張賢 許毛 徐冬 仲平 彭雪婷 樊靜麗

摘要：氫能作為一種清潔、高熱值、來源廣的新型能源，已被廣泛認(rèn)為是全球能源系統(tǒng)低碳化轉(zhuǎn)型的重要能量載體。目前其他制氫工藝在技術(shù)和成本方面仍受制約，煤制氫將是中國未來較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的主要?dú)湓?，而碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)低碳煤制氫的關(guān)鍵技術(shù)選擇。考慮到CCUS技術(shù)的額外能耗和碳捕集的不完全性等特點(diǎn)，煤制氫CCUS技術(shù)全流程仍將產(chǎn)生不同程度的碳排放，但相關(guān)評(píng)估較少。文章從全流程分析的角度評(píng)估和比較煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡，研究結(jié)果表明：①煤制氫全流程碳足跡為17.47?29.78kgCO2/kgH2，CCUS技術(shù)改造后，碳足跡可降至2.17?8.91kgCO2/kgH2;②從全流程角度看，CCUS技術(shù)對(duì)煤制氫的減排貢獻(xiàn)約為80.6%;③煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率及CCUS技術(shù)額外能耗是影響煤制氫碳足跡的關(guān)鍵因素。未來應(yīng)加強(qiáng)煤制氫CCUS技術(shù)改造的研發(fā)和推廣，以降低CCUS能耗并進(jìn)一步提高煤制氫的能源效率。研究結(jié)論為中國低碳化氫能發(fā)展提供決策參考，對(duì)碳中和目標(biāo)下的能源轉(zhuǎn)型具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞煤制氫;碳足跡;碳捕集利用與封存;全流程評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)C939文獻(xiàn)標(biāo)志碼A文章編號(hào)1002-2104（2021）12-0001-11DOI：10.12062/cpre.20211132

在過去的十年（2009—2019 年）中，盡管社會(huì)各界應(yīng)對(duì)氣候變化的意識(shí)和行動(dòng)有所增強(qiáng)，但全球溫室氣體排放量的年均增速仍高達(dá) 1.5%。為以最低成本實(shí)現(xiàn)全球1.5 ℃溫控目標(biāo)，全球溫室氣體排放量在 2020—2030 年間每年應(yīng)至少降低 7.6%[1]。中國實(shí)現(xiàn) 2060 年碳中和目標(biāo)需要加快建設(shè)綠色多元能源供應(yīng)體系，其中，氫氣作為一種清潔、高效的燃料或能源載體，成為助力交通、工業(yè)、建筑等部門深度脫碳的重要選擇，因而被認(rèn)為是解決能源安全和應(yīng)對(duì)氣候變化問題的重要方案[2-4]，在全球范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注。氫能的來源具有多樣性，其中可再生能源電解水制氫被認(rèn)為是較為理想的制氫方式，從長(zhǎng)期來看其將是氫能的主要來源[5-6]。但受技術(shù)成熟度、制氫成本等諸多因素的影響，目前化石能源制氫仍是全球主流的制氫方式，約占全球氫能來源的 95% 以上[7]。中國

是氫氣生產(chǎn)和消費(fèi)大國，同時(shí)也是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，在氫能發(fā)展的初期和中期階段仍需依賴煤制氫技術(shù)滿足氫氣需求[8]。現(xiàn)階段，相較于其他制氫技術(shù)，煤制氫技術(shù)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，但其缺點(diǎn)在于會(huì)產(chǎn)生大量 CO2排 放[9]。已有研究[10-16]表明，煤制氫技術(shù)的碳足跡遠(yuǎn)高于天然氣制氫、生物質(zhì)制氫、光伏/風(fēng)力發(fā)電制氫（電解水）及核能/熱化學(xué)制氫等其他主要制氫技術(shù)。為兼顧氫能供應(yīng)和碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，中國需發(fā)展低碳煤制氫技術(shù)，目前碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)低碳煤制氫的重要手段[17]。CCUS 技術(shù)指將 CO2從工業(yè)排放源中分離后或直接加以利用或封存，以實(shí)現(xiàn) CO2減排的工業(yè)過程[18]。煤制氫CCUS技術(shù)改造的主要工藝流程包括：①煤炭經(jīng)過氣化生成合成氣;②合成氣經(jīng)過耐硫水汽變換后得到富氫和富碳?xì)怏w;③進(jìn)一步通過脫硫脫碳工藝得到純度較高的氫氣和 CO2;④通過捕集設(shè)備所得的高濃度 CO2用于利用或封存。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有數(shù)個(gè)運(yùn)行的化石能源制氫 CCUS 項(xiàng)目，合計(jì)捕集規(guī)模約為百萬噸級(jí)。然而，CCUS技術(shù)會(huì)引起額外能耗，并由此增加CO2排放，其凈減排效果無法根據(jù)CO2捕集率直接衡量。因此，定量化評(píng)估CCUS 技術(shù)在降低煤制氫碳足跡方面的作用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、文獻(xiàn)綜述

煤炭可通過焦化或氣化制取氫氣，前者的主要目標(biāo)產(chǎn)物是焦炭，氫氣為副產(chǎn)物，后者的主要目標(biāo)產(chǎn)物是氫氣。綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和規(guī)模性，氣化煤制氫技術(shù)在中國的應(yīng)用前景較好[19-21]。盡管煤制氫技術(shù)能夠提供大量的低成本氫氣[22-23]，但同時(shí)也會(huì)造成顯著的環(huán)境影響（如產(chǎn)生工業(yè)廢渣、廢水、廢氣及溫室氣體"在碳中和目標(biāo)的約束下，低碳煤制氫路徑的相關(guān)碳足跡研究至關(guān)重要。

現(xiàn)階段關(guān)于碳足跡的研究理論主要有兩種。第一種是生命周期評(píng)估（LifeCycleAssessment，LCA）理論，該理論以生命周期的過程分析為基礎(chǔ)，采用“自下而上”模型，主要用于調(diào)查和評(píng)價(jià)一種特定商品或服務(wù)所產(chǎn)生的或由于其存在的必需性所引起的環(huán)境影響。基于過程分析的生命周期評(píng)估需要根據(jù)生命周期清單分析研究對(duì)象在不同生命階段的碳排放來源，通過收集生命周期清單需要的參數(shù)來計(jì)算碳足跡。第二種是投入產(chǎn)出（InputOutput，10）分析理論，該理論以環(huán)境投入產(chǎn)出分析為基礎(chǔ)，采用“自上而下”模型[25-27]，主要用于計(jì)算隱含碳排放。投入產(chǎn)岀分析法是一種經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法，該方法通過編制投入產(chǎn)出表以獲取所需信息，可以用來建立全面和穩(wěn)健的碳足跡核算體系，考慮所有更高階的影響，并將整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)設(shè)置為邊界?；谶^程分析的生命周期評(píng)估法與基于部門經(jīng)濟(jì)信息的投入產(chǎn)出分析法的主要區(qū)別在于，前者適合于微觀尺度上的計(jì)算，能夠獲得單一產(chǎn)品或過程的碳足跡[28-30]，而后者則比較適合于宏觀尺度上的計(jì)算。煤制氫CCUS技術(shù)是以生產(chǎn)低碳?xì)錃猱a(chǎn)品為主要目的，其工藝過程涉及煤炭的開采、洗選、運(yùn)輸、制氫及碳捕集與封存等眾多技術(shù)環(huán)節(jié)，且各技術(shù)環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密。因此，基于過程分析的生命周期評(píng)估方法更加適合用于評(píng)估其碳足跡。

目前已有部分國內(nèi)外學(xué)者采用生命周期評(píng)估方法量化煤制氫的碳足跡。Li等[|9]利用生命周期評(píng)價(jià)方法評(píng)估了基于煤氣化制氫技術(shù)的氫氣生產(chǎn)碳足跡，評(píng)估結(jié)果約為21.78kgCO2/kgH2OBurmistrz等財(cái)利用生命周期評(píng)估方法對(duì)比了不同煤氣化制氫工藝的碳足跡，結(jié)果表明，當(dāng)引入CO2捕集技術(shù)后，煤制氫的碳足跡可顯著降低。Li等[32]的評(píng)估結(jié)果也驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)，采用CCUS技術(shù)后煤制氫的全生命周期碳足跡降低了81.72%。國際能源署（IEA）評(píng)估結(jié)果表明，煤制氫技術(shù)的碳足跡約為20kgC（L/kgH2，是天然氣制氫技術(shù)碳足跡的2倍左右;結(jié)合CCUS技術(shù)的煤制氫過程碳排放顯著降低，碳足跡僅為2kgC（）2/kgH2，約為天然氣制氫碳足跡的五分之一。

上述已有研究對(duì)于煤制氫全生命周期碳足跡核算邊界的界定及相關(guān)參數(shù)的取值有所不同，故其評(píng)估結(jié)果存在一定差異。例如，IEA[18]評(píng)估煤制氫碳足跡時(shí)僅考慮了制氫環(huán)節(jié)的碳足跡，未考慮煤炭開采、洗選及運(yùn)輸?shù)壬嫌渭夹g(shù)環(huán)節(jié)的碳足跡。此外，部分研究[26-27]雖考慮了煤制氫上游技術(shù)環(huán)節(jié)并在制氫過程中引入了CO，捕集技術(shù)，但未考慮后續(xù)CO，運(yùn)輸及封存過程的相關(guān)能耗及碳足跡，而CO，封存是CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)CO2減排不可或缺的技術(shù)環(huán)節(jié)。CCUS技術(shù)僅能作用于煤制氫環(huán)節(jié)，而從煤制氫的全流程工藝來看，煤炭開采、洗選加工及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生CO2排放，CCUS技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)引起額外的能耗及相應(yīng)的碳排放。因此，煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡需要從全流程的角度進(jìn)行核算，以科學(xué)、合理地評(píng)估CCUS技術(shù)在煤制氫過程中的減排貢獻(xiàn)。此外，中國礦區(qū)眾多，不同礦區(qū)生產(chǎn)的煤炭在平均低位熱值、含碳量等方面存在差異，現(xiàn)有研究未充分考慮上述因素對(duì)于煤制氫碳足跡的影響。

為彌補(bǔ)相關(guān)研究的不足，文章擬在生命周期評(píng)估理論的基礎(chǔ)上構(gòu)建“自下而上”的全流程碳足跡評(píng)估模型，并采用政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）提出的碳排放核算方法，系統(tǒng)評(píng)估在中國開展煤制氫CCUS技術(shù)改造的全流程碳足跡，揭示煤制氫CCUS技術(shù)改造碳足跡的內(nèi)部構(gòu)成，從根源上尋找降低煤制氫過程中碳足跡的途徑，以期為中國煤制氫CCUS技術(shù)改造的發(fā)展提供相關(guān)參考及政策建議。

2煤制氫碳足跡評(píng)估方法

2.1研究邊界

文章所探討的煤制氫CCUS技術(shù)改造主要涵蓋煤炭開采及洗選、煤炭運(yùn)輸、煤制氫氣、CO2捕集、CO2運(yùn)輸、CO2封存①等技術(shù)環(huán)節(jié)。中國能源平衡表中煤炭開采及洗選的能耗被合并統(tǒng)計(jì)，故文章將煤炭開采、洗選兩個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)合并。需要說明的是，上述過程中產(chǎn)生的非CO2溫室氣體以及由煤炭自燃所引起的碳排放均未予考慮。綜上，煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡核算邊界如圖1所示。

2.2碳足跡核算

2.2.1煤炭開采及洗選

煤炭開采及洗選環(huán)節(jié)包括煤炭開采和煤炭洗選兩個(gè)過程。煤炭開采指將原煤從地下或露天礦山采掘或剝離出的過程。煤炭洗選一般是指從煤炭中去除煤砰石或其他雜質(zhì)的過程。這些過程主要消耗原煤、燃油等化石能源及電力、熱力等。因此，煤炭開采及洗選環(huán)節(jié)的碳足跡計(jì)算公式如下：

其中：CF心表示煤炭開采及洗選環(huán)節(jié)的碳足跡（kg/t）;m，表示開采、洗選單位煤炭所消耗的第，種能源的實(shí)物量（kg/t或m3/t）;=1，…，16分別代表原煤、其他洗煤、焦炭、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、其他煤氣、其他焦化產(chǎn)品、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、其他石油制品、天然氣、液化天然氣等16種能源;NCV表示第，種燃料的平均低位熱值（MJ/kg或MJ/m3）;CC，表示第i種燃料的單位熱值含碳量（kg/MJ）;O，表示第，種燃料的氧化率;叫皿時(shí)表示開采、洗選單位煤炭所消耗的電力（kW-h/t）;EFg表示電力的C（）2排放系數(shù)（kg/（kW'h））;嘰“表示開采、洗選單位煤炭所消耗的熱力（GJ/t）;EFk?u表示熱力的C（）2排放系數(shù)（kg/GJ）。

2.2.2煤炭運(yùn)輸

目前中國煤炭的主要運(yùn)輸方式包括鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸，其中鐵路運(yùn)輸成本低、運(yùn)量大，是中國省際煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕绞?水路運(yùn)輸是中國煤炭運(yùn)輸?shù)牡诙筮\(yùn)輸方式，包括海路運(yùn)輸和內(nèi)河運(yùn)輸;公路運(yùn)輸是煤炭運(yùn)輸方式中成本最高的，主要承擔(dān)短途煤炭運(yùn)輸或其他運(yùn)輸方式難以覆蓋的地區(qū)的煤炭運(yùn)輸。不同運(yùn)輸方式的碳足跡具有明顯差異，除運(yùn)輸方式外，煤炭運(yùn)輸?shù)奶甲阚E還取決于其運(yùn)輸距離。

煤炭運(yùn)輸方式的選擇較為靈活，其受地理?xiàng)l件、成本因素的影響較大。為科學(xué)評(píng)估煤炭運(yùn)輸產(chǎn)生的碳足跡，文章根據(jù)三種主要的煤炭運(yùn)輸方式的碳足跡及其平均運(yùn)輸距離和運(yùn)輸量計(jì)算煤炭運(yùn)輸過程產(chǎn)生的碳足跡，算式如下：

其中：CF“表示煤炭運(yùn)輸產(chǎn)生的碳足跡（kgCO2/t）;CFR、CF：和CFH分別表示煤炭鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸?shù)膯挝惶甲阚E（kg/（t-km））;TR、T：和TH分別表示煤炭鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸?shù)钠骄嚯x（km）;和分別表示鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸在中國煤炭運(yùn)輸中的占比。

上述三種運(yùn)輸方式中，公路運(yùn)輸?shù)膯挝荒芎淖罡?，鐵路運(yùn)輸次之，水路運(yùn)輸最低。中國煤炭鐵路運(yùn)輸主要依靠?jī)?nèi)燃機(jī)車及電力機(jī)車，前者主要消耗柴油，后者主要消耗電力;煤炭公路運(yùn)輸使用的交通工具主要是貨車，其消耗的主要能源為柴油;煤炭水路運(yùn)輸主要依靠輪船，其消耗的主要能源也為柴油。因此，上述三種煤炭運(yùn)輸?shù)膯挝惶甲阚E核算方法如下：

其中：ECIR表示鐵路內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)輸煤炭時(shí)的單位柴油消耗（kg/（t·km））;ECER分別表示鐵路電力機(jī)車運(yùn)輸煤炭時(shí)的單位電力消耗（kW-h/（t-km））;a，和aE分別表示內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車在中國鐵路機(jī)車中的占比;DCH，表示貨車運(yùn)輸煤炭時(shí)的單位柴油消耗（kg/（t-km））;DC：表示輪船運(yùn)輸煤炭時(shí)的單位柴油消耗（kg/（t·km））。

2.2.3煤制氫氣

鑒于煤氣化可能成為中國煤制氫工藝的重要途徑，故假設(shè)制氫技術(shù)路線為煤氣化制氫。從技術(shù)原理來看，煤氣化制氫是煤粉、煤漿或煤焦與氣化劑在高溫下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成氫氣與一氧化碳的合成氣，再經(jīng)過變換、低溫甲醇洗工藝、氫氣提純等工序，得到高純度產(chǎn)品氫氣的工藝過程，其工藝流程如圖2所示。

煤氣化制氫時(shí)，尾氣中的CO2是由煤炭中的碳元素氧化形成。因此，當(dāng)不考慮CCUS技術(shù)時(shí)，根據(jù)煤炭的平均低位發(fā)熱量、單位熱值碳含量以及氧化率即可計(jì)算岀煤制氫過程產(chǎn)生的CO，排放量，計(jì)算方法如公式（6）：

其中：CFak表示制氫過程的碳足跡（kg）表示用于制氫的煤炭量（kg）。

2.2.4CO2捕集、運(yùn)輸及封存

一般來說，C（）2濃度越高其捕集能耗越低。普通燃煤電廠煙氣中CO2濃度約為8%～15%，而煤制氫尾氣中CO2濃度則高達(dá)80%～90%[34]，故煤制氫CO2捕集能耗遠(yuǎn)低于燃煤電廠煙氣CO2捕集能耗。此外，煤制氫CO2捕集所需的能耗可由煤制氫廠自身提供，因此可不考慮CO，捕集能耗所產(chǎn)生的碳足跡，以避免重復(fù)計(jì)算。CO2運(yùn)輸及封存過程消耗的能源以電力為主財(cái)，因此其產(chǎn)生的碳足跡可根據(jù)公式（7）計(jì)算。

其中：CF：;?和CF;分別表示CO2運(yùn)輸及封存環(huán)節(jié)的碳足跡（kg/t）;對(duì)于專門生產(chǎn)氫氣的煤制氫廠而言，其碳排放規(guī)模較大，故文章假定CO，運(yùn)輸方式為管道運(yùn)輸E表示將單位CO2壓縮并運(yùn)輸單位距離所消耗的電力（（kW-h）Z（t-km）表示C（）2運(yùn)輸距離（km）E表示向CO2封存場(chǎng)地中注入單位CO2所消耗的電力（kW-h/t）。

2.2.5基于煤制氫CCUS技術(shù)改造的氫氣生產(chǎn)碳足跡

煤制氫CCUS技術(shù)改造后其碳足跡主要由四部分構(gòu)成，即：煤炭開采及洗選環(huán)節(jié)的碳足跡、煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)的碳足跡、經(jīng)CCUS技術(shù)捕集后剩余的煤制氫過程碳足跡及CCUS技術(shù)引起的額外碳足跡。煤制氫CCUS技術(shù)改造全流程碳足跡與氫氣產(chǎn)量的比值即為生產(chǎn)單位氫氣的碳足跡，計(jì)算方法如公式（8）：

其中：CFh2表示基于煤制氫CCUS技術(shù)改造的氫氣生產(chǎn)碳足跡（kgCO2/kgH2）;F1表示煤炭開采及洗選、煤炭運(yùn)輸過程中的碳足跡（t）;F2表示C（）2捕集后剩余的碳排放（t）;F3表示CO2運(yùn)輸及封存環(huán)節(jié)的碳足跡（t）;NCVk，表示氫氣的平均低位熱值（MJ/kg）;：表示C（）2捕集率表示煤制氫的能源轉(zhuǎn)化效率。

3數(shù)據(jù)來源與處理

煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡評(píng)估涉及主要技術(shù)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)處理過程如下，主要相關(guān)參數(shù)見表1及表2。

3.1煤炭開采及洗選

國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年中國的煤炭生產(chǎn)量249516萬t標(biāo)準(zhǔn)煤財(cái)，折標(biāo)煤系數(shù)取0.7143[37]，故煤炭開采的實(shí)物量約為349315萬t，相應(yīng)的煤炭開采及洗選所消耗的各類能源見表1。表1中各類能源的消耗量數(shù)據(jù)取自《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2017》[37]，原煤的平均低位熱低位熱值、單位熱值碳含量及氧化率來自文獻(xiàn)[38]，煤油的平均值參考《2006年IPCC國家溫室氣體排放清單指南》[39]，中國電力碳排放系數(shù)取自文獻(xiàn)[40]，2017年中國熱力碳排放系數(shù)為作者核算得出，熱力CO，排放系數(shù)=熱力生產(chǎn)年CO2排放量/熱力年生產(chǎn)量。2017年中國熱力生產(chǎn)年CO2排放量是根據(jù)2017年中國熱力生產(chǎn)消耗的各類能源實(shí)物量[37]并按照IPCC提出的CO2排放核算方法[34]計(jì)算得出，2017年中國熱力生產(chǎn)量來自《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2017》37]。表1中其余參數(shù)來自文獻(xiàn)[41]。

3.2煤炭運(yùn)輸

鐵路運(yùn)輸方面，電力機(jī)車的能耗約為115kW-h/（萬t-km）[42];內(nèi)燃機(jī)車的柴油消耗約為8.82kg/（萬t-km）[43lo公路運(yùn)輸方面，汽車運(yùn)輸?shù)牟裼拖臑?.22L/（fkm）5，柴油密度取0.84kg/L，故汽車運(yùn)輸?shù)牟裼拖臑?848kgA萬t·km）。水路運(yùn)輸方面，輪船運(yùn)輸?shù)牟裼拖臑?1.5kg/（萬t-km）[45]。從運(yùn)輸距離看，中國煤炭鐵路、公路和水路運(yùn)輸?shù)钠骄嚯x分別是640km、179km和1255km[46-48]。從運(yùn)輸占比看，鐵路運(yùn)輸占比最大，為80%;水路運(yùn)輸次之，占13%;公路運(yùn)輸占7%[49].

3.3煤制氫

Liu等[38]實(shí)地采樣原煤602組，采樣礦點(diǎn)產(chǎn)量約占中國產(chǎn)煤量的96.7%，602組煤樣的平均低位熱值為20.95MJ/kg，平均單位熱值含碳量為26.6kg/GJ，故假定用于制取氫氣的原煤的平均低位熱值與單位熱值含碳量取上述均值。氫氣的低位熱值取143MJ/kg[8]，煤制氫的能源轉(zhuǎn)化效率為44%-75%[9，32]。

3.4CO，捕集、運(yùn)輸與封存

已有研究表明CCUS技術(shù)能夠捕集煤制氫環(huán)節(jié)90%的碳排放[50]，故假定煤制氫環(huán)節(jié)的CO，捕集率為90%。C（）2管道運(yùn)輸?shù)碾娏ο募s為1.3kW·h/（fkm），C（）2封存的電力消耗約為10kW-h/t[35]。C（）2的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑一般不超過250km[5l]。

4結(jié)果分析與討論

4.1煤制氫CCUS技術(shù)改造的全流程碳足跡

由于煤制氫CCUS技術(shù)改造各環(huán)節(jié)的部分參數(shù)具有不確定性，故煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡也具有不確定性。如圖3所示，從全流程來看，若不考慮CCUS技術(shù)，煤制氫技術(shù)的碳足跡為17.47?29.78kgCO2/kgH2。若在煤制氫過程基礎(chǔ)上結(jié)合CCUS技術(shù)，其全流程的碳足跡約為2.17?8.91kgCO2/kg乩，具有較大的波動(dòng)范圍。煤制氫能源轉(zhuǎn)換效率對(duì)于煤制氫碳足跡的影響較大，當(dāng)應(yīng)用CCUS技術(shù)時(shí)，CO2運(yùn)輸距離也會(huì)在一定程度上影響整體的碳足跡。

為便于分析煤制氫CCUS技術(shù)改造各環(huán)節(jié)的碳足跡構(gòu)成，對(duì)部分不確定性參數(shù)進(jìn)行了處理。煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率取均值，即59.5%，這與當(dāng)前主流煤制氫工藝（冷煤氣制氫）的產(chǎn)氫效率（不到60%）是基本吻合的[33]。參考中國已建成投產(chǎn)的CCUS示范項(xiàng)目，CO2運(yùn)輸距離基本未超過100km[53]，故此處假定CO2運(yùn)輸距離為100km?；谏鲜黾僭O(shè)，煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡構(gòu)成如圖4所示。

若不考慮在煤制氫技術(shù)流程中CCUS技術(shù)改造，煤制氫的碳足跡為22.02kgCO2/kgH2（圖4（a）），即通過煤氣化技術(shù)制取1t氫氣需排放二氧化碳22.02toIEA評(píng)估結(jié)果表明[18]，煤制氫的碳足跡約為20kgCO2/kgH（僅考慮煤制氫環(huán)節(jié)），而依據(jù)該研究結(jié)果，從全流程的角度來看，煤制氫的碳足跡要高出IEA評(píng)估結(jié)果約10.1%，其原因主要在于IEA評(píng)估煤制氫碳足跡時(shí)未考慮煤炭開采洗選及運(yùn)輸?shù)壬嫌蜗嚓P(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)的碳足跡且部分參數(shù)的取值可能與該研究存在差異。

從全流程來看，煤制氫與CCUS技術(shù)結(jié)合后整體碳足跡可由22.02kgCO2/kgH2降低至4.27kgCO2/kgH（圖4（b）），減排幅度約為80.6%，低于制氫環(huán)節(jié)90%的CO2捕集率。這主要是由于CCUS技術(shù)僅能夠從煤制氫環(huán)節(jié)捕集CO2，降低煤制氫環(huán)節(jié)的碳足跡，但無法降低其他環(huán)節(jié)的碳足跡，且使用CCUS技術(shù)需消耗額外的能源并造成額外的碳足跡。

從各技術(shù)環(huán)節(jié)的碳足跡貢獻(xiàn)來看，當(dāng)不考慮CCUS技術(shù)時(shí)，煤制氫技術(shù)全流程碳足跡的最大來源是制氫環(huán)節(jié)，約為21.57kgCO2/kgH2，占比接近98%;煤炭開采及洗選、煤炭運(yùn)輸及氫氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)的碳足跡占比相對(duì)較?。▓D5（a））。需要說明的是，此處并未考慮煤炭開采過程中的CH4排放。實(shí)際上，煤炭開采過程中會(huì)導(dǎo)致一定的CH4排放，且ch4排放量與煤炭開采方式、開采深度等因素有關(guān)。一般地下煤礦開采的CH4排放遠(yuǎn)高于露天煤礦開采，前者約為10?25m3/t，后者約為0.3-2m3/t[54]，在20°C、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，CH4的密度為0.67kg/m3。從煤炭開采方式占比來看，中國地下煤礦開采約占95%，露天煤礦開采約占5%[49]。在百年時(shí)間尺度內(nèi)，CH4的溫室效應(yīng)約為CO2的25倍[55]。按照上述參數(shù)折算，煤炭開采環(huán)節(jié)CH4排放造成的碳足跡約為282kg/t（折合3.24kgCO2/kgH2），遠(yuǎn)高于煤炭開采環(huán)節(jié)能源消耗引起的相關(guān)碳足跡。因此，未來需對(duì)煤制氫上游環(huán)節(jié)的非CO2溫室氣體排放給予重視。

在煤制氫結(jié)合CCUS技術(shù)全流程過程中，煤制氫環(huán)節(jié)對(duì)全流程碳足跡的貢獻(xiàn)率最大，為50.5%;其次為CCUS環(huán)節(jié)，其碳足跡貢獻(xiàn)率約為38.9%，但從碳足跡的絕對(duì)值來看，CCUS環(huán)節(jié)增加的碳足跡僅為1.66kgCO2/kgH2;煤炭開采及洗選、運(yùn)輸環(huán)節(jié)碳足跡的絕對(duì)值保持不變，但由于整體碳足跡降低使其占比增大（圖5（b））。上述結(jié)果表明，當(dāng)集成應(yīng)用煤制氫與CCUS技術(shù)時(shí)能夠有效降低煤制氫環(huán)節(jié)的碳足跡，但CCUS過程將會(huì)產(chǎn)生部分的額外碳足跡，未來應(yīng)采取相關(guān)措施降低這部分碳足跡，如減少各環(huán)節(jié)能耗，進(jìn)而降低“藍(lán)氫”的實(shí)際碳足跡。

4.2敏感性分析

煤制氫CCUS技術(shù)改造過程涉及眾多技術(shù)環(huán)節(jié)，其全流程碳足跡亦會(huì)受到多重不確定因素的影響。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，文章選取煤炭品質(zhì)（主要考慮煤炭的平均低位熱值和含碳量）、煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率及CO2運(yùn)輸距離等變量進(jìn)行敏感性分析，以評(píng)估其取值變化對(duì)煤制氫碳足跡的影響。其中，煤炭品質(zhì)的影響在其他兩種因素的敏感性分析中交叉考慮。需要說明的是，平均低位熱值較低的煤炭一般不宜用于制氫。參考已有研究[26-27]，此處僅考慮平均低位熱值不低于20MJ/kg的煤樣。按此標(biāo)準(zhǔn)，上述602組煤樣中共有353組煤樣符合要求。

4.2.1煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率

煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率是影響單位煤炭氫氣產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，能源轉(zhuǎn)化效率的提高能夠在原料投入保持不變的情況下提高氫氣產(chǎn)量，進(jìn)而降低氫氣的碳足跡。文章模擬了煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率由44%增加至75%時(shí)氫氣碳足跡的評(píng)估結(jié)果，如圖6所示。除煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率外，其余參數(shù)設(shè)置與圖4一致。

當(dāng)煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率由44%增加至75%時(shí)，353組煤樣的平均制氫碳足跡將由29.37kgCO2/kgH2降低至17.23kgCO2/kgH（不考慮CCUS技術(shù)），降幅約為41.3%（圖6（a））。若考慮CCUS技術(shù)，當(dāng)煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率由44%增加至75%時(shí)，353組煤樣的平均制氫碳足跡將由5.65kgCO2/kgH降低至3.31kgCO2/kgH、，降幅約為41.4%（圖6（b））。上述結(jié)果表明，能源轉(zhuǎn)化效率的提升對(duì)于煤制氫碳足跡的降低具有顯著的正向效益。然而，隨著能源轉(zhuǎn)化效率的提高，單位能源轉(zhuǎn)化效率提升所帶來的碳足跡降低收益呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率達(dá)到60%時(shí)，能源轉(zhuǎn)化效率每提高1個(gè)百分點(diǎn)，平均碳足跡可下降約1.3%?1.5%（圖6）。此外，由圖（6）還可以看出，煤炭品質(zhì)對(duì)煤制氫碳足跡有較為顯著的影響，但所選353組煤樣的制氫碳足跡的分布相對(duì)集中。當(dāng)煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率為60%時(shí)，若不考慮CCUS技術(shù)，超過72%的煤樣其制氫碳足跡為21?23kgCO2/kg丄;若考慮CCUS技術(shù)，超過85%的煤樣其制氫碳足跡為4-5kgCO2/kgH2，這也驗(yàn)證了評(píng)估結(jié)果的穩(wěn)健性。

4.2.2CO2運(yùn)輸距離

CCUS環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳足跡主要來自CCUS技術(shù)各環(huán)節(jié)的額外能耗，未來隨著CCUS技術(shù)的進(jìn)步，各環(huán)節(jié)的能耗將會(huì)有所降低，進(jìn)而碳足跡也會(huì)隨之下降。在該研究中，CO2運(yùn)輸是影響CCUS環(huán)節(jié)碳足跡的主要不確定性因素，而運(yùn)輸能耗主要與運(yùn)輸距離有關(guān)。為分析CO2運(yùn)輸距離對(duì)于煤制氫CCUS技術(shù)改造碳足跡的影響，本文共選取了6種運(yùn)輸距離情景：0km、50km、100km、150kmA200km及250km，結(jié)果如圖7所示。

隨著CO2運(yùn)輸距離的增加，煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。不考慮CO2運(yùn)輸時(shí)（運(yùn)輸距離為0km），煤制氫CCUS技術(shù)改造的平均碳足跡為2.65kgCO2/kgH2;CO2運(yùn)輸距離每增加1km，煤制氫CCUS技術(shù)改造的平均碳足跡將增加約0.015kgCO2/kgH2O當(dāng)CO2運(yùn)輸距離超過250km時(shí)，需要建設(shè)額外的CO2加壓站，屆時(shí)CO2運(yùn)輸環(huán)節(jié)的能耗和碳足跡將顯著增加。因此，為有效降低煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡，需選擇適宜的CO2封存場(chǎng)地，合理控制CO2運(yùn)輸距離。

4.3煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡對(duì)比

為驗(yàn)證上述評(píng)估結(jié)果的可靠性，該研究選取部分典型文獻(xiàn)的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見表4oIEA[18]在評(píng)估煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡時(shí)僅考慮了制氫環(huán)節(jié)，故評(píng)估結(jié)果相較該研究偏低。Burmistrz等[31]的評(píng)估結(jié)果處于該研究評(píng)估結(jié)果的范圍內(nèi)，間接驗(yàn)證了該研究評(píng)估結(jié)果的可靠性。Li等[32]的評(píng)估結(jié)果處于該研究評(píng)估結(jié)果的范圍內(nèi)，但略高于該研究對(duì)不確定性因素進(jìn)行處理后的評(píng)估結(jié)果，原因在于該研究考慮了CH4、N2（）等非CO2溫室氣體的排放。綜上所述，文章針對(duì)煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡評(píng)估結(jié)果是較為可靠的。

5結(jié)論與政策啟示

5.1結(jié)論

鑒于中國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦，煤制氫在我國氫能發(fā)展的初期及中期階段將扮演重要角色。但發(fā)展氫能的初衷在于實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的低碳化轉(zhuǎn)型，因此降低碳足跡將是碳中和目標(biāo)下煤制氫前景的關(guān)鍵因素。從全流程碳足跡評(píng)估結(jié)果來看，煤制氫技術(shù)的碳足跡偏高，約為17.47-29.78kgCO2/kgH2。采用CCUS技術(shù)捕集制氫環(huán)節(jié)90%的CO2排放后，煤制氫CCUS技術(shù)改造的全流程碳足跡可降至2.17-8.91kgCO2/kgH2O影響煤制氫碳足跡的主要因素包括煤制氫能源轉(zhuǎn)化效率以及采用CCUS技術(shù)時(shí)引起的額外能耗。

煤制氫碳足跡具有較高的不確定性，對(duì)各技術(shù)環(huán)節(jié)涉及的相關(guān)不確定性參數(shù)進(jìn)行處理后可以發(fā)現(xiàn)，中國煤制氫平均碳足跡約為22.02kgCO2/kgH2（不考慮CCUS技術(shù)），高出IEA評(píng)估結(jié)果約10.1%。CCUS技術(shù)能夠捕集制氫環(huán)節(jié)約90%的碳排放，但CCUS技術(shù)自身也會(huì)增加能耗及相應(yīng)的碳足跡，CCUS技術(shù)引起的額外碳足跡約為1.66kgCO2/kgH2。因此，從全流程看，CCUS技術(shù)對(duì)于煤制氫碳足跡的減排幅度約為80.6%。從各技術(shù)環(huán)節(jié)的碳足跡貢獻(xiàn)來看，制氫環(huán)節(jié)是最主要的碳排放來源。此外，煤炭開采環(huán)節(jié)產(chǎn)生的CH4排放也會(huì)導(dǎo)致煤制氫碳足跡的顯著增加，增量約為3.24kgCO2/kgH2。

5.2政策啟示

在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，未來應(yīng)長(zhǎng)期致力于氫能技術(shù)創(chuàng)新，構(gòu)建清潔化、低碳化的氫能供應(yīng)體系，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展工業(yè)副產(chǎn)氫、可再生能源制氫、煤制氫CCUS技術(shù)改造等多種制氫途徑。對(duì)于煤制氫技術(shù)的研發(fā)，大幅提高煤炭轉(zhuǎn)化效率，降低制氫環(huán)節(jié)碳足跡至關(guān)重要;同時(shí)通過CCUS技術(shù)改造以降低煤制氫碳足跡，不能忽視CCUS技術(shù)自身產(chǎn)生的額外能耗相關(guān)碳足跡。未來應(yīng)統(tǒng)籌考慮煤炭供應(yīng)、煤制氫與CO，捕集、C（）2運(yùn)輸與封存等多重技術(shù)環(huán)節(jié)的高效銜接，合理規(guī)劃煤制氫上下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同與空間布局。

從產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)看，中國新疆、陜西、山西及內(nèi)蒙古等省份既擁有豐富的煤炭與油氣資源，又具備較大的CO，封存潛力，可作為未來發(fā)展煤制氫與CCUS技術(shù)集成應(yīng)用的優(yōu)先示范基地。距離油田相對(duì)較近的制氫企業(yè)還可結(jié)合其區(qū)位特點(diǎn)，如，通過油田封存C（）2并提高原油采收率，將更有利于降低技術(shù)應(yīng)用成本。

此外，從全流程角度來看，煤制氫過程還會(huì)伴隨著非C（）2溫室氣體排放，如煤炭開采環(huán)節(jié)會(huì)造成一定的CH4排放，進(jìn)而導(dǎo)致煤制氫碳足跡的大幅增加。未來政府及相關(guān)企業(yè)需重點(diǎn)關(guān)注并嚴(yán)格管理煤制氫過程的非CO2溫室氣體排放。

參考文獻(xiàn)

[1]UN Environment Programme（UNEP）.Emissions gap report 2019[R].UNEP，2019.

[2]PANTELIS C，GEORGIOS Z，STAVROULA E，et al.Energy-sys-tem modelling of the EU strategy towards climate-neutrality[J].En-ergy policy，2019，134：110960.

[3]KANG J，WEI Y，LIU L，et al.Energy systems for climate changemitigation：A systematic review[J].Applied energy，2020，263：114602.

[4]BERND E，MARKUS R，PETER S，et al.Flexible sector couplingwith hydrogen：a climate-friendly fuel supply for road transport[J].International journal of hydrogen energy，2019，44（26）：12918-12930.

[5]羅佐縣，曹勇.氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景及其在中國的發(fā)展路徑研究[J].中外能源，2020，25（2）：9—15.

[6]INTERNATIONALRENEWABLEENERGYAGENCY（IRENA）.Hydrogenfromrenewablepower：technologyoutlookfortheenergytransition[R].IRENA，2018.

[7]INTERNATIONALRENEWABLEENERGYAGENCY（IRENA）.Hydrogen：arenewableenergyperspective[R].IRENA，2019.

[8]中國氫能聯(lián)盟.中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書[R].2019.

[9]謝欣爍，楊衛(wèi)娟，施偉，等·制氫技術(shù)的生命周期評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2018，37（6）2147—2158.

[10]AB?NADES A.The challenge of hydrogen production for the tran-sition to a CO2 -free economy[J].Agronomy research，2012，10（1）：11-16.

[11]HE C M，SUN H R，XU Y，et al.Hydrogen refueling station sit-ing of expressway based on the optimization of hydrogen life cyclecost[J].International journal of hydrogen energy，2017，42（26）16313-16324.

[12]。ZBILEN A，DINCER I，ROSEN M A.Development of a fourstep Cu-Cl cycle for hydrogen production – Part I：exergoeconom-ic and exergoenvironmental analyses[J].International journal ofhydrogen energy，2016，41（19）：7814-7825.

[13]。RHAN M F.Conceptual design，analysis and optimization of nu-clear-based hydrogen production via copper-chlorine thermochemi-cal cycles[J].British journal of dermatology，2011，68（9）：303-306.

[14]ACAR C，DINCER I.Comparative assessment of hydrogen produc-tion methods from renewable and non-renewable sources[J].Inter-national journal of hydrogen energy，2014，39（1）：1-12.

[15]。LATEJU B，KUMAR A，SECANELL M.A techno-economic as-sessment of large scale wind-hydrogen production with energy stor-age in Western Canada[J].International journal of hydrogen ener-gy，2016，41（21）：8755-8776.

[16]ALAZEMI J，ANDREWS J.Automotive hydrogen fuelling sta-tions：an international review[J].Renewable and sustainable ener-gy reviews，2015，48：483-499.

[17]International Energy Agency（IEA）.The future of hydrogen 2019[R].IEA，2019.

[18]科技部社會(huì)發(fā)展科技司，中國21世紀(jì)議程管理中心.中國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖（2019版）[R].科學(xué)出版社，2019.

[19]LI J J，CHENG W J.Comparative life cycle energy consumption，carbon emissions and economic costs of hydrogen production fromcoke oven gas and coal gasification[J].International journal of hy-drogen energy，2020，45（51）：27979-27993.

[20]LI Y L，GUO L J，ZHANG X M，et al.Hydrogen production fromcoal gasification in supercritical water with a continuous flowingsystem[J].International journal of hydrogen energy，2010，35（7）：3036-3045.

[21]李建林，李光輝，馬速良，等·碳中和目標(biāo)下制氫關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展前景綜述[J].熱力發(fā)電，2021，50（6）：1-8.

[22]NIKOLAIDISP，POULLIKKASA.Acomparativeoverviewofhy?drogenproductionprocesses[J].Renewableandsustainableener?gyreviews，2017，67：597-611.

[23]李慶勛，劉曉彤，劉克峰，等.大規(guī)模工業(yè)制氫工藝技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性比較[J].天然氣化工（C1化學(xué)與化工），2015，40（1）：78-82.

[24]LIUSK，GUOLJ，JINH，etal.Hydrogenproductionbysuper?criticalwatergasificationofcoal：areactionkineticmodelinclud?ingnitrogenandsulfurelements[J].Internationaljournalofhy?drogenenergy，2020，45（56）：31732-31744.

[25]羅芬，鐘永德，王懷採.碳足跡研究進(jìn)展及其對(duì)低碳旅游研究的啟示[J].世界地理研究，2010，19（3）：105-113.

[26]梁賽，王亞菲，徐明，等.環(huán)境投入產(chǎn)出分析在產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36（22）：7217-7227.

[27]王永琴，周葉，張榮.碳排放影響因子與碳足跡文獻(xiàn)綜述：基于研究方法視角[J].環(huán)境工程，2017，35（1）：155-159.

[28]崔文超，焦雯珺，閔慶文，等.基于碳足跡的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)：以青田稻魚共生系統(tǒng)為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2020，40（13）：4362-4370.

[29]宋小龍，李博，呂彬，等.廢棄手機(jī)回收處理系統(tǒng)生命周期能耗與碳足跡分析[J].中國環(huán)境科學(xué)，2017，37（6）：2393-2400.

[30]盧浩潔，王婉君，代敏，等.中國鋁生命周期能耗與碳排放的情景分析及減排對(duì)策[J].中國環(huán)境科學(xué)，2021，41（1）：451-462.

[31]BURMISTRZ P，CHMIELNIAK T，CZEPIRSKI L，et al.Carbonfootprint of the hydrogen production process utilizing subbitumi-nous coal and lignite gasification[J].Journal of cleaner produc-tion，2016，139：858-865.

[32]LI G，ZHANG K，YANG B，et al.Life cycle analysis of a coal tohydrogen process based on ash agglomerating fluidized bed gasifi-cation[J].Energy，2019，174：638-646.

[33]陳子瞻，趙汀，劉超，等.煤炭制氫產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及我國新能源發(fā)展路徑選擇研究[J].中國礦業(yè)，2017，26（7）：35-40.

[34]聶立功，姜大霖，李小春.CCUS技術(shù)與中國煤基能源低碳發(fā)展的關(guān)系[J].煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2015，35（3）：16-20.

[35]彭松水，陸詩建.CCS-EOR項(xiàng)目碳凈減排量方法學(xué)模型[J].油氣田地面工程，2015，34（4）：9-11.

[36]國家統(tǒng)計(jì)局.能源生產(chǎn)總量[DB/OL].（2021-05-13）[2020?09-01].

https：//data.stats.gov.cn/easyquery.htm？cn=C01.

[37]國家統(tǒng)計(jì)局能源統(tǒng)計(jì)司.中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2017[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2018.

[38]LIU Z，GUAN D B，WEI W，et al.Reduced carbon emission esti-mates from fossil fuel combustion and cement production in China[J].Nature，2015，524（7565）：335-338.

[39]Intergovernmental Panel on Climate Change（IPCC）.2006 IPCCguidelines for national greenhouse gas inventories [R].IPCC，2006.

[40]陳怡，田川，曹穎，等.中國電力行業(yè)碳排放達(dá)峰及減排潛力分析[J].氣候變化研究進(jìn)展，2020，16（5）：632-640.

[41]付坤，齊紹洲.中國省級(jí)電力碳排放責(zé)任核算方法及應(yīng)用[J].中國人口.資源與環(huán)境，2014，24（4）：27-34.

[42]盧其威，何棒棒，吳明哲，等.大長(zhǎng)坡重載列車能耗模型的建立與分析[J].礦業(yè)科學(xué)學(xué)報(bào)，2018，3（4）：371-377.

[43]陳曦，趙祿成，李鑫，等.基于功效系數(shù)法的內(nèi)燃機(jī)車能效排放指數(shù)模型研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（22）：80-82.

[44]顧清華，張媛，盧才武，等·低碳限制下綜合成本最小的露天礦卡車運(yùn)輸優(yōu)化研究[J].金屬礦山，2019（8）：157-161.

[45]高俊蓮，徐向陽，鄭鳳琴，等.基于全生命周期的煤炭碳排放清單計(jì)算與不確定性分析[J].中國煤炭，2017，43（6）：22-26.

[46]國家統(tǒng)計(jì)局能源統(tǒng)計(jì)司.中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2011[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2011.

[47]中華人民共和國交通運(yùn)輸部，2011.中國交通運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)年鑒2011[M].北京：人民交通出版社，2012.

[48]。U X M，ZHANG X L，CHANG S Y.Alternative fuel buses cur-rently in use in China：life - cycle fossil energy use，GHG emis-sions and policy recommendations[J].Energy policy，2010，38（1）：406-418.

[49]。BERSCHELP C，PFISTER S，RAPTIS C E，et al.Global emis-?sionhotspotsofcoalpowergeneration[j].Naturesustainability，2019，2（2）：113-121.

[50]LISZKA M，MALIK T，MANFRIDA G.Energy and exergy analy-sis of hydrogen-oriented coal gasification with CO2 capture[J].En-ergy，2012，45（1）：142-150.

[51]DAHOWSKI R，DAVIDSON C L，LI X C，et al.Examining CCSdeployment potential in China via application of an integrated CCScost curve[J].Energy procedia，2013，37：2487-2494.

[52]國家鐵路局.2017年鐵道統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].（2018-04-12）[2020—11—10].http：//www.nra.gov.cn/xwzx/zlzx/hytj/201804/t20180412_55248.shtml.

[53]蔡博峰，李琦，林千果等.中國二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）報(bào)告（2019）[R].生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，2020.

[54]羅廣芳.礦業(yè)城市煤炭供應(yīng)鏈碳排放研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2016，24-26.

[55]Intergovernmental Panel on Climate Change （IPCC）.ClimateChange 2007，the Fourth Assessment Report（AR4）of the UnitedNations Intergovernmental Panel on Climate Change[R].2007.

Carbon footprint assessment of coal-to-hydrogen technology combined with CCUS in China

ZHANG Xian1，XU Mao2，XU Dong3，ZHONG Ping1，PENG Xueting1，F(xiàn)AN Jingli2 （1.Administrative Center for Chinas Agenda 21， Ministry of Science and Technology， Beijing 100038， China; 2.Center for Sustainable Development and Energy Policy Research， School of Energy & Mining Engineering， China Univer-sity of Mining & Technology， Beijing 100083， China; 3.China Energy New Energy Technology Research Institute， Beijing 102209， China）

Abstract As a new type of energy with carbon-free， clean， high calorific value and various sources， hydrogen has been widely regard-ed as an important energy carrier for the low-carbon transition of the global energy system.Hydrogen from coal will be the main hydro-gen source in the early and middle stages of Chinas hydrogen development because other hydrogen production technologies are still re-stricted in terms of technology maturity and cost， while carbon capture， utilization and storage （CCUS） technology is the key option to re-alize coal-to-hydrogen with low carbon emissions.Due to the additional energy consumption caused by CCUS and the incompleteness ofcarbon capture， coal-to-hydrogen with CCUS technology is still accompanied by carbon emissions from the full-chain perspective.How-ever， relevant assessments are still insufficient.Given this situation， the carbon footprint of coal-to-hydrogen with CCUS in China wasevaluated from a full-chain perspective in this study， and the results showed that： ① The full-chain carbon footprint of coal-to-hydrogenin China was 17.47～29.78 kg CO2 / kg H2， which could be reduced to 2.17～8.91 kg CO2/kg H2 with CCUS technology; ② CCUS tech-nology could reduce the carbon emissions from coal-to-hydrogen by 80.6% from the full-chain perspective; ③ Energy efficiency of coal-to-hydrogen and additional energy consumption caused by CCUS were key factors affecting the carbon footprint of coal-to-hydrogen.Inthe future， the Chinese government and relevant enterprises should put efforts to the research and deployment of coal-to-hydrogen withCCUS to reduce the energy penalty of CCUS and increase the energy efficiency of coal-to-hydrogen.The conclusions of this work couldprovide a decision-making reference for the low-carbon hydrogen development in China and also have guiding significance for the ener-gy transition under the goal of carbon neutrality.

Key words coal-to-hydrogen; carbon footprint; carbon capture utilization and storage; full-chain assessment

（責(zé)任編輯：劉呈慶）