从燃料氢全生命周期温室气体排放视角看中国燃料电池汽车示范城市群建设

交通运输领域在中国温室气体排放中的占比约10%，目前中国政府正在积极推广燃料电池汽车(FCV)和低碳燃料氢，以助力交通运输部门脱碳。2020年，中国财政部等五部委联合启动了开展燃料电池汽车示范应用的通知并征集符合条件的示范城市群。在2021年至2022年间，共选定了京津冀、上海、广东、河南和河北五个城市群开展示范，牵头城市分别是北京市、上海市、佛山市、郑州市和张家口市。在此次示范项目下，每个城市群可获得最高18.7亿元人民币( 约3亿美元)的资金，以支持燃料电池汽车和燃料氢市场的发展。

在该示范项目中，燃料氢的碳强度(CI)是主要评价标准之一。针对燃料氢的碳强度要求分为准入要求和奖励要求。准入要求是指示范城市群项目下使用的燃料氢的碳强度需要低于15 kgCO2/kgH2(相当于125 gCO2/MJ)，才能够符合获得资金的资格。奖励要求是指示范城市群项目使用的燃料氢的碳强度需要低于5 kgCO2/kgH2(相当于41.7 gCO2/MJ)，符合该要求的燃料氢视为清洁氢，可以获得额外的奖励。显然，该规则的目的是鼓励低碳氢的生产和使用，但当前的设计方案仍然存在一定的不足。首先，官方发布的文件缺乏碳排放量计算方法的规定细则和指导，比如文件中没有具体定义碳排放的评估边界;据相关管理部门的工作人员表示，示范项目对燃料氢碳强度要求仅考虑制氢环节中的排放，也就意味着未考虑上游和下游的碳排放。此外，示范项目下的两项碳强度要求的严格程度是否足以推动低碳氢在中国实现规模化可持续发展也有待进一步研究。

在本研究中，我们对11种制氢方式的碳强度进行了评估，并将评估结果与示范城市群项目中规定的两项碳强度要求进行了比较。根据示范城市群项目的排放边界，我们估算了制氢环节中所产生的二氧化碳(CO2)排放量;同时也计算了这些燃料氢的全生命周期(well-to-wheel “油井到车轮”)温室气体排放，以便更全面地了解燃料氢的气候影响。图ES1中展示了本次研究的分析结果。在11种制氢方式中，在准入要求方面，只有煤气化制氢在生产阶段的碳排放超过了15 kgCO2/kgH2，不符合示范项目的准入要求。在奖励要求方面，有四种制氢方式符合获得额外奖励的要求:(1)天然气制氢结合碳捕集与封存(CCS)技术、(2)填埋气制氢、(3)100%可再生电力水电解制氢以及(4) 平均电网水电解制氢。虽然从制氢环节来看，平均电网水电解制氢达到了奖励要求，但从全生命周期温室气体排放角度来看，该制氢方式的碳强度是11种制氢方式中最高的，其温室气体排放量甚至比柴油还要高出很多。相比其它制氢方式，平均电网水电解制氢对整个减排目标并未起到更加积极的作用。长远来看，中国可再生电力在电力结构的占比正逐年攀升，电网水电解制氢的碳排放也会随之逐渐降低。然而，可再生电力的发展是一个循序渐进的过程，需要经过长时的建设与发展，因此也决定了电网水电解制氢势必存在高碳排放的中间过渡期。目前仅考虑制氢环节的碳排放，旨在鼓励实现水电解技术的规模化推广和应用，但未来，也需要考量对社会带来的气候影响，以及燃料氢对交通部门脱碳的实际意义。