在水资源紧缺的黄河流域高质量发展制氢这一行业，需要考虑用绿氢替代煤制氢，如此一来，同样的水耗可以支持氢能产量翻番。”
绿氢水耗最低、用水效率最高
   近年来，清洁氢能迅速崛起，对于钢铁、化工、交通等典型的 “难减排领域”意义重大。与此同时，制氢用水问题频频在国际上引发关注。
   《报告》分析，目前，所有的制氢方式都需要用到水，主要集中在制氢和冷却两大过程。
   其中，绿氢主要通过光电、风电等可再生能源电解水制氢；灰氢主要以天然气为原料制氢，需要水蒸气与甲烷一起重整（SMR）；蓝氢是在灰氢的基础上加了碳捕集封存和利用技术 （CCUS），以减少二氧化碳排入大气，但CCUS技术运用阶段对水的需求也非常大，主要在包括冷却、吸附、提纯等环节；棕氢则以煤炭为原料，通过气化制氢。
   在冷却环节，目前内陆地区制氢项目使用的都是蒸发冷却的技术，部分沿河地区项目使用海水冷却。
   《报告》认为，绿氢是所有清洁氢能技术中用水效率最高的。就平均水平来看，质子交换膜 （PEM）电解水的水耗强度最低，大约为生产每千克氢气消耗17.5升水。碱性电解紧随其后，水耗强度约为每千克22.3升。相比之下，基于蒸汽甲烷重整的蓝氢（SMR-CCUS）技术的水耗约为32.2L/kg，而基于自热重整的蓝氢 （ATR-CCUS）约为24.2L/kg。
   煤气化是目前可用制氢技术中耗水量最大的，其平均取水强度约为50L/kg，耗水强度为31L/kg，大约是PEM的两倍。如果配备CCUS，其用水强度将增加约60%，升至每千克80.2升和49.4升。例如，一个年产23.7万吨氢气并配备CCUS的煤制氢工厂，每年的取水量大约为1900万立方米，足以支撑伦敦市半年的居民用水需求或者一个1吉瓦火电厂一年多的用水需求。
   “目前一些试图解决温室气体排放问题的制氢方式，实际上会增加当地水压力风险，这也再次强化了一个事实——绿氢是帮助实现全球1.5°C温升目标的最佳选择。”IRENA知识、政策和金融中心代理主任UteColier分析。
   《报告》通过模拟发现，随着绿氢制造技术的进步，每提高1%的电解效率，绿氢的水耗就可以降低约2%。
   另据数据显示，目前，每年全球制氢抽取的淡水规模为22亿立方米，占能源部门总取水量的0.6%。其中灰氢生产占全球制氢取水量的约59%，棕氢占40%。到2040年，全球制氢的淡水取水量或将增至73亿立方米，增长逾230%，并将于2050年达到121亿立方米，增幅近六倍。制氢行业在能源部门总淡水取水中所占比例可能从今天的0.6%上升到2040年的2.4%。
黄河流域煤制氢替代迫在眉睫
   从全球层面上看，制氢行业尚不算用水“大户”，但若聚焦到具体的制氢点所在地，“水能”冲突就显得十分严峻。
   《报告》发现，目前全球绿氢和蓝氢（正在运营和已在规划中）产能中逾35%位于高水压力的地区。例如印度，到2040年或有99%的氢产能位于极端水压力的地区，中国、欧盟、美国和其他G20国家也都面临着不同程度的水压力，这将给制氢项目在未来可持续生产埋下隐患。
   基于世界资源研究所 （WRI）全球水道风险地图，《报告》评估了全球绿氢和蓝氢项目所在地的水压力状况，选取了中国黄河流域进行了着重分析。
   在黄河流域，占全国小于4%的水资源承担了大于80%的煤制氢产能。黄河流域持续发展高耗水的煤制氢，增加了当地的用水负担。为了减少碳排放，给煤制氢工厂加上CCUS，或将进一步显著增加用水需求。《报告》显示，中国约63%的氢能为碳排放和水耗量双高的棕氢。作为集聚了中国逾八成煤化工厂的地区，黄河流域是当下中国最重要的制氢产区之一，流域内70%的煤化工厂位于水资源紧张或极度紧张的区域。黄河流域水资源禀赋较差，大部分区域地处干旱、半干旱地区，水资源总量不及全国的4%，却承担了全国12%的人口、17%的耕地、50多个大中型城市的供水任务，加上密集的高耗水产业，当地人均水资源量仅为全国平均水平的27%，水资源供需矛盾突出。
   《报告》研究发现，发展氢能并不会必然加剧黄河流域水风险。若用SMR+CCUS、碱性电解或两者的混合来替代煤制氢生产，到2030年，黄河流域可以在减少用水量的同时，提高制氢量。
   具体来看：从棕氢转为蓝氢，制氢量上升11%，总提取水量减少18%，水消耗量增加15%；从棕氢转为绿氢，制氢量增长11%，提取水量减少28%，消耗水量减少20%。
   “根据中国的 ‘双碳’目标，如果在发展煤制氢的同时又要减碳，那唯一的解决方案就只能是使用CCUS。而我们的研究显示，CCUS的应用往往会增加50%-100%的耗水。这很有可能让黄河流域本就紧缺的水资源进一步加速被消耗。因此建议，如果想要高质量的发展制氢这一未来行业，在水资源紧缺的黄河流域，需要考虑用绿氢替代煤制氢。随着电解效率的进一步提升，水耗也将进一步降低。”罗天一说。
   《报告》还建议，政策制定者可实施分级激励制度，通过优惠许可、补贴、税收等举措，加快绿色氢项目的监管审批。尤其在缺水地区建立绿氢中心促进知识转让。从产业发展来看，应优先发展绿氢，特别是在水资源已经稀缺的地区；从项目规划来看，水相关的影响和潜在风险需要给予更高的重视，在项目的全生命周期内进行充分考虑和评估，在制氢项目的前期评估中，水耗应被视为项目准入指标，并在运营期间进行监测和评估；政府也应配套出台相应政策激励与保障。