2030年蓝氢制造的经济性分析

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摘要：氢是加速实现低碳社会和行业耦合的最有前景的元素之一。利用可再生能源电解水或蒸汽（电转气）制造的绿氢因制造过程中产生的二氧化碳量很少而成为首选，但是预计在未来十几年内，其成本依然居高不下，同时需要大量快速增加可再生能源的产能来满足不断增长的氢需求。因此，利用CCS技术从化石燃料中提取的氢，即所谓的蓝氢，将在未来几年对加速实现氢社会发挥重要作用。本文首先总结了几家研究机构报道的不采用CCS技术的化石燃料制造灰氢和利用CCS技术制造蓝氢的成本分析。随后，比较了灰氢和蓝氢，以及煤制氢和天然气制氢，包括各制氢方法的当前和2030年的成本。值得注意的是，在采用CCS技术的情况下，也会因该技术的成本限制，在制造蓝氢的过程中释放一定量的二氧化碳，通常报告为10%。如果不考虑碳价格（温室气体排放权的交易价格），蓝氢的价格比绿氢更便宜，但是在未来几十年，蓝氢的价格将随着碳价格的提高而上涨。因此，本研究参考国际能源机构（IEA）的生命周期评价，在考虑碳价格上涨的情况下，对蓝氢和绿氢的成本进行了分析。

关键字：氢制造，成本评估，蓝氢，二氧化碳分离回收储存，碳价格

背景

预计今后对氢的需求将随着脱碳化进程而增大，但仅靠由可再生能源电力制造的绿氢¹⁾，很难满足在不久的将来对氢的大量需求²⁾。因此，在各国的氢能战略中，也设想利用在从化石原料中制取的过程中使用CO₂捕获、利用与封存（CCS）技术而获得的蓝氢¹⁾，并期望对其经济性进行评价。另外，由于即使采用CCS也会排放一部分CO₂，因此在评价经济性时需要考虑针对碳排放所征收的碳税等。

目的

基于国际能源机构（IEA）等的报告，根据产地和原料的不同整理出蓝氢的经济性现状及2030年的展望。另外，对于有望销往日本的澳大利亚蓝氢，单独评价其经济性（包含碳价格的影响）。

主要成果

关于制氢相关的经济性指标——平准化制氢成本（LCOH），根据IEA的报告⁴⁾等整理了产地的LCOH（以下称为“产地LCOH³⁾”）等，并比较了不同产地和原料（天然气和煤）而导致的差异。

1. 欧洲以天然气为原料的蓝氢和灰氢¹⁾的比较

目前，以天然气为原料且不采用CCS技术的灰氢在世界范围内流通。根据IEA的估算，采用CCS的话，产地LCOH将比2019年上涨约5日元（约0.25元）/Nm³（图1）⁴⁾。到2030年，蓝氢的产地LCOH中的设备成本和运行维护成本将随着CCS技术的发展而下降，但天然气单价预计将从2019年的0.76日元（约0.039元）/MJ上涨到0.83日元（约0.042元）/MJ，因此预计蓝氢的产地LCOH不会低于2019年的23日元（约1.17元）/Nm³。

2. 原料不同的欧洲蓝氢与中国蓝氢的产地LCOH比较

根据IEA对2030年的预测，欧洲以煤为原料的蓝氢制造与上述以天然气为原料的情况相比，需要2倍以上的设备成本和运行维护成本，但是由于原料成本低，因此产地LOCH也为约23日元（约1.17元）/Nm³（图1）。

另一方面，中国现在主要流通的是以煤为原料的廉价灰氢。根据IEA以煤单价为3300日元（约167.90元）/t（以发热量为6000kcal/kg换算）的估算，中国蓝氢的产地LCOH约为15日元（约0.76元）/Nm³，即使采用CCS也是世界上最便宜的。这是因为与欧洲等国家相比，中国的设备成本较低⁴⁾（图1）。

3. 澳大利亚蓝氢与绿氢的产地LCOH估算和碳价格的影响

基于国际机构等的前提条件^5,6)，对考虑碳价格后的2030年澳大利亚蓝氢和绿氢的产地LCOH进行了估算。以煤为原料的蓝氢在加上碳价格^7,8)后，可能会比最便宜的绿氢稍微贵一些。另外，蓝氢和绿氢的产地LCOH都高于由褐煤制造的蓝氢的澳政府目标价格12日元（约0.61元）/Nm^{3 9)}，需要通过降低设备成本等来进一步降低成本（图2）。此外，关于大量排放出的CO₂的储存，需要促进其商用化。

图1. IEA报告⁴⁾中以天然气和煤为原料的氢的产地LCOH比较（黑字为2019年的值，红字为2030年预测值）

图2. 2030年澳大利亚的蓝氢⁵⁾和绿氢⁶⁾的产地LCOH比较

图中红色虚线表示澳政府制定的以褐煤为原料的氢的产地LCOH的2022年目标值12日元（约0.61元）/Nm³。柱状图上方的数字是将碳价格设为11000日元（约561.55元）/t-CO₂时的产地LCOH，括号内的数字是不考虑碳价格的产地LCOH。估算时，CO₂排放系数使用了Hydrogen Council（2020）的报告值。

注释：

（1）由可再生能源水电解制得的氢称为绿氢，来自化石原料但不使用CCS技术得到的氢称为灰氢，使用CCS技术得到的氢称为蓝氢。

（2）BP Energy Economics, Energy Outlook 2020 Edition (2020).

（3）进口到日本时，则产地LCOH需要加上液化、运输以及在装卸基地的储存等成本。

（4）国际能源机构（IEA），The Future of Hydrogen(2019).

（5）设备成本和运行维护成本使用了IEA的报告值（2019）。天然气和煤的原料价格预测值引用自阚和柴田（能源资源，vol.40, No.1-7）（2019）的报告，分别为0.64日元（约0.02元）/MJ和2,760日元（约140.90元）/t（换算成6000kcal/kg）。

（6）根据IRENA的报告，使用使产地LCOH最低的可再生能源电力和PEM型水电解设备作为前提条件。关于可再生能源价格，陆上风力为3.3日元（约0.17元）/kWh，太阳能为2.2日元（约0.11元）/kWh，水电解设备的单价为7.2万日元（约3651.12元）/kW。

（7）采用IEA预测的2030年碳价格11,000日元（约557.94元）/t（按照1美元兑换110日元计算）。

（8）CO₂排放系数采用Hydrogen Council（2020）报告的2030年预测值。

（9）《氢燃料电池战略路线图》中褐煤气化氢的产地LCOH约2022年的目标值。

翻译：肖永红

审校：贾陆叶