CONTENTS 目錄

2024 年 第 9 卷 第 4 期

熱點(diǎn)透視

專家觀點(diǎn)

1 “雙碳 ” 背景下潤滑劑的降碳作用 /

張建榮

7 氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 /

田澤普，孟云龍

熱點(diǎn)剖析

14 加氫站隔膜式氫氣壓縮機(jī)膜片破裂原因

分析及發(fā)展建議 / 曹田田

21 “雙碳 ” 背景下河南省地?zé)衢_發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展

趨勢研究 / 王茜

低碳技術(shù)

碳市場與碳管理

27 夯實(shí)碳排放雙控管理基礎(chǔ)，探索石化產(chǎn)品

碳效分級標(biāo)準(zhǔn) / 張遠(yuǎn)，王勝春，楊菲

32 完善碳交易法律制度，助推碳市場健康

發(fā)展 / 張玉琪

CO2 捕獲、封存與利用技術(shù)

38 多孔生物炭的制備、改性及碳捕獲機(jī)理和

應(yīng)用前景研究 / 張晨

主管單位 :

中國石油化工集團(tuán)有限公司

主辦單位 :

中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司

編委會(huì)名單

主 任 : 馬永生

副主任 : 趙日峰 張 涌 朱建民

孫煥泉 俞仁明 李成峰

戴寶華

委 員 :（按姓氏筆畫排序）

王北星 王麗娟 王國清

卞鳳鳴 孔德金 呂亮功

朱 兵 喬 凱 向文武

鄔智勇 孫麗麗 吳海君

吳德榮 張建平 張新明

陳廣衛(wèi) 陳清林 周 國

周成平 周紅軍 洪劍橋

聶 紅 傅 軍 焦 陽

主 編 : 羅大清

常務(wù)副主編 : 王北星

責(zé)任編輯 : 馬俊睿

Green Petroleum & Petrochemicals 雙月刊 出版日期：2024 年 8 月 20 日

聲 明

本刊已被 CNKI 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫收錄，其作者文章著作

權(quán)使用費(fèi)與本刊稿酬一次性給付。如作者不同意文章被收錄，請

在來稿時(shí)向本刊聲明，本刊將做適當(dāng)處理。未經(jīng)本刊許可，不得

轉(zhuǎn)載或復(fù)制本刊文章，本刊將保留追訴的權(quán)利。

綠色技術(shù)

清潔能源

52 電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航突破 2000 公里背景下充電站

發(fā)展趨勢分析 / 張振

清潔生產(chǎn)

58 高速、高負(fù)荷徑流透平在煤化工行業(yè)的

應(yīng)用 / 王曉宇

過程優(yōu)化

64 煉廠氫氣系統(tǒng)優(yōu)化改造及成效分析 /

王曉玲

68 隔壁塔在戊烷發(fā)泡劑分離過程的應(yīng)用研究 /

蘇佳林，劉瓊，王韌韌

73 環(huán)己酮裝置脫氫加熱爐系統(tǒng)改造探究 /

但加飛，周衛(wèi)

79 煤制氫裝置氣化爐協(xié)同處置 “三泥 ”探討 /

張成

編輯出版：《石油石化綠色低碳》編輯部

地址：北京朝陽區(qū)安外小關(guān)街 24 號(hào)

郵編：100029

電話：(010)52826306 52826187

傳真：（010)52826200

網(wǎng)址：http://wzsh.cbpt.cnki.net

郵箱：lsdt.edri@sinopec.com

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國內(nèi)訂閱：全國各地郵局

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國外發(fā)行代號(hào)：BM 9368

國際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號(hào)：ISSN 2096－126X

國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號(hào)：CN 10－1378/TE

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國內(nèi)定價(jià)：30.00 元

國外定價(jià)：50.00 元

雙月刊 第 9卷 第 4期 總第 52 期

ISSN 2096-126X

CN 10-1378/TE

主　　　 管：中國石油化工集團(tuán)有限公司

主　　　 辦：中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司

主　　　 編：羅大清

常務(wù)副主編：王北星

編 輯 出 版：《石油石化綠色低碳》編輯部

編輯部地址：北京朝陽區(qū)安外小關(guān)街 24 號(hào)

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電 話：(010)52826306 52826187

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Editor-in-Chief: Luo Daqing

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Petrochemicals

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石油石化綠色低碳第九卷第四期

二二四年

石油石化

綠色低碳

中國標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號(hào)： 定價(jià)：30.00 元

GREEN Petroleum & Petrochemicals

石油石化綠色低碳

SHIYOU SHIHUA L SE DITAN

ISSN 2096-126X

CN 10-1378/TE 郵發(fā)代號(hào)：80-399 國外發(fā)行代號(hào)：BM 9368 中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司主辦

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《中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫》收錄 《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》收錄

美國化學(xué)文摘社 (CA) 收錄

2024 Vol.9 4

▲

“雙碳”背景下潤滑劑的降碳作用

▲

氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

▲

加氫站隔膜式氫氣壓縮機(jī)膜片破裂原因分析及發(fā)展建議

▲

“雙碳”背景下河南省地?zé)衢_發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究

CONTENTS Green Petroleum & Petrochemicals Bimonthly Vol.9, No.4, Aug. 20, 2024

Hotspot

· Expert View ·

1 Roles of Lubricants on Carbon Reduction under the Background of Carbon Peaking and

Carbon Neutrality /Zhang Jianrong

7 Development Status and Trends of Hydrogen-based Energy Industry /

Tian Zepu，Meng Yunlong

· Hotspot Analysis ·

14 Cause Analysis and Development Suggestion of the Diaphragm Rupture of Hydrogen

Compressor in Hydrogen Refueling Stations /Cao Tiantian

21 Research on the Current Situation and Development Trends of Geothermal in Henan

Province under the Background of \"Carbon Peaking and Carbon Neutrality\" /Wang Xi

Low-carbon Technology

· Carbon Market/Management ·

27 Consolidate the Management Foundation of Carbon Emissions Dual Control, and Explore

the Classification Standard of Carbon Efficiency for Petrochemical Products /

Zhang Yuan，Wang Shengchun，Yang Fei

32 Improving the Legal System of Carbon Trading to Promote the Healthy Development of the

Carbon Market /Zhang Yuqi

· CCUS (Carbon Capture/Utilization and Storage) ·

38 The Preparation and Development of Porous Biochar Materials for Carbon Capture /

Zhang Chen

Green Technology

· Clean Energy ·

52 Analysis of the Development Trend of Charging Stations in the Context of Electric Vehicle

Range Exceeding 2000 Kilometers /Zhang Zhen

· Clean Production ·

58 Application of High-speed & High-load Radial Flow Turbine in Coal Chemical Industry /

Wang Xiaoyu

· Process Optimization ·

64 Optimization and Improvement of Hydrogen System in Refinery and Effect Analysis /

Wang Xiaoling

68 Simulation of a Dividing Wall Column Process for Separating Pentane Foaming Agent /

Su Jialin，Liu Qing，Wang Renren

73 Study on Revamp of Cyclohexanone Dehydrogenation Heating Furnace System /

Dan Jiafei，Zhou Wei

79 Discussion on Co-Disposal of \"Three Muds\" in Coal-to-Hydrogen Gasification /Zhang Cheng

摘? 要：雙碳目標(biāo)對潤滑劑行業(yè)影響深遠(yuǎn)。潤滑劑行業(yè)可為制造和使用綠色低碳能源的裝備提供潤滑支撐，

可助力其它行業(yè)減少溫室氣體排放。目前尚需研究開發(fā)燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)方法和相應(yīng)的具有

節(jié)能降碳性能的潤滑劑產(chǎn)品。從潤滑劑全產(chǎn)業(yè)鏈來看，在不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，有很多路徑來使?jié)?/p>

滑劑的生產(chǎn)原料基礎(chǔ)油和添加劑低碳化，以物理方式為主的潤滑劑生產(chǎn)過程可通過使用低碳能源來

降低碳排放。潤滑劑行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)整個(gè)供應(yīng)鏈綠色低碳研究，開展各種潤滑劑碳足跡研究，以創(chuàng)新驅(qū)

動(dòng)該傳統(tǒng)行業(yè)向綠色低碳化的新質(zhì)生產(chǎn)力方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：碳中和 綠色低碳 節(jié)能降碳 新能源 潤滑劑 產(chǎn)業(yè)鏈

“雙碳”背景下潤滑劑的降碳作用

張建榮

（中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司，北京 100083）

收稿日期：2024-06-03

作者簡介：張建榮，教授級高級工程師，碩士生導(dǎo)師。1990 年碩士研究生畢業(yè)于石油化工科學(xué)研究院，1998 年 9 月至 1999

年 3 月于美國西南研究院做訪問學(xué)者。2012 年被聘為中國石化集團(tuán)高級專家，2016 年獲國務(wù)院政府特殊津貼，多次獲省部級

科技進(jìn)步獎(jiǎng)，擔(dān)任全國石油產(chǎn)品和潤滑劑標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)技術(shù)委員會(huì)副秘書長，發(fā)表文章數(shù)十篇，申報(bào)專利數(shù)十件。

通訊聯(lián)系人：張建榮，zhangjr.ripp@sinopec.com。

Roles of Lubricants on Carbon Reduction under the Background of

Carbon Peaking and Carbon Neutrality

Zhang Jianrong

（SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing Co., Ltd.，Beijing 100083，China）

Abstract: Carbon peaking amd carbon neutrality goals will have a great impact on the lubricants industry. The

lubricants industry can provide lubrication support for the manufacturing and use of green and low-carbon energy,

which can help other industries reduce greenhouse gas emissions. It is still necessary to study and develop the fuel

economy test evaluation standard method and the corresponding lubricant products with energy saving and carbon

reduction performance. From the perspective of the whole industry chain of lubricant production, there are many

ways to reduce the carbon emissions of base oils and additives in different stages of economic development. The

physical process-based lubricant production process can reduce carbon emissions through the use of low-carbon

energy. The lubricant industry should strengthen green and low-carbon research throughout the entire supply chain,

strengthen studies on the carbon footprint of various lubricants, and drive this traditional industry to develop in the

direction of green and low-carbon new quality productivity with innovation.

Keywords: carbon neutral；green；energy saving and carbon reduction；new energy；lubricants；industrial chain

2024 年 8 月·第 9 卷·第 4 期 >> 專家觀點(diǎn) <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：張建榮 .“雙碳”背景下潤滑劑的降碳作用 [J]. 石油石化綠色低碳，2024，9（04）：1-6.

- 2 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

2020年，中國宣布了雙碳目標(biāo)—“二氧化碳

排放力爭于2030年達(dá)到峰值，努力爭取2060年前

實(shí)現(xiàn)碳中和”。我國雙碳“1+N”政策體系隨之啟動(dòng)。

2021年10月24日發(fā)布《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整

準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的

意見》；10月26日國務(wù)院發(fā)布的《2030年前碳達(dá)峰

行動(dòng)方案》，包括能源、工業(yè)、交通運(yùn)輸、城鄉(xiāng)建

設(shè)等分領(lǐng)域分行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案以及科技支撐、

能源保障、碳匯能力、財(cái)政金融價(jià)格政策、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)

量體系、督察考核等保障方案先后出臺(tái)，一系列文

件構(gòu)建起目標(biāo)明確、分工合理、措施有力、銜接有

序的碳達(dá)峰碳中和政策體系。隨后，政策往更加具

體和可操作方向發(fā)展，2023年7月中央深改委第二

次會(huì)議要求能耗雙控逐步轉(zhuǎn)向碳排放雙控。

近期，有些發(fā)達(dá)國家和組織在雙碳和新能源目

標(biāo)等方面出現(xiàn)了一些倒退的說法和做法，但我國的

雙碳目標(biāo)不會(huì)因外界的一些變化而改變。首先，全

球科學(xué)界和政界基本達(dá)成共識(shí)，需控制二氧化碳排

放來維持地球生態(tài)系統(tǒng)；其次，出于我國能源安全

的需要，傳統(tǒng)化石能源石油天然氣甚至煤炭均需進(jìn)

口，碳中和本質(zhì)是從資源依賴走向技術(shù)依賴的過

程，發(fā)展和創(chuàng)新并舉才能讓能源結(jié)構(gòu)真正改變，能

源飯碗才能真正掌握在自己手里；再次，化石能源

從開采到使用除了排放溫室氣體外還會(huì)帶來污染氣

體排放等問題，低碳綠色能源的使用是建立美麗中

國的需要；最后，雙碳目標(biāo)的達(dá)成會(huì)創(chuàng)造出大量市

場需求和全新產(chǎn)業(yè)鏈，盡管對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)會(huì)有較大沖

擊，但我國因布局早、行動(dòng)實(shí)已占據(jù)優(yōu)勢。

潤滑劑所采用的基礎(chǔ)油大多來源于石油，因此

與傳統(tǒng)能源石油密切相關(guān)。在目前雙碳目標(biāo)已明確

的情況下，潤滑劑領(lǐng)域如何生存？向何處發(fā)展？如

何為雙碳目標(biāo)作出貢獻(xiàn)？該文從潤滑劑對綠色低碳

能源裝備的支撐、本身的節(jié)能降碳性能和全產(chǎn)業(yè)鏈

低碳化三方面探討答案。

1 潤滑劑對綠色低碳能源裝備的支撐

雙碳目標(biāo)的確立將給能源供給側(cè)和需求端帶

來一場革命，對與此密切相關(guān)的潤滑劑行業(yè)也會(huì)產(chǎn)

生巨大影響。負(fù)面影響最大的潤滑油品種是內(nèi)燃機(jī)

油，目前包括汽油機(jī)油和柴油機(jī)油的內(nèi)燃機(jī)油消費(fèi)量

約占潤滑油消費(fèi)總量的三分之一。可以預(yù)計(jì)，隨著新

能源汽車市場份額大幅提高，內(nèi)燃機(jī)油需求量將顯

著下降。只要世界還在轉(zhuǎn)，就需要潤滑。雙碳革命

會(huì)使一些潤滑劑品種需求減少甚至消亡，但也會(huì)帶

來一些新的需求。

1.1 為生產(chǎn)綠色低碳能源的裝備提供潤滑

綠色低碳能源包括風(fēng)電、光伏、水電、生物

質(zhì)發(fā)電、地?zé)犭?、核電等，這些能源的制儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)

節(jié)中的多種裝備均需要潤滑劑或相關(guān)油液。部分油

液為新品種，更多是隨設(shè)備技術(shù)升級，對潤滑劑提

出新的性能要求。以風(fēng)電設(shè)備為例，為追求發(fā)電效

率，目前單個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率已提高到20 MW，

其風(fēng)輪直徑也擴(kuò)至260米。葉片長雖使發(fā)電效率提

高，對設(shè)備的其它性能要求也相應(yīng)提高；尤其是發(fā)

電機(jī)組的齒輪箱，已成為制約風(fēng)電公司運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展

的一個(gè)重要因素。

圖1所示為德國LWK（Landwirtschaftskammer

Schleswig –Holstein）和WMEP（Wissenschaftliches

Mess –und Evaluierungsprogramm）機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)[1]的風(fēng)

電各部位年度失效率與對應(yīng)停機(jī)時(shí)間數(shù)據(jù)。由圖 1

可知，齒輪箱體故障引致風(fēng)電非計(jì)劃性停機(jī)時(shí)間最

長，經(jīng)濟(jì)損失也最大。

長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪皆易發(fā)生微點(diǎn)蝕，其形成過

程使齒輪表面材料流失、形貌改變，導(dǎo)致噪聲、振

動(dòng)以及齒輪精度缺失，甚至進(jìn)一步引發(fā)點(diǎn)蝕和剝落

等疲勞問題致齒輪失效 [2-3]。影響微點(diǎn)蝕的因素很

多，包括齒輪材質(zhì)和加工、運(yùn)轉(zhuǎn)工況、潤滑劑等[4]。

圖1 風(fēng)電各部位年失效率與對應(yīng)停機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

失效率 / 年 失效停機(jī)時(shí)間 /（次 / 天）

0.75 0.5 0.25 0 2 4 6 8 10 12 14 16

電力系統(tǒng)

電力控制

其他

液壓系統(tǒng)

偏航裝置

輪轂

制動(dòng)器

葉片

箱體

發(fā)電機(jī)

傳動(dòng)鏈

失效率（LWK） 失效率（WMEP）

停機(jī)時(shí)間（LWK） 停機(jī)時(shí)間（WMEP）

風(fēng)電機(jī)部位

2024 年.第 4 期 張建榮．“雙碳”背景下潤滑劑的降碳作用 - 3 -

通過潤滑劑抗微點(diǎn)蝕性能的改善可提高齒輪箱使用

壽命。微點(diǎn)蝕雖為老問題，但隨風(fēng)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)提

高，已對風(fēng)電齒輪箱潤滑油構(gòu)成更高要求。潤滑劑

行業(yè)需據(jù)此更嚴(yán)苛性能，從微點(diǎn)蝕的模擬試驗(yàn)、基

礎(chǔ)油和添加劑的影響等多方面開展研究，從而為風(fēng)

力發(fā)電提供支撐。

1.2 為使用綠色低碳能源的裝備提供潤滑

從化石能源向綠色低碳能源的轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致能源

使用終端的裝備產(chǎn)生巨大變化。對潤滑劑影響最大

的是交通運(yùn)輸行業(yè)，原內(nèi)燃機(jī)汽車被電動(dòng)汽車等新

能源車輛取代，車輛動(dòng)力的變化對車用潤滑油和潤

滑脂的品種和性能都提出了許多新要求。如電動(dòng)汽

車不再需要內(nèi)燃機(jī)油這個(gè)潤滑油行業(yè)消費(fèi)量最大的

老品種，卻增加了電驅(qū)動(dòng)用潤滑油這個(gè)新品種。目

前電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向集成化方向發(fā)展，電機(jī)、減

速器一體化，電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)15 000 r/min以上，最大

扭矩可達(dá)300 N·m以上，溫度上限達(dá)150 ℃，所用

潤滑油處于高速、高溫、高載、電場、接觸電機(jī)材

料等多種復(fù)雜環(huán)境。與傳統(tǒng)的車輛齒輪油和自動(dòng)變

速箱油相比，電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)用潤滑油在潤滑性、抗

銅腐蝕性、電絕緣性、電機(jī)冷卻性、抗泡性、熱穩(wěn)

定性和傳動(dòng)效率等方面都有新的性能要求。目前業(yè)

內(nèi)尚無公認(rèn)的電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)用潤滑油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，也

無公認(rèn)的使用性能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，需要潤滑油行業(yè)

和裝備行業(yè)共同開展研究；同時(shí)潤滑油行業(yè)需開發(fā)

有別于傳統(tǒng)潤滑油的新型油品。

2 潤滑劑的節(jié)能降碳性能

潤滑劑的降碳作用除對綠色低碳能源裝備構(gòu)

成支撐外，其本身也可以開發(fā)出節(jié)能降碳性能。廣

義來說，就是能讓使用設(shè)備減少溫室氣體排放的性

能；狹義來說，就是通過減少摩擦從而降低設(shè)備能

耗的性能。以下從狹義方面來進(jìn)行分析說明。潤

滑劑品種很多，到目前為止最重視其節(jié)能降碳性

能的是內(nèi)燃機(jī)油，尤其是汽油機(jī)油。據(jù)研究報(bào)道，

摩擦消耗了內(nèi)燃機(jī)指示功率的22%[5]，因此多年來

汽車和石油行業(yè)共同研究通過低摩擦汽油機(jī)油來

提高乘用車的燃油經(jīng)濟(jì)性，研究表明也是成本最

低的方式 [6]，見圖 2。圖中顯示了各種節(jié)油方法，

x 軸表示每種方法實(shí)現(xiàn)的油耗減少量，y 軸將這種

減少量標(biāo)準(zhǔn)化為實(shí)施成本?？梢钥闯?，大多數(shù)策略

在標(biāo)準(zhǔn)化后，每花費(fèi)一美元，油耗減少量都低于

0.04%。低摩擦潤滑油在標(biāo)準(zhǔn)化成本后，其效率是

后者的四倍。

從摩擦學(xué)原理出發(fā)，要開發(fā)低摩擦發(fā)動(dòng)機(jī)潤

滑油，需使?jié)櫥驮诓煌l(fā)動(dòng)機(jī)工況下均能保持較

低的摩擦系數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)有多個(gè)摩擦副，在Stribeck

曲線上標(biāo)識(shí)了各關(guān)鍵部件潤滑方式區(qū)域[7]，見圖3。

從圖中可看出，要使發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油摩擦系數(shù)降低，

需使各摩擦副的潤滑盡量在混合潤滑的合適區(qū)域，

潤滑油先降低黏度來減少潤滑油內(nèi)摩擦力，使流體

動(dòng)壓潤滑方式向混合潤滑（部分流體潤滑和部分邊

界潤滑）發(fā)展。黏度也不能降得太低，否則邊界潤

滑比例過大也會(huì)使摩擦系數(shù)上升。圖3是根據(jù)基礎(chǔ)

油特性加入添加劑后會(huì)改變的邊界潤滑部分曲線。

添加劑會(huì)在摩擦表面形成吸附或化學(xué)反應(yīng)膜，不同

膜的摩擦系數(shù)不同，因此汽油機(jī)油中還需加入減摩

圖2 提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的成本比較

降本率，

%

低摩擦潤滑劑

發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦降低

油耗降低，%

可變凸輪相位 停缸技術(shù)

缸內(nèi)直噴

0.18

0.16

0.14

0.12

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵接觸點(diǎn)的Stribeck 曲線

（η：潤滑油黏度，V：滑動(dòng)速度，P：單位面積載荷）

發(fā)動(dòng)機(jī)軸承

活塞裙部

活塞環(huán)

氣門機(jī)構(gòu)

邊界潤滑 混合潤滑

摩擦系數(shù)

流體動(dòng)壓潤滑

ηV

P

1.0

0.1

0.1

0.01

- 4 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

添加劑。另為在低黏度下使各摩擦副磨損可控，需

提高汽油機(jī)油抗磨性能，同時(shí)摩擦副材料也需滿足

相應(yīng)設(shè)計(jì)要求。

開發(fā)具有燃油經(jīng)濟(jì)性的潤滑劑需先建立公認(rèn)的

燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)評定試驗(yàn)方法。美國材料與試驗(yàn)協(xié)

會(huì)（ASTM）最早在1983年就開發(fā)出采用整車的試

驗(yàn)方法（五車試驗(yàn)法），1988年又出臺(tái)了發(fā)動(dòng)機(jī)試

驗(yàn)方法程序Ⅵ，之后發(fā)展成不斷升級的程序Ⅵ系列

標(biāo)準(zhǔn)，目前最新的是程序ⅥF，用于最新的汽油機(jī)

油規(guī)格GF–6。

目前柴油機(jī)油領(lǐng)域著力研究建立燃油經(jīng)濟(jì)性評

定方法，但尚未出臺(tái)。傳動(dòng)油和潤滑脂等領(lǐng)域的燃

油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)方法均處于研究階段，尚無公認(rèn)的標(biāo)

準(zhǔn)試驗(yàn)方法。因此開發(fā)出公認(rèn)具有節(jié)能降碳性能的

產(chǎn)品，仍有許多研究工作要做。

3 潤滑劑全產(chǎn)業(yè)鏈低碳化

目前我國潤滑劑消費(fèi)量約為800萬噸/年左右。

潤滑劑作為石油產(chǎn)品，其本身也應(yīng)全產(chǎn)業(yè)鏈低碳

化，甚至零碳化，從而降低潤滑劑產(chǎn)品碳排放量。

3.1 低碳原料

潤滑劑主要包括潤滑油和潤滑脂，均由基礎(chǔ)

油和添加劑兩大部分組成，潤滑脂中的稠化劑也可

視為廣義上的添加劑。目前所用基礎(chǔ)油主要是由煉

油企業(yè)以石油為原料采用各種工藝加工而成的礦物

油；也有一些合成烴油，如聚α – 烯烴（PAO）、烷

基萘、多烷基環(huán)戊烷等，基本由石油或其它化石原

料制??；量大一些的其它合成油如合成酯類油，也

主要由化石原料制??；目前通過費(fèi)托法合成的基礎(chǔ)

油也有增加趨勢，所用原料基本來自煤和天然氣兩

種化石原料。添加劑品種比基礎(chǔ)油多很多，其原料

來源復(fù)雜，但化石原料仍是主要來源之一；由動(dòng)植

物油制取的添加劑即脂肪酸類用量稍大，用做潤滑

油潤滑性能改善添加劑和潤滑脂稠化劑原料。因

此，主要的潤滑劑基本由化石原料制取。采用低碳

原料，目前看有如下主要技術(shù)路徑。

3.1.1 基礎(chǔ)油

基礎(chǔ)油在潤滑劑中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)超90%，是潤

滑劑降碳的主要對象。目前由石油制取的礦物油是

基礎(chǔ)油主體，故先從煉油行業(yè)分析。煉油行業(yè)低碳

發(fā)展路徑包括煉廠節(jié)能、資源利用效率提升、綠氫

煉化、煉廠智能化等技術(shù)的開發(fā)和使用，也包括廢

塑料化學(xué)循環(huán)、生物質(zhì)能源、二氧化碳資源化等循

環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用[8]。這些措施是煉廠在不

同時(shí)期生產(chǎn)低碳基礎(chǔ)油的主要路徑。

目前烴基基礎(chǔ)油是基礎(chǔ)油主體，除礦物基礎(chǔ)

油外，用量較大的烴基基礎(chǔ)油還包括費(fèi)托合成油和

PAO。費(fèi)托（Fischer – Tropsch）工藝包括一系列生

成多種烴類的化學(xué)反應(yīng)，其中生產(chǎn)烷烴反應(yīng)方程式

如下所示：（2n+1）H2+nCO→CnH（2n+2）+nH2O，

n通常是10～20，生成的烷烴大多數(shù)為直鏈，適合

作柴油燃料；重質(zhì)組分可通過加氫異構(gòu)工藝制備黏

度指數(shù)高和低溫性能好的優(yōu)質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油。費(fèi)托

工藝的產(chǎn)品除烷烴外，有少量烯烴生成，其中有一

定比例的 α – 烯烴。目前生產(chǎn)費(fèi)托合成油的合成氣

原料主要來自煤、天然氣和石油等化石原料；將來

可用低碳的可再生原料取代，如生物質(zhì)[9]，也可通

過CCUS 技術(shù)制備合成氣 [10]。聚 α – 烯烴合成油生

產(chǎn)原料通常是1 – 癸烯，也可采用其它來源的10個(gè)

碳左右的α – 烯烴混合物，但合成油的綜合性略差。

1 – 癸烯目前多來自于乙烯聚合，乙烯由石油、天

然氣或煤制成。將來可由下面多種方式制備的原料

來生產(chǎn)低碳 PAO：（1）目前普遍被接受的烯烴復(fù)

分解機(jī)理是 Chauvin 等 [11]在 1971 年提出的金屬卡

賓催化烯烴復(fù)分解反應(yīng)機(jī)理，可由油酸制1 – 癸烯；

（2）采用可再生原料生成的合成氣通過費(fèi)托制備α–

烯烴；（3）各種綠色低碳乙烯制備技術(shù)，如通過

CCUS制備的綠色甲醇制備乙烯，綠色乙烯再齊聚

制1 – 癸烯。

木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)平臺(tái)化合物如烷基呋喃、

糠醛、5– 羥甲基糠醛和其他羰基化合物通過C–C偶

聯(lián)可進(jìn)行碳鏈增長，即通過羥基烷基化、共軛加成和

羥醛縮合等途徑實(shí)現(xiàn)碳鏈增長，得到的含氧中間體

經(jīng)加氫脫氧后轉(zhuǎn)化為支鏈化的烴類基礎(chǔ)油[12]。

合成油類型中，酯類合成基礎(chǔ)油消費(fèi)量僅次于

烴基合成油，這兩類合成基礎(chǔ)的復(fù)合使用可在添加

劑的溶解性能和橡膠材料相容性等方面相互取長補(bǔ)

短。酯類合成基礎(chǔ)油包括雙酯、多元醇酯和復(fù)酯。

雙酯通常是以二元酸與一元醇或一元酸與二元醇通

過酯化反應(yīng)制得，常用的有癸二酸、壬二酸、己二

酸的2 – 乙基己酯或C8～C10醇酯、C7～C9直鏈酸聚

乙二醇酯。多元醇酯通常以多元醇和一元酸通過酯

2024 年.第 4 期 張建榮．“雙碳”背景下潤滑劑的降碳作用 - 5 -

化反應(yīng)制得，常用的有C5～C9脂肪酸的三羥甲基丙

烷酯和季戊四醇酯。復(fù)酯通常是以二元酸和二元醇

通過酯化反應(yīng)生成長鏈分子，再由一元醇或一元酸

在端基酯化終止反應(yīng)而得，復(fù)酯的平均分子量一般

為800～1 500。目前酯類合成油的原料酸和醇來自

石油和動(dòng)植物油脂，后續(xù)根據(jù)合成酯基礎(chǔ)油低碳化

的需要可提高動(dòng)植物油比例，或進(jìn)一步采用其它低

碳化來源的酸和醇。

可通過可再生的動(dòng)植物油脂制備交內(nèi)脂。交

內(nèi)酯由脂肪酸的低聚反應(yīng)制得，不僅具有高黏度指

數(shù)、低蒸發(fā)損失和高生物降解率，還具有優(yōu)異的熱

氧化安定性和水解穩(wěn)定性[13]。脂肪酸的低聚反應(yīng)一

般分為縮合反應(yīng)和加成反應(yīng)?？s合反應(yīng)中，一種脂

肪酸中的羥基與另一種脂肪酸的羧基反應(yīng)，生成帶

羥基的脂肪酸酯[14]。加成反應(yīng)中，一個(gè)羧酸分子的

羧基進(jìn)攻另一個(gè)羧酸分子的雙鍵而加成生成脂肪酸

聚合物[15]。

3.1.2 添加劑

潤滑油中添加劑種類繁多，市場上銷售的許多

添加劑都含有比例不同的基礎(chǔ)油，純添加劑在潤滑

油中占比小于10%。不同潤滑油品種中的添加劑含

量不同。以油品消費(fèi)量最大的內(nèi)燃機(jī)油、液壓油和

齒輪油三大類為例，內(nèi)燃機(jī)油中添加劑占比最大，

其中功能型添加劑在最新配方中可達(dá)15%左右，還

有調(diào)制基礎(chǔ)油性能的黏度指數(shù)改進(jìn)劑和降凝劑；液

壓油中添加劑含量相對較低，低至 1%左右；齒輪

油居中，車輛齒輪油中功能劑在 5%左右，工業(yè)齒

輪油減半。其中用量較大的烷基苯磺酸鈣、烷基苯

磺酸鎂、硫化烷基酚鈣等內(nèi)燃機(jī)油清凈劑的制備都

需要α-烯烴，這些α-烯烴可用前面提到的多種綠色

低碳原料制備。各種添加劑中的烷基絕大部分都可

用前述各種方法制備。來自動(dòng)植物油中的脂肪酸可

直接制備減摩劑、抗磨劑、防銹劑等，也可利用脂

肪酸中的碳碳雙鍵和羧基的易反應(yīng)特點(diǎn)來制備多種

添加劑。

3.2 低碳生產(chǎn)過程

潤滑油主要采用調(diào)合工藝，使用裝置包括罐

式和管道調(diào)合設(shè)備，調(diào)合過程包括原料進(jìn)料、加

熱、攪拌等。潤滑脂的生產(chǎn)工藝比潤滑油稍復(fù)雜一

些，生產(chǎn)過程包括稠化劑制備、分散、冷卻和后處

理等。總體來說，潤滑油和潤滑脂生產(chǎn)工藝相對簡

單。在生產(chǎn)過程中降低碳排放主要是提高生產(chǎn)效率

和優(yōu)化過程控制；另采用工廠自產(chǎn)的離網(wǎng)綠電也是

降碳的一個(gè)重要途徑。

3.3 廢潤滑劑再循環(huán)

目前廢潤滑劑的再循環(huán)主要是廢潤滑油的再

生。再生工藝技術(shù)包括酸洗法、溶劑精制法、吸附

法、加氫精制法、膜分離法等[16-17]。我國目前已建

立一些廢潤滑油管理制度體系和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但

存在對非工業(yè)源廢潤滑油監(jiān)管不到位、部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

范制定年代久遠(yuǎn)等問題，還需注意回收管理、環(huán)境

保護(hù)、經(jīng)濟(jì)成本等方面。同時(shí)，根據(jù)目前再生潤滑

油的質(zhì)量和業(yè)內(nèi)認(rèn)可度，需進(jìn)一步提升質(zhì)量和采用

定向使用方式。

3.4 小結(jié)

從以上論述來看，在不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段有很

多方法來降低潤滑劑的生產(chǎn)原料基礎(chǔ)油和添加劑的

“含碳量”；以物理方式為主的潤滑劑生產(chǎn)過程所產(chǎn)

生的碳排放和污染物排放也較一般石化企業(yè)低。潤

滑劑行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)整個(gè)供應(yīng)鏈綠色低碳研究，制定相

關(guān)核查核算標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化各種潤滑劑碳足跡核算，以

促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。

4 結(jié)語

隨著全球?qū)Νh(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的重視，市場對

綠色、低碳潤滑劑需求將大幅增加。企業(yè)傾向于選

擇能夠降低碳排放、提高能效的潤滑劑產(chǎn)品，以滿

足自身環(huán)保需求和提升市場競爭力。目前，綠色、

低碳潤滑劑品類和性能還需進(jìn)一步研究開發(fā)。

潤滑劑能減少設(shè)備溫室氣體排放。目前汽油機(jī)

油在燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)評定方法的建立、產(chǎn)品的開發(fā)

和推廣應(yīng)用等方面走在前列。其它潤滑劑需研究建

立公認(rèn)的燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)方法，再開發(fā)出

大家公認(rèn)的具有節(jié)能降碳性能的產(chǎn)品。

從潤滑劑生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈來看，在不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)

展階段，有很多方法來使?jié)櫥瑒┑纳a(chǎn)原料基礎(chǔ)油

和添加劑低碳化，以物理過程為主的潤滑劑生產(chǎn)過

程可通過使用低碳能源來降低碳排放。

潤滑劑行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)整個(gè)供應(yīng)鏈綠色低碳研究，

制定相關(guān)核查核算標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)各種潤滑劑碳足跡

研究，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)這個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)向綠色低碳化的新

質(zhì)生產(chǎn)力方向發(fā)展。

- 6 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

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（3）：282-289.

八面來風(fēng)

BioBTX 公司推動(dòng)廢棄物轉(zhuǎn)化為芳烴

荷蘭初創(chuàng)公司BioBTX表示，在籌集到8 000萬歐元（約8 700萬美元）資金后，將在2026年底前利

用廢棄塑料和生物材料生產(chǎn)芳烴。該公司計(jì)劃在荷蘭Groningen建造一座工廠，可將約2萬噸/年的混合

塑料廢棄物轉(zhuǎn)化為苯、甲苯和二甲苯等化合物。該公司未來還可能建設(shè)規(guī)模更大的工廠，廢棄物處理

量約20萬噸/年。BioBTX公司的技術(shù)包括將生物質(zhì)和塑料蒸發(fā)成烴類的熱解工藝和使用沸石催化劑將

鏈狀烴轉(zhuǎn)化成芳烴的催化工藝。

（阮并元）

摘? 要：氫基能源是以氫氣為核心構(gòu)建的能源體系，包括可再生能源制取綠氫、綠色甲醇、綠氨等，具有清

潔零碳、靈活高效、來源豐富的特點(diǎn)，對于推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)型和減少溫室氣體排放具有重要意義。

該文圍繞中國氫基能源產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進(jìn)行了闡述，分析了電解水制氫、綠色甲醇、綠

色合成氨3種氫基能源發(fā)展的政策與市場背景，梳理了當(dāng)前我國氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)模、技術(shù)現(xiàn)

狀，研判氫基能源發(fā)展階段與未來趨勢，為氫基能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：氫基能源 綠氫 綠氨 綠色甲醇 規(guī)模 技術(shù)

氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

田澤普 1

，孟云龍 2

（1. 中國國際工程咨詢有限公司，北京 100048；

2. 北京能景科技咨詢有限公司，北京 102611）

收稿日期：2024-06-12

作者簡介：田澤普，博士研究生，高級工程師。2017 年畢業(yè)于北京大學(xué)石油地質(zhì)專業(yè)，目前從事氫能行業(yè)政策研究、項(xiàng)目評估、

產(chǎn)業(yè)咨詢工作。

通訊聯(lián)系人：孟云龍，碩士研究生，工程師。2023 年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）材料科學(xué)與工程專業(yè)，目前從事氫能行業(yè)

的產(chǎn)業(yè)研究及咨詢工作。mengyl@enerscen.com。

Development Status and Trends of Hydrogen-based Energy Industry

Tian Zepu1

，Meng Yunlong2

（1. China International Engineering Consulting Co., Ltd.，Beijing 100048；

2. Beijing EnerScen Technology Consulting Co., Ltd.，Beijing 102611）

Abstract: Hydrogen-based energy is a core energy system built around hydrogen, including renewable energy

production of green hydrogen, green methanol, green ammonia, and others. It features characteristics of clean, zerocarbon, flexibility, high efficiency, and abundant sources. It holds significant importance for advancing global energy

transition and reducing greenhouse gas emissions. The article provides a review of the current status and trends of

China's hydrogen-based energy industry, analyzing the policies and market backgrounds of green hydrogen, green

methanol, and green ammonia. It outlines the scale and technological status of China's hydrogen-based energy

industry development, assesses its development stages and future trends, aiming to provide insights and references

for the industry's growth.

Keywords: Hydrogen-based energy；green hydrogen；green ammonia；green methanol；scale；technology

2024 年 8 月·第 9 卷·第 4 期 >> 專家觀點(diǎn) <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：田澤普，孟云龍 . 氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 [J]. 石油石化綠色低碳，2024，9（04）：7-13.

- 8 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

氫因其具有的能源、原料、介質(zhì)三重屬性，構(gòu)

成了包括氫、甲醇、合成氨等的各類氫基能源。在

全球產(chǎn)業(yè)低碳、綠色發(fā)展大背景下，氫基能源成為

多個(gè)行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要載體。當(dāng)前，政策指引、

技術(shù)進(jìn)步、需求拉動(dòng)三點(diǎn)成為影響中國氫基能源整

體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。綠色氫氣供應(yīng)、綠醇需

求、綠氨需求這“一生產(chǎn)二應(yīng)用”的三個(gè)維度，在

短期內(nèi)將構(gòu)成氫基能源的重要支撐。分析其發(fā)展階

段和前景可“一葉知秋”，帶來更多對氫基能源發(fā)

展的思考。

1 電解水制氫：為規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)

1.1 政策：鼓勵(lì)類政策將破除綠色生產(chǎn)障礙

2023年國內(nèi)部分城市和地區(qū)提出諸多先行先試

政策，支持綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

一是破除優(yōu)化綠氫生產(chǎn)和使用的限制政策。

2023年6月發(fā)布的《河北省氫能產(chǎn)業(yè)安全管理辦法》

明確提出“化工企業(yè)的氫能生產(chǎn)，應(yīng)取得危險(xiǎn)化學(xué)

品安全生產(chǎn)許可[1]；綠氫生產(chǎn)不需取得危險(xiǎn)化學(xué)品

安全生產(chǎn)許可”。這是國內(nèi)首個(gè)對可再生能源制氫

在危化品許可方面有所放松的政策。該文件中也提

到了“允許在化工園區(qū)外建設(shè)電解水制氫（太陽

能、風(fēng)能等可再生能源）等綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目和制氫加

氫一體站?！?023年，廣東、遼寧大連、安徽六安、

新疆阿勒泰地區(qū)布爾津縣等地的氫能相關(guān)政策均提

出“允許在非化工園區(qū)建設(shè)制氫加氫一體站”[2]。

二是提供補(bǔ)貼支持綠氫生產(chǎn)。2023 年，多地

市針對綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目提出補(bǔ)貼政策，以按照綠氫銷

售量直接補(bǔ)貼等方式為主。如內(nèi)蒙古鄂爾多斯、新

疆克拉瑪依提出對當(dāng)?shù)貧錃猱a(chǎn)能大于 5 000 噸 / 年

的風(fēng)光制氫一體化項(xiàng)目主體，按實(shí)際售氫量進(jìn)行

1 500～4 000元/噸的退坡補(bǔ)貼[3]；廣東深圳則采取

對電解水制氫加氫一體站減免電費(fèi)等補(bǔ)貼措施。

1.2 規(guī)模：中國電解水制氫產(chǎn)能及電解槽需求量翻

倍增長

2023年電解水制氫新增產(chǎn)能（建成項(xiàng)目）約3.7

萬噸/年，同比增長約181%；截至2023年底，累計(jì)

產(chǎn)能達(dá)約7.2萬噸/年。綠氫項(xiàng)目產(chǎn)能的持續(xù)建設(shè)，

推動(dòng)電解槽需求量（在建項(xiàng)目）進(jìn)一步擴(kuò)張。2023

年，中國制氫電解槽需求量約 1.42 GW（不含出

口），同比增長約128%。2019—2025年中國綠氫產(chǎn)

圖1 2019—2025年中國綠氫產(chǎn)能變化

數(shù)據(jù)來源：中咨氫能中心，能景研究

注：2021—2022 年的產(chǎn)能為統(tǒng)計(jì)值，2024、2025 年產(chǎn)能為積極情境下的預(yù)測。產(chǎn)能 /（萬噸 /年）

60

50

40

30

20

10

0

2021 2022 2023 2024E 2025E

綠氫新增

綠氫累計(jì)

年份

能變化情況詳見圖1。

到 2023 年底，中國電解水制氫產(chǎn)能約 63% 集

中在西北新疆、寧夏兩?。煌瑫r(shí)約 80% 采用光伏

制氫，主要受中國石化庫車光伏制氫等示范項(xiàng)目帶

動(dòng)。電解水制氫項(xiàng)目產(chǎn)能的落地受各地區(qū)可再生能

源豐沛水平、技術(shù)成熟度、減碳需求、消納潛力等

因素影響。

短期來看，三北地區(qū)將成為電解水制氫產(chǎn)能主

要聚集地，風(fēng)電制氫或風(fēng)光一體化制氫占比將逐漸

升高。新疆、寧夏、內(nèi)蒙古等地是光伏資源或風(fēng)能

資源最豐富地區(qū)，光伏及風(fēng)電可利用小時(shí)數(shù)高，對

氫氣綜合成本的快速降低具有重要作用；此外，這

些地方分布有油氣加工、甲醇生產(chǎn)等一系列用氫裝

置，可對綠氫的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證并對

綠氫實(shí)現(xiàn)有效消納。

長期來看，東部沿?；?qū)⒊蔀橹袊G氫產(chǎn)能主

要來源之一，而風(fēng)電制氫為東部主要模式。東部沿海

各省陸上及海上風(fēng)電技術(shù)可開發(fā)量超過4 000 GW[4-5]，

占東部可再生能源可開發(fā)量7成左右；在全國煉化、

甲醇等用氫場景中，東部地區(qū)氫氣需求占總量50%

以上；東部沿海港口眾多，其氫基能源國際貿(mào)易也

將率先起步。

1.3 技術(shù)：產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，相關(guān)指標(biāo)提升

當(dāng)前中國與綠氫定義相關(guān)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)等尚未

出臺(tái) [6]，大型綠氫項(xiàng)目仍以并網(wǎng)、半離網(wǎng)等為主。

現(xiàn)階段市場對電解槽更看重制氫能耗等經(jīng)濟(jì)性、示

范性指標(biāo)。

2023年中國堿性電解槽進(jìn)入技術(shù)迭代階段。零

2024 年.第 4 期 - 9 -

部件性能進(jìn)展方面，部分國產(chǎn)化新型合金催化劑、

復(fù)合隔膜開始在國內(nèi)電解槽廠家試用。結(jié)合部分廠

家研發(fā)進(jìn)展，國產(chǎn)催化劑或隔膜等或可實(shí)現(xiàn)批量供

應(yīng)，1至2年內(nèi)在性能上迭代更新至國際前沿水平。

國內(nèi)主流的中壓柱形堿性電解槽結(jié)構(gòu)進(jìn)展方面，單

槽制氫量繼續(xù)增大，2023年有約10款2 000 Nm3

/h

單槽制氫電解槽推出，且推出3 000 Nm3

/h電解槽。

低壓方形堿性電解槽路線進(jìn)展方面，2023年中國推

出至少三款低壓方形堿性電解槽，其中單槽制氫量

最高達(dá)到3 000 Nm3

/h。

國內(nèi)堿性電解槽性能指標(biāo)不斷突破。一是額

定制氫電耗降低，電流密度升高。兩者主要與制氫

催化劑活性、隔膜電阻等因素有關(guān)。2023 年，主

要廠家產(chǎn)品的額定制氫電耗平均約為4.3 kW·h/Nm3

H2，電流密度約 3 200 A/m2

@1.8V。結(jié)合技術(shù)發(fā)

展，預(yù)測到 2025 年，堿性電解槽制氫平均電耗有

望降至約4.1 kW·h/Nm3

H2，同時(shí)電流密度升至4 000

A/m2

@1.8V。二是負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍更寬。電解槽負(fù)載

功率范圍主要受隔膜零部件、電解槽結(jié)構(gòu)、工程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面影響。2023 年，主要廠家的產(chǎn)品

負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍約為 25%～110%。受益于國內(nèi)電解

槽產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代升級與制氫項(xiàng)目工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積

累，到 2025 年堿性電解槽負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍有望達(dá)到

15%～110%。小型陣列式堿性電解槽方案中，并聯(lián)

的子模塊電解槽達(dá)到40臺(tái)，系統(tǒng)制氫量達(dá)到4 000

Nm3

/h。2021—2025年中國堿性電解槽制氫電耗及

電流密度發(fā)展趨勢見圖2。

國內(nèi)PEM電解槽技術(shù)水平也逐步提升。一是零

部件供應(yīng)鏈逐漸形成，國產(chǎn)質(zhì)子交換膜、催化劑技

術(shù)等逐漸實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；同時(shí)2023年以來燃料電池零部

件企業(yè)逐漸涉足PEM電解槽領(lǐng)域，開始探索燃料電

池極板、膜電極等向PEM電解槽的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。二是

2023 年新公開的 PEM 電解槽產(chǎn)品在制氫電耗、電

流密度等方面均有所提升，這主要得益于電解槽設(shè)

計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累以及催化劑的逐步優(yōu)化等。三是貴金

屬用量逐漸降低。2023年中國PEM電解槽貴金屬用

量仍較高，陽極部分貴金屬銥的負(fù)載量約1 mg/cm2

。

同時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)低銥催化劑技術(shù)，如核殼結(jié)構(gòu)、原位

制備等新型合成理念逐漸實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。到 2025

年，根據(jù)對技術(shù)轉(zhuǎn)化進(jìn)展的預(yù)判、各廠家披露的新

型催化劑量產(chǎn)規(guī)劃等因素，中國貴金屬銥的用量或

可降至約0.3 mg/cm2

。2021—2025年中國PEM電解

槽制氫電耗及電流密度發(fā)展趨勢詳見圖3。

田澤普，孟云龍．氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

圖2 2021—2025年中國堿性電解槽制氫電耗及電流

密度發(fā)展趨勢

數(shù)據(jù)來源：中咨氫能中心，能景研究

注：基于中國堿性電解槽市場前十企業(yè)披露數(shù)據(jù)平均總結(jié)。

制氫額定電耗 /（kW·h/Nm3

）

電流密度 /（A/m2@1.8V）

5.0

4.8

4.6

4.4

4.2

4.0

3.8

3.6

4 500

4 000

3 500

3 000

2 500

2 000

1 500

1 000

500

0

2021 2022 2023 2024 2025

制氫額定電耗

電流密度

時(shí)間

圖3 2021—2025年中國PEM電解槽制氫電耗及

電流密度發(fā)展趨勢

數(shù)據(jù)來源：中咨氫能中心，能景研究

注：基于中國 PEM 電解槽市場前十企業(yè)披露數(shù)據(jù)平均總結(jié)。

制氫額定電耗 /（kW·h/Nm3

）

電流密度 /（A/m2@1.8V）

4.6

4.5

4.4

4.3

4.2

4.1

4.0

3.9

3.8

3.7

30 000

25 000

20 000

15 000

10 000

5 000

0

2021 2022 2023 2024E 2025E

制氫額定電耗

電流密度

時(shí)間

1.4 成本：技術(shù)驅(qū)動(dòng)，成本不斷降低

電解水制氫成本由電解槽折舊成本、電力成

本、人工管理費(fèi)用、電解液材料成本等組成，其中

電力成本與電解槽折舊成本占主要部分。折舊成本

與電解槽系統(tǒng)成本、工作時(shí)長等有關(guān)，電力成本與

電價(jià)和電解槽電耗等相關(guān)。以如下工作場景為例進(jìn)

行核算：在一臺(tái)5 MW堿性電解槽工作6小時(shí)/日、

電解槽價(jià)格700萬元、壽命15年、電價(jià)（直接連接

的光伏、風(fēng)電）為0.2元/kW·h等計(jì)算條件下，電解

槽設(shè)備折舊成本約占總成本的31%，電力成本約占

51%，人力、耗材等成本占18%。

- 10 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

電解水制氫的降本路徑逐漸明確。根據(jù)已建

成的中國石化新疆庫車綠氫等示范項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)

階段采用光伏直接連接制氫情況下，綠氫生產(chǎn)成

本在16～25元/kg之間。其重要影響因素主要有電

解槽工作時(shí)長、電力成本兩大部分。工程及裝備

技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的發(fā)展將進(jìn)一步推動(dòng)綠氫成本降低，其

關(guān)鍵一是整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平提升，利用儲(chǔ)能、電

網(wǎng)等綜合解決方案提高電解槽及整體系統(tǒng)的工作時(shí)

長和利用水平，降低折舊成本；二是裝備技術(shù)進(jìn)

步，制氫電源、電解槽、光伏/ 風(fēng)電裝備等效率提

升，推動(dòng)發(fā)電成本降低以及制氫綜合電耗降低。

2 綠氫制甲醇：增量及存量市場均存機(jī)遇

2.1 政策：減碳政策推動(dòng)甲醇生產(chǎn)綠色轉(zhuǎn)型并帶來

綠色甲醇需求

國內(nèi)就推動(dòng)甲醇生產(chǎn)的綠色轉(zhuǎn)型頻繁出臺(tái)政

策。我國傳統(tǒng)甲醇產(chǎn)能中煤制甲醇占80%左右，其

余為天然氣與煤焦?fàn)t氣制甲醇。近年來在“雙控”

（能耗總量及強(qiáng)度）方針下，甲醇新建產(chǎn)能尤其煤

制甲醇受中央及地方嚴(yán)格限制。一是設(shè)置了煤制甲

醇新建裝置規(guī)格下限。國家發(fā)改委從《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》開始，明文限制新建

100 萬噸 / 年以下煤制甲醇生產(chǎn)裝置，抬高了煤制

甲醇新建投資成本。二是嚴(yán)卡煤耗、能耗指標(biāo)。山

東等省份規(guī)定，新建煤制甲醇產(chǎn)能必須對本省煤制

甲醇已有煤耗等進(jìn)行等量或減量替代（總量只減不

增）。三是碳排放指標(biāo)監(jiān)管或?qū)⑹站o。2023年7月中

央深改委通過《關(guān)于推動(dòng)能耗雙控逐步轉(zhuǎn)向碳排放

雙控的意見》文件，由以煤耗為指標(biāo)的“能耗雙控”

進(jìn)一步拓展到以碳排為指標(biāo)的“碳排雙控”，對甲

醇生產(chǎn)的碳資源利用水準(zhǔn)提出更高要求。與國家及

各地方對傳統(tǒng)甲醇生產(chǎn)多方面限制相對應(yīng)的是，以

碳捕集、綠氫、生物質(zhì)等為原料的新甲醇工藝路徑

成為鼓勵(lì)對象，如《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024

年本）》將“電解水制氫和二氧化碳催化合成綠色

甲醇”列入鼓勵(lì)類條目。

2023 年國際航運(yùn)領(lǐng)域的減碳政策帶動(dòng)了綠色

甲醇的國內(nèi)外市場需求。2023 年 7 月，國際海事

組織升級航運(yùn)業(yè)減碳目標(biāo)：“到2040年全球碳排放

較2008年至少降低70%”，并正式開展船舶碳排放

強(qiáng)度評級[7]。2024年，歐盟也開始正式對境內(nèi)停泊

船舶征收碳配額[8]。據(jù)此，大規(guī)模近零排氫基能源

（綠色甲醇與綠氨）替代傳統(tǒng)燃料成為最具潛力的

實(shí)現(xiàn)路徑。多重因素驅(qū)動(dòng)下，國際各大航運(yùn)龍頭開

始訂造甲醇及氨燃料船舶。2023年新訂造船舶中甲

醇船舶噸位占比達(dá)到 13%、首艘氨燃料船舶下單，

這為國際綠氫及氫基能源的消納帶來明確需求。國

際綠色甲醇相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定詳見表1。

表 1 國際綠色甲醇相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

項(xiàng)目 歐盟 RED1） 國際綠氫組織GHS 2.02）

碳排放 ≤0.56 kgCO2/kg 甲醇 ≤0.3 kgCO2/kg 甲醇

碳來源 生物質(zhì)、化石燃料來源尾氣

（減碳量不可重復(fù)計(jì)算）

生物質(zhì)來源；

直接空氣捕獲；

不可避免的工業(yè)排放；

支付過碳稅的碳排放

綠氫

來源

完全可再生電力制氫；

綠電比例超過 90% 的網(wǎng)電制氫

非綠電使用量不超過

5%，電力及生產(chǎn)過程碳

排≤1 kgCO2/kg

注：1）RED 為是歐盟推出的可再生能源指令；

2）GHS 為國際綠氫組織推出的國際綠氫標(biāo)準(zhǔn)。下同。

2023年甲醇船舶已成為國際航運(yùn)領(lǐng)域主流替代

燃料船舶路線之一。根據(jù)克拉克森數(shù)據(jù)，2023年全

球共下單甲醇燃料船130艘，同比增長202.3%。從

2023年訂單比例來看，全部燃料船型新增訂單中甲

醇船舶約占 13%（按船舶噸位，下同）；替代燃料

船型新增訂單中甲醇船舶約占28%，僅次于LNG燃

料船（56%）[9]。

2.2 規(guī)模：穩(wěn)步增長

截至 2023 年底，國內(nèi)已建成及在建綠色低碳

甲醇項(xiàng)目11項(xiàng)，綠色低碳甲醇總產(chǎn)能約36.6萬噸/

年。多數(shù)項(xiàng)目規(guī)模為10萬噸級以下水平，正處于技

術(shù)及商業(yè)示范階段。綠色低碳甲醇呈多技術(shù)路徑并

行發(fā)展格局，煤化工耦合綠氫、二氧化碳加氫、生

物質(zhì)耦合綠氫、生物質(zhì)直接氣化制甲醇4種技術(shù)路

線，前3者均需額外增加綠氫[10-12]。據(jù)能景研究預(yù)

測，基于低碳產(chǎn)業(yè)政策、碳達(dá)峰目標(biāo)、市場、技術(shù)

進(jìn)步等因素，預(yù)計(jì)到2025年中國低碳甲醇總產(chǎn)能或

可超過80萬噸/年。2021—2025年中國低碳甲醇產(chǎn)

能（不含耦合煤化工制甲醇）詳見圖4。

2.3 技術(shù)：三類綠色低碳甲醇技術(shù)帶來綠氫需求

綠氫的規(guī)?；?yīng)可行性得到驗(yàn)證，技術(shù)優(yōu)

化方向更加明確。制氫環(huán)節(jié)，綠氫規(guī)?；苽涔芾?/p>

技術(shù)逐步升級。2023 年首次實(shí)現(xiàn)百兆瓦級制氫電

解槽項(xiàng)目示范運(yùn)行；在項(xiàng)目投運(yùn)基礎(chǔ)上，如何實(shí)現(xiàn)

2024 年.第 4 期 - 11 -

量、成本等有較大差異。2023年開工的中能建松原

綠色氫氨醇一體化項(xiàng)目采用的“生物質(zhì)氣化制CO2

＋綠氫”工藝或是碳排放最低、甲醇產(chǎn)量最高的技

術(shù)路線之一。

（3）二氧化碳加氫制甲醇（綠氫或灰氫＋CO2）

技術(shù)方面，“二氧化碳加氫催化”、“碳捕集”兩項(xiàng)

核心技術(shù)逐步突破。從2023年建成的2項(xiàng)萬噸級二

氧化碳加氫制甲醇項(xiàng)目來看，“碳捕集”技術(shù)已實(shí)

現(xiàn)國產(chǎn)化，同時(shí)國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)將“降本”作為

“碳捕集”技術(shù)下一步研發(fā)重心之一；“二氧化碳加

氫催化”技術(shù)均源自冰島CRI公司，國內(nèi)來自大連

化物所的國產(chǎn)“二氧化碳加氫催化”技術(shù)正在規(guī)劃

進(jìn)行萬噸級示范。2023年中國煤制甲醇及氫基低碳

甲醇主流技術(shù)路徑詳見圖5。

圖5 2023年中國煤制甲醇及氫基低碳甲醇

主流技術(shù)路徑

綠氫 +CO2

煤

綠氫 + 煤

綠氫 +

生物質(zhì)

煤氣化 缺 H2

合成氣

CO變換

制 H2

富 H2

合成氣 甲醇

煤氣化 缺 H2

合成氣

富 H2

合成氣 甲醇

綠氧 綠氫

生物質(zhì)

氣化

缺 H2

合成氣

富 H2

合成氣 甲醇

綠氧 綠氫

碳捕集

CO2

催化

反應(yīng) 甲醇

綠氫

圖4 2021—2025年中國低碳甲醇產(chǎn)能

（不含耦合煤化工制甲醇）

數(shù)據(jù)來源：中咨氫能中心，能景研究

注：本圖未統(tǒng)計(jì)綠氫耦合煤化工制甲醇項(xiàng)目及未耦合綠氫的生物質(zhì)制甲醇項(xiàng)

目；二氧化碳加氫制甲醇的碳源主要指工業(yè)尾氣碳捕集來源的二氧化碳，包

含生物質(zhì)電廠尾氣，氫氣來源包括綠氫及工業(yè)副產(chǎn)氫。

產(chǎn)能 /（噸 /年）

80

70

60

50

40

30

20

10

0

2021 2022 2023 2024E 2025E

二氧化碳加氫制甲醇

綠氫耦合生物質(zhì)制甲醇

時(shí)間

能量管理系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化與整合、搭建更高效的

安全控制系統(tǒng)等，以實(shí)現(xiàn)制氫電解槽與波動(dòng)性風(fēng)光

電力的高效匹配，做到氧中氫或氫中氧濃度的及時(shí)

監(jiān)控及制氫系統(tǒng)自動(dòng)化響應(yīng)，或成為制氫側(cè)技術(shù)要

點(diǎn)。氫儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，高效供氫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐步優(yōu)

化。2023年首次實(shí)現(xiàn)“儲(chǔ)氫罐—輸氫管道”相結(jié)合

的煉化場景綠氫供應(yīng)技術(shù)模式。擴(kuò)展到甲醇合成場

景，在風(fēng)光制氫不穩(wěn)定與甲醇生產(chǎn)連續(xù)性用氫之間

存在矛盾的背景下，設(shè)計(jì)涵蓋電解槽BOP系統(tǒng)（氫

純化、電控等）、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、輸氫管道系統(tǒng)等高度

集成的一體化、低能耗、自動(dòng)化控制管理技術(shù)，或

是重點(diǎn)核心技術(shù)。

綠色低碳甲醇合成技術(shù)開啟實(shí)踐，核心裝備、

催化劑等進(jìn)入工業(yè)級應(yīng)用階段。

（1）綠氫耦合煤制甲醇（綠氫＋煤）技術(shù)方面，

低成本、高效的原有甲醇裝置改造技術(shù)逐步推進(jìn)。

一是控制及監(jiān)測系統(tǒng)的改造，對水煤氣變換、綠氫

儲(chǔ)罐及管道供應(yīng)等添設(shè)管理系統(tǒng)；二是智能管理策

略升級，由原有的煤制氫“氫/ 碳平衡”監(jiān)測自動(dòng)

控制升級為“煤制氫＋綠氫”“氫/碳平衡”監(jiān)測及

自動(dòng)控制。

（2）綠氫耦合生物質(zhì)制甲醇（綠氫＋生物質(zhì)）

技術(shù)方面，新型反應(yīng)路徑、新型氣化爐設(shè)計(jì)即將進(jìn)

入示范階段。生物質(zhì)氣化技術(shù)復(fù)雜多樣，不同生物

質(zhì)氣化工藝（含氣化劑、溫度、壓力等多維考慮）、

綠氫補(bǔ)充比例等條件下，甲醇生產(chǎn)的產(chǎn)量、碳排放

田澤普，孟云龍．氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

2.4 成本：與原料及工藝緊密相關(guān)

使用綠氫制甲醇的成本，一是取決于碳原料的

種類來源，二是看具體工藝對碳原料與綠氫的用量

要求。

（1）對于綠氫耦合煤制甲醇，煤價(jià)、綠氫替

代灰氫比例決定了甲醇成本，據(jù)估算其成本約在

1 700～3 500元/噸之間。

（2）對于綠氫耦合生物質(zhì)制甲醇，生物質(zhì)種類

及采收成本、生物質(zhì)加工工藝及綠氫用量對成本均

- 12 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

有影響，據(jù)估算其生產(chǎn)成本在3 500～5 000元/噸之

間。在部分生物質(zhì)收儲(chǔ)困難的地點(diǎn)或季節(jié)，成本或

超過5 000元/噸。

（3）對于二氧化碳加氫制甲醇，工藝及原料需

求相對確定，起決定因素的是二氧化碳捕集成本和

綠氫成本，據(jù)測算采用工業(yè)尾氣碳捕集并耦合綠氫

的生產(chǎn)成本約4 000～5 000元/噸。

3 綠色合成氨：各類應(yīng)用開始探索

3.1 政策：低碳船舶應(yīng)用推進(jìn)合成氨新增市場

合成氨是國內(nèi)能耗、碳排放標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的化

工領(lǐng)域之一，綠氨是重點(diǎn)鼓勵(lì)方向。合成氨生產(chǎn)以

煤制氨為主，其產(chǎn)能占合成氨總產(chǎn)能的 8 成左右。

十三五以來，合成氨領(lǐng)域展開了大規(guī)模產(chǎn)能升級與

落后產(chǎn)能淘汰。根據(jù)2024年5月27日發(fā)改委等5部

門發(fā)布的《合成氨行業(yè)節(jié)能降碳專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》，

到2025年底，能效基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能完成技術(shù)改造

或淘汰退出，并推動(dòng)以可再生能源替代煤制氫，提

高綠氫利用比例。各地方對于傳統(tǒng)合成氨的生產(chǎn)也

有嚴(yán)格限制，對綠氨則持積極鼓勵(lì)態(tài)度。如內(nèi)蒙古

明確規(guī)定不再審批合成氨項(xiàng)目，除確有必要建設(shè)的

綠氨以及焦?fàn)t煤氣綜合利用制合成氨項(xiàng)目；《產(chǎn)業(yè)

結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024年本）》將綠氨列為鼓勵(lì)

類條目。

2023年國際氨燃料船舶開始進(jìn)入訂造階段，帶

動(dòng)綠氨國內(nèi)外市場需求。中國以及日、韓的多家船

舶企業(yè)，如中國船舶、日本造船等均在布局氨燃料船

舶技術(shù)，在氨燃料供應(yīng)、氨內(nèi)燃機(jī)等方面的技術(shù)基本

打通。2023年比利時(shí)海事集團(tuán)向中船集團(tuán)旗下北海造

船訂造了8艘氨燃料動(dòng)力21萬噸散貨船，為全球大

型氨燃料動(dòng)力船舶領(lǐng)域首個(gè)訂單，計(jì)劃于2025年起

陸續(xù)交付。國際綠氨相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定詳見表2。

表 2 國際綠氨相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

項(xiàng)目 歐盟 RED II 國際綠氫組織 GHS 2.0

氫來源

離網(wǎng)制氫；

并網(wǎng)需要證明沒有采用

網(wǎng)電制氫

滿足碳排標(biāo)準(zhǔn)等

氨生產(chǎn)—

儲(chǔ)運(yùn)碳排放 約≤0.5 kgCO2/kg 氨 ≤0.3 kgCO2/kg 氨

3.2 規(guī)模：項(xiàng)目開工數(shù)量不斷增多

截至2023年底，國內(nèi)至少已有13項(xiàng)綠氨項(xiàng)目

開工，對應(yīng)已披露綠氨產(chǎn)能約79萬噸/年，大多計(jì)

劃于 2024、2025 年建成。以中小型項(xiàng)目為主，多

在20萬噸/年以下，如1.6萬噸/年的中能建張掖綠

氫合成氨一體化示范項(xiàng)目?；诘吞籍a(chǎn)業(yè)政策、市

場、技術(shù)進(jìn)步等因素預(yù)測，中國綠氨總產(chǎn)能到2025

年或可超過 110 萬噸 / 年，到 2030 年或可達(dá)到約

1 300 萬噸 / 年。不同規(guī)模綠氨項(xiàng)目數(shù)量占比（至

2023年底建成、在建及規(guī)劃項(xiàng)目）見圖6。

圖6 不同規(guī)模綠氨項(xiàng)目數(shù)量占比

（截至2023年底建成、在建及規(guī)劃項(xiàng)目）

29%

59%

10% 2%

?10з??

10～50з??

50～100з??

?100з??

3.3 技術(shù)：生產(chǎn)工藝簡單，但新增應(yīng)用場景仍需探索

工業(yè)合成氨生產(chǎn)采用Harber-Bosch工藝，化學(xué)

方程式為3H2+N2→2NH3，相對簡單。而氫氣來自

天然氣制氫或煤制氫，工藝復(fù)雜；氮?dú)鈦碜钥諝夥?/p>

離，工藝簡單。由于合成氨對氫氣來源無特殊需

求，完全可以使用綠氫替代工藝復(fù)雜的煤炭與天然

氣制氫，同時(shí)近乎實(shí)現(xiàn)零碳排放[13]。若采用綠氫替

代煤制氫與天然氣制氫步驟，可實(shí)現(xiàn)除供熱環(huán)節(jié)外

幾乎零碳排放。

綠氨生產(chǎn)碳源依賴低，工藝簡單，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模

上的優(yōu)先匹配。一方面，綠氨生產(chǎn)可做到擺脫對煤

炭產(chǎn)地的依賴，向綠氫產(chǎn)能中心聚集。與綠色甲醇

生產(chǎn)仍需煤炭做碳源不同（現(xiàn)階段空氣捕捉二氧化

碳成本過高），綠氨的生產(chǎn)原料只需綠氫與來自空

氣的低成本氮?dú)?，不再需要大量煤炭。因此綠氨生

產(chǎn)完全可以離開煤炭基地，轉(zhuǎn)而圍繞綠氫產(chǎn)能中心

實(shí)施。另一方面，綠氨生產(chǎn)工藝更加簡單，有利于

就地消納。除去復(fù)雜的煤制氫與天然氣制氫工藝后，

綠氨生產(chǎn)主要包含氮?dú)饪辗峙c氮?dú)浞磻?yīng)等環(huán)節(jié)，裝置

簡單，占地空間小，可搭配電解水制氫基地建設(shè)，實(shí)

現(xiàn)分布式制氫制氨，做到綠氫實(shí)時(shí)消納。而綠色甲

醇還需要復(fù)雜的CO生產(chǎn)或碳捕捉裝置，不利于隨

制氫基地分布式建設(shè)。

國內(nèi)綠氨消納場景仍處于探索階段。相對于

2024 年.第 4 期 - 13 -

較易實(shí)現(xiàn)的綠氨生產(chǎn)，國內(nèi)對綠氨下游消納場景的

探索仍相對有限，體現(xiàn)在氨能利用技術(shù)不成熟與應(yīng)

用面狹窄兩方面。技術(shù)方面，氨燃機(jī)、氨燃料電池

等技術(shù)仍不成熟，相關(guān)示范應(yīng)用很少；且氨燃料直

接利用或作為氫能載體的技術(shù)路線不確定，限制綠

氨推廣。應(yīng)用方面，盡管國內(nèi)已有中國船舶集團(tuán)研

發(fā)氨燃料動(dòng)力船舶、富大紫金研發(fā)氫氨燃料電池客

車等綠氨利用的探索，但總體上集中在船舶航運(yùn)領(lǐng)

域，汽車、重卡等領(lǐng)域尚未啟動(dòng)探索，難以形成更

加普適化的綠氨能源模式。

3.4 成本：取決于風(fēng)光電力成本

綠氨生產(chǎn)工藝簡單，主要成本來自制氫及供熱

等過程的電力消耗、電解槽及合成氨系統(tǒng)折舊成本

等。其中，電力成本占據(jù)最大部分，在風(fēng)、光直供

電場景電價(jià)0.1～0.25元/kW·h情況下，據(jù)測算電力

成本占綠氨生產(chǎn)成本的60%～80%?，F(xiàn)階段，根據(jù)

大安風(fēng)光制綠氫合成氨一體化示范項(xiàng)目等披露的數(shù)

據(jù)，國內(nèi)綠氨的生產(chǎn)成本在2 600～3 500元/噸左

右，與各地區(qū)風(fēng)、光資源的豐沛程度有直接關(guān)系。

4 結(jié)語

氫基能源在政策指引和市場需求拉動(dòng)下，產(chǎn)

業(yè)規(guī)模逐漸增長，技術(shù)體系快速發(fā)展并帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)性

不斷提升，良好前景正逐漸顯現(xiàn)。氫基能源作為構(gòu)

建未來新型能源體系的重要一環(huán)，在國內(nèi)外節(jié)能政

策與減碳政策推動(dòng)下，利用價(jià)值及需求方向逐漸

顯現(xiàn)。綠氫、綠氫制甲醇、綠氨作為氫基能源的

三個(gè)領(lǐng)域，均已成為國內(nèi)重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展方向。同

時(shí)，2023年起，國內(nèi)氫基能源示范項(xiàng)目加快布局，

在項(xiàng)目開展數(shù)量、項(xiàng)目規(guī)模上均不斷突破，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)

目經(jīng)驗(yàn)的逐步積累，也推動(dòng)制氫裝備、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等

技術(shù)的快速產(chǎn)業(yè)化與迭代升級。目前，國內(nèi)氫基能

源產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化初期，示范項(xiàng)目與裝備、工程

技術(shù)的相互驗(yàn)證推動(dòng)，以及新型核心材料、裝備等

技術(shù)的突破，將是現(xiàn)階段發(fā)展的主旋律，推動(dòng)氫

基能源成本經(jīng)濟(jì)性的不斷提升及產(chǎn)業(yè)生態(tài)的逐步

構(gòu)建。

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分析[J]．現(xiàn)代化工，2023，43（11）：1-4+9．

田澤普，孟云龍．氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

摘? 要：氫能是一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，推動(dòng)氫能在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的發(fā)展，對于構(gòu)建清

潔、可持續(xù)發(fā)展的交通能源體系具有重要意義。作為重要的氫能基礎(chǔ)供應(yīng)設(shè)施，加氫站建設(shè)正處于

加速期。隔膜式壓縮機(jī)是加氫站內(nèi)核心設(shè)備，隨著運(yùn)行周期增長，已接連發(fā)生多起膜片破裂事件。

該文對加氫站常用氫氣壓縮機(jī)進(jìn)行了對比分析，重點(diǎn)圍繞某加氫站隔膜式氫氣壓縮機(jī)膜片破裂事件

分析了產(chǎn)生原因，給出了加氫站升級措施，最后針對當(dāng)前加氫站安全穩(wěn)定運(yùn)行和高質(zhì)量發(fā)展面臨的

關(guān)鍵共性問題提出了相關(guān)發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：氫能 加氫站 隔膜壓縮機(jī) 膜片破裂 液驅(qū)壓縮機(jī) 氫氣泄露

加氫站隔膜式氫氣壓縮機(jī)膜片破裂原因

分析及發(fā)展建議

曹田田

（中國石化銷售股份有限公司，北京 100728）

收稿日期：2024-06-23

作者簡介：曹田田，博士研究生，高級工程師。2018 年畢業(yè)于清華大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)，目前主要從事新能源相關(guān)工作。

通訊聯(lián)系人：曹田田，caott65855@sinopec.com。

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（項(xiàng)目編號(hào)：2022YFB400**00）

Cause Analysis and Development Suggestion of the Diaphragm Rupture

of Hydrogen Compressor in Hydrogen Refueling Stations

Cao Tiantian

（SINOPEC Sales Co., Ltd.，Beijing 100728，China）

Abstract: Hydrogen energy is a clean, efficient, safe and sustainable secondary energy. Promoting the development and

utilization of hydrogen energy in the field of transportation is of great significance for building a clean and sustainable

transportation energy system. As an important basic hydrogen energy supply facility, the construction of hydrogen

refueling stations is in the accelerating period. The diaphragm compressor is the core equipment in hydrogen refueling

stations. With the long cycle operation, many diaphragm rupture events have occurred. This paper compares and

analyzes two commonly used hydrogen compressors in hydrogen refueling stations. The causes of diaphragm rupture of

diaphragm compressor in a hydrogen refueling station are further analyzed, and the upgrading measures for hydrogen

refueling stations are given. Finally, relevant development suggestions are put forward for the key common problems in

the safe, stable operation and high-quality development of hydrogen refueling stations.

Keywords: hydrogen energy；hydrogen refueling stations；diaphragm compressor；diaphragm rupture；liquiddriven compressors；hydrogen leakage

2024 年 8 月·第 9 卷·第 4 期 >> 熱點(diǎn)剖析 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：曹田田 . 加氫站隔膜式氫氣壓縮機(jī)膜片破裂原因分析及發(fā)展建議 [J]. 石油石化綠色低碳，2024，9（04）：14-20.

2024 年.第 4 期 曹田田．加氫站隔膜式氫氣壓縮機(jī)膜片破裂原因分析及發(fā)展建議 - 15 -

氫能作為未來清潔能源體系的重要組成部分，

是交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要能源載體，是

落實(shí)能耗雙控向碳排放雙控轉(zhuǎn)變、推進(jìn)雙碳目標(biāo)落

地的重要保障，在構(gòu)建現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系、保障能

源安全、形成新質(zhì)生產(chǎn)力等方面具有重要意義[1-5]。

隨著政策的持續(xù)推動(dòng)、技術(shù)的迭代升級、示范應(yīng)用

的不斷擴(kuò)大，目前氫能交通產(chǎn)業(yè)已從產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期

進(jìn)入提速關(guān)鍵期 [6-8]。近年來燃料電池汽車?yán)塾?jì)銷

量呈現(xiàn)快速增長趨勢，如圖1所示。截至2024年6

月，燃料電池汽車?yán)塾?jì)銷量為20 740輛，已應(yīng)用于

公交、輕客、輕卡、冷藏車、重卡、工程車等多種

車型[9]。

圖3 加氫站工藝原理

高壓氫

放散

制冷

系統(tǒng)

長管拖車 卸氫系統(tǒng) 45 MPa

增壓系統(tǒng)

高壓氫

放散

45 MPa

儲(chǔ)氫系統(tǒng)

45 MPa

加注系統(tǒng)

90 MPa

加注系統(tǒng)

70 MPa

氫能汽車

制冷

系統(tǒng)

90 MPa

增壓系統(tǒng)

90 MPa

儲(chǔ)氫系統(tǒng)

35 MPa

氫能汽車

氮?dú)庀到y(tǒng)

圖1 中國燃料電池汽車?yán)塾?jì)銷量及增長率

25 000

20 000

15 000

10 000

5 000

0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0

銷量 /輛

增長率，

%

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024/06 2016

年份

639

1 911

3 438

7 352

6 175

8 938

18 096

12 305

20 740

199%

80% 80%

燃料電池汽車?yán)塾?jì)銷量

燃料電池汽車增長率

19% 22% 38% 47%

加氫站作為氫能交通領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)供能設(shè)

施，近年來也在穩(wěn)步發(fā)展，如圖2所示[10]。據(jù)香橙

會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2024年6月，中國累計(jì)建成加氫

站426座，成為全球加氫站最多的國家。盡管加氫

站建設(shè)取得較大進(jìn)展，但其長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行卻

面臨諸多挑戰(zhàn)，特別是因站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備故障導(dǎo)致的

全站停運(yùn)時(shí)有發(fā)生。

加氫站設(shè)備主要包括卸氣柱、順序控制盤、氫

氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫瓶組、加氫機(jī)、控制系統(tǒng)等，工藝

原理如圖3所示[11]。其中氫氣壓縮機(jī)是加氫站的核

心設(shè)備，作用是將長管拖車提供的低壓氫氣增壓至

目標(biāo)壓力（45.0 MPa甚至87.5 MPa），并儲(chǔ)存在高

壓儲(chǔ)氫容器或直接進(jìn)行加注，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接

影響加氫站的運(yùn)營。

1 壓縮機(jī)主要類型及對比分析

加氫站用壓縮機(jī)主要分為隔膜式和液驅(qū)式兩

大類，其他還有氣驅(qū)式和離子液體式。氣驅(qū)式壓縮

圖2 中國加氫站數(shù)量及增長率

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

數(shù)量 /個(gè)

增長率，

%

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024/06 2016

年份

10 19 36 51

118

218

324

407

426

90% 89%

42%

131%

85%

49%

26%

加氫站數(shù)量

加氫站增長率

- 16 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

圖4 隔膜式氫氣壓縮機(jī)及三層膜片結(jié)構(gòu)示意

三層膜片結(jié)構(gòu)

油濾

注射油泵

排量可調(diào)

流量視鏡

旁通閥

潤滑油池

壓縮機(jī)機(jī)身

液壓油單向閥

壓力開關(guān)

安全閥

放空閥

壓縮端

壓力表 排氣閥 進(jìn)氣閥 油壓安全閥

泄漏檢測系統(tǒng)

油側(cè)密封

油側(cè)膜片

氣側(cè)膜片

氣側(cè)密封

帶泄漏通道的中間膜片 定位銷

泄漏檢測密封

泄漏檢測孔

機(jī)由于排量限制和技術(shù)迭代已逐步退出市場；離子

液體壓縮機(jī)價(jià)格昂貴、專利技術(shù)信息封閉，使用案

例較少 [12]。隔膜式壓縮機(jī)進(jìn)入市場較早，因此國

內(nèi)加氫站普遍采用隔膜式壓縮機(jī)，市場占有率超過

60%。2018年液驅(qū)壓縮機(jī)首次在加氫站領(lǐng)域使用，

經(jīng)過近年發(fā)展市場份額正逐年遞增。

隔膜式氫氣壓縮機(jī)的工作原理如圖4所示。由

曲軸連桿的機(jī)械傳動(dòng)裝置將電機(jī)提供的動(dòng)力傳導(dǎo)

至液壓油，進(jìn)而推動(dòng)膜片往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)氫氣的壓

縮[13-15]。其優(yōu)勢包括如下四點(diǎn)：一是通過一組薄膜

片將液壓油系統(tǒng)與氣體壓縮系統(tǒng)物理隔絕，實(shí)現(xiàn)氣

體完全不受污染，從而滿足燃料電池汽車對高純氫

氣的質(zhì)量要求；二是壓縮比相對較大，可實(shí)現(xiàn)低壓

進(jìn)氣高壓出氣，便于從長管拖車中卸出更多氫氣，

提升整站經(jīng)濟(jì)性；三是密封性能好，適合壓縮危險(xiǎn)

性較高的氣體；四是隔膜式壓縮機(jī)采用電機(jī)直接驅(qū)

動(dòng)，用電效率相對較高。然而，隔膜式氫氣壓縮機(jī)

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也存在諸多問題。首先是采購成本較高，

核心部件、零件未能完全國產(chǎn)化，特別是作為核心

運(yùn)動(dòng)件的隔膜片價(jià)格較高，且屬于易損件（質(zhì)保壽

命4 000 h，實(shí)際運(yùn)行時(shí)間通常更短），維護(hù)成本高；

其次，為盡可能降低高壓氫氣對隔膜片的氫脆作用，

需嚴(yán)格控制氫氣壓縮溫度及氫氣氣源質(zhì)量；最后，

隔膜壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的前提是進(jìn)、出氣口條件相對

穩(wěn)定，因此不適合頻繁啟停。

液驅(qū)式壓縮機(jī)是通過液驅(qū)系統(tǒng)推動(dòng)兩端活塞

進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，使活塞與端蓋之間封閉的氫氣增壓，其

工作原理如圖5所示。與隔膜式壓縮機(jī)相比，其優(yōu)

勢在于以下三點(diǎn)：一是允許壓縮比在一定范圍內(nèi)變

化，使用工況更加靈活；二是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，

維修的工作量、空間、費(fèi)用要求均相對較低；三是

絕熱條件下，排氣溫度較低，冷卻氫氣所需的冷量

相對較少[16-17]。其缺點(diǎn)在于以下三點(diǎn)：一是密封圈

材質(zhì)要求較高，壽命較短，同時(shí)氫氣與液壓油之間

通過活塞環(huán)隔離，長期使用后活塞環(huán)難免磨損，微

量滲漏情況下油分子可能粘附在連桿上，通過連桿

傳導(dǎo)至氣體壓縮間，短時(shí)間影響燃料電池性能，長

時(shí)間影響燃料電池壽命；二是電機(jī)不是直接驅(qū)動(dòng)氣

體，相對用電量稍大；三是液驅(qū)式壓縮機(jī)為了確保

密封效果，對缸體、活塞的加工、裝配工藝、精度

要求高，能耗提升空間不大。隔膜壓縮機(jī)與液驅(qū)壓

縮機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比如表1所示。

2 隔膜壓縮機(jī)膜片破裂原因分析——以某加氫站

膜片破裂事故為例

2.1 事件簡單回顧

某加氫站在日常運(yùn)營中出現(xiàn)2號(hào)加氫槍流速過

慢情況。經(jīng)現(xiàn)場排查，加氫槍過濾器有明顯水珠，

2024 年.第 4 期 曹田田．加氫站隔膜式氫氣壓縮機(jī)膜片破裂原因分析及發(fā)展建議 - 17 -

表 1 隔膜壓縮機(jī)與液驅(qū)壓縮機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比

隔膜壓縮機(jī) 液驅(qū)壓縮機(jī)

理論排量（1）/Nm3 460～1 000 480～1 000

設(shè)備投資（2）/ 萬元 進(jìn)口：140～150

國產(chǎn)：100～110

進(jìn)口：130～140

國產(chǎn)：100～110

年維護(hù)費(fèi)用（3）/ 萬元 7～8 4～5

電機(jī)功率 / kW 55～110 45～90

進(jìn)氣壓力 / MPa 3～20 ≥2

工作噪音 / dB 67～70 70～75

帶載水平 / 啟停頻率 不能帶載啟機(jī)；需設(shè)置循環(huán)系統(tǒng)，減少頻繁啟停 可帶載啟機(jī)、頻繁啟 / 停（適用于臨時(shí)性充裝）

泄露預(yù)警 采用密閉結(jié)構(gòu)，可使用壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測及

自動(dòng)化報(bào)警

微量泄露依靠人員定期檢查，

泄露量大時(shí)能自動(dòng)化報(bào)警

設(shè)備基礎(chǔ) 需建造專用基礎(chǔ)工程 基礎(chǔ)工程只需滿足強(qiáng)度

注：（1）12.5 MPa 進(jìn)氣壓力；（2）按 500 kg/12 h 排量；（3）日加氫量 250 kg 以上，不含大修。

圖5 某型號(hào)液驅(qū)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意

活塞運(yùn)行方向

油

缸

平衡通氣管

液壓油入口 液壓油出口

隔離密封

隔離腔

氣泄漏檢測

油泄漏檢測

氣泄漏檢測

二級排氣

一級排氣 二級進(jìn)氣 活塞桿氣密封

一級進(jìn)氣

如圖6（a）所示。排除過濾器水汽堵塞的原因后，

故障仍未解除。通過查看壓縮機(jī)狀況發(fā)現(xiàn)，曲軸箱

內(nèi)油液處于視窗以下位置，且2級機(jī)頭油氣泄漏探

測系統(tǒng)（LDS）膜片泄漏數(shù)值偏高，如圖6（b）所

示。隨后發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)出口管路內(nèi)存在油漬，最終排

查出故障來源于壓縮機(jī)隔膜片。拆除膜頭后確認(rèn)該

加氫站1號(hào)45 MPa隔膜壓縮機(jī)2級膜頭的三層膜片

發(fā)生破裂，液壓油進(jìn)入整個(gè)管路系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場管路

清洗、膜片更換、檢驗(yàn)測試等搶修后，該45 MPa隔

膜壓縮機(jī)于6日后實(shí)現(xiàn)正式運(yùn)轉(zhuǎn)，10日后全站恢復(fù)

正常運(yùn)行。

2.2 事件原因深層次分析

隔膜壓縮機(jī)膜片破裂的原因有很多，與膜片 圖6 現(xiàn)場故障排查

（a）過濾器水珠現(xiàn)象 （b）LDS 膜片泄漏數(shù)值偏高

- 18 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

析過程如下。

2.2.1 排除材料不合格原因

委托第三方檢測機(jī)構(gòu)對膜片化學(xué)元素、金相

和機(jī)械性能等進(jìn)行分析，結(jié)果如表2、表3、表4所

示。分析表明膜片主要由鎳、鐵、鉻、鉬等元素組

成，顯微組織為奧氏體加碳化物，氣側(cè)和油側(cè)膜片

均采用INCONEL 718材質(zhì)，排除了壓縮機(jī)膜片材料

表 2 化學(xué)分析結(jié)果 %（w）

元素 C Si Mn P S Cr Ni Al Mo Co Ti Cu B Fe

含量 0.056 0.067 0.25 0.008 3 ＜ 0.003 0 18.03 52.16 0.54 3.04 0.35 1.06 0.056 ＜ 0.005 余量

表 3 室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng)目 試驗(yàn)溫度 /℃ 抗拉強(qiáng)度 Rm/MPa 規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度 Rp0.2/MPa 斷后伸長率 A，% 斷面收縮率 Z，%

數(shù)值 23 1 430 1 263 32.0 –

表 4 維氏硬度檢驗(yàn)結(jié)果

檢測次數(shù) 1 2 3 平均值

結(jié)果 464 HV0.5/46.5HRC 472 HV0.5/47.1HRC 469 HV0.5/46.8HRC 468 HV0.5/46.8HRC

材料、膜腔結(jié)構(gòu)、液壓油流道、氣路流道、加工工

藝、啟?？刂?、油氣壓力伴隨關(guān)系控制、工作腔溫

度控制等都有關(guān)系[18-19]。另外對壓縮機(jī)膜片等核心

部件工作狀態(tài)的監(jiān)測水平以及聯(lián)鎖措施會(huì)直接影響

事件等級。根據(jù)事件發(fā)生的相關(guān)記錄數(shù)據(jù)、膜片材

料化學(xué)元素和膜片性能分析、設(shè)備廠商原因分析、

集成商原因分析、專家意見，并經(jīng)過技術(shù)論證，分

圖7 膜片破裂示意

（a）油測膜片 （b）中間側(cè)膜片 （c）氣測膜片

存在批次差異、膜片材質(zhì)不合格的原因。

2.2.2 顆粒物直接導(dǎo)致膜片破裂

通過對三層膜片的破裂位置及破裂程度分析，

如圖7所示，膜片的破裂泄漏主要有兩道泄漏通道。

壓縮機(jī)自動(dòng)補(bǔ)油系統(tǒng)液壓油中的顆粒物（可能來源

于膜片運(yùn)行過程與配油盤碰撞疲勞產(chǎn)生的細(xì)小顆粒

物或曲軸箱運(yùn)行產(chǎn)生的機(jī)械碎屑等）造成油側(cè)膜片

邊緣位置出現(xiàn)微孔破裂，產(chǎn)生第一泄漏通道，表現(xiàn)

特征為孔徑小，泄漏量小；少量介質(zhì)進(jìn)入到三層膜

片中間間隙內(nèi)，造成三層膜片運(yùn)行時(shí)不能緊密貼

合，油側(cè)膜片加劇撞擊配油盤，進(jìn)而加劇膜片疲勞

程度，導(dǎo)致三層膜片中間位置出現(xiàn)長縫破裂，產(chǎn)生

第二泄漏通道，表現(xiàn)特征為裂紋大，泄漏量大，破

裂程度由油側(cè)向氣側(cè)逐漸嚴(yán)重，并有明顯的油側(cè)向

氣側(cè)凹陷痕跡。

2.2.3 氫氣泄漏報(bào)警連鎖響應(yīng)不及時(shí)

壓縮機(jī)膜片破裂、液壓油進(jìn)入氫氣管路系統(tǒng)

時(shí)，壓縮機(jī)泄漏檢測系統(tǒng)未及時(shí)報(bào)警連鎖停機(jī)，主

要是三層膜片相對貼合運(yùn)行，破裂時(shí)高壓液壓油直

接進(jìn)入氣側(cè)膜腔，收集槽中泄露的介質(zhì)壓力未達(dá)到

報(bào)警條件（15 PSI）。隨著液壓油減少、壓力降低，

氫氣通過氣側(cè)膜片裂縫進(jìn)入中間膜片的收集槽，才

最終引起泄漏報(bào)警，此過程需要一段時(shí)間。

2.2.4 液壓油竄入工藝設(shè)備及管道

工藝系統(tǒng)中未安裝過濾阻斷保護(hù)裝置壓縮機(jī)液

壓油進(jìn)入氫氣管道中后，隨高壓氣流進(jìn)入壓縮機(jī)后

端的相關(guān)輸氫管道及低壓儲(chǔ)氫容器。

2.2.5 報(bào)警信息處置不當(dāng)

應(yīng)急處置不及時(shí)，壓縮機(jī)報(bào)警信息僅為“1#

壓

縮機(jī)故障”，報(bào)警信息描述不明確，無法判斷故障

原因；報(bào)警信息等級為“提示”，分級不合理，降

低了聯(lián)鎖控制等級；此外站控系統(tǒng)日常報(bào)警信息非

常多，未引起相關(guān)人員的重視和及時(shí)合理處置，僅

按提示報(bào)警類處置規(guī)程做了簡單復(fù)位操作。

3 加氫站升級措施

針對該事件，結(jié)合后續(xù)的故障排查、測試分析

2024 年.第 4 期 曹田田．加氫站隔膜式氫氣壓縮機(jī)膜片破裂原因分析及發(fā)展建議 - 19 -

以及另一起膜片破裂事件，從隔膜壓縮機(jī)運(yùn)行工藝

出發(fā)，提出加氫站安全管理措施。

3.1 降低膜片故障率、提高膜片使用壽命

一是優(yōu)化加氫工藝，降低二級膜頭油側(cè)壓力，

并盡可能提高液壓油與膜片的瞬時(shí)接觸面積，調(diào)整

儲(chǔ)氫瓶組充氣邏輯，驗(yàn)證增設(shè)背壓閥、隨動(dòng)閥可能

性，減少氣側(cè)壓力驟變幅度和次數(shù)；二是加強(qiáng)對氫

氣和液壓油的檢測分析，委托專業(yè)的第三方定期檢

測氫氣、液壓油顆粒物，升級過濾裝置（建議選用

玻璃纖維過濾器），嚴(yán)格按照操作規(guī)范定期更換液

壓油，防止顆粒物進(jìn)入壓縮機(jī)缸體。

3.2 強(qiáng)化氫氣泄漏連鎖報(bào)警功能

聯(lián)合相關(guān)設(shè)計(jì)單位和壓縮機(jī)廠家，更改LDS系

統(tǒng)設(shè)置，增設(shè)壓力變送器，實(shí)時(shí)檢測壓力值；同時(shí)

提升監(jiān)測靈敏度（泄漏值達(dá)到 7.5 PSI 時(shí)即預(yù)警），

確保在泄漏的第一時(shí)間做出響應(yīng)，落實(shí)“不泄漏、

早發(fā)現(xiàn)、防積聚”的處置原則。

3.3 防止液壓油竄入管路系統(tǒng)

在壓縮機(jī)出口處增設(shè)阻油裝置和壓差感應(yīng)預(yù)警

裝置，阻油裝置后端的壓力與壓縮機(jī)橇排氣的壓力

差達(dá)到1.5 MPa并持續(xù)5 s后聯(lián)鎖壓縮機(jī)停機(jī)。膜片

出現(xiàn)三層擊穿現(xiàn)象時(shí)，若LDS泄漏監(jiān)測無法第一時(shí)

間做出響應(yīng)，系統(tǒng)應(yīng)具備本質(zhì)安全防護(hù)措施，防止

油腔內(nèi)的液壓油經(jīng)膜片破裂位置泄漏至氣腔，進(jìn)而

進(jìn)入管路系統(tǒng)，造成大面積污染。

3.4 落實(shí)并強(qiáng)化安全管理制度

加強(qiáng)對施工方、設(shè)備集成商的管理。施工方要

嚴(yán)格按照設(shè)備廠商要求安裝壓縮機(jī)；設(shè)備集成商要

進(jìn)一步優(yōu)化站控系統(tǒng)，務(wù)必報(bào)警突出、分級明確、

權(quán)限優(yōu)化，滿足安全管理要求。加強(qiáng)對加氫站一線

操作人員的培訓(xùn)。請經(jīng)驗(yàn)豐富的加氫站長授課和現(xiàn)

場指導(dǎo)，并將加氫站壓縮機(jī)故障案例和處置方法制

作成冊，建立《作業(yè)指導(dǎo)書》、危害識(shí)別卡、HSE

觀察卡的“一書兩卡”制度。

4 加氫站高質(zhì)量發(fā)展的相關(guān)建議

通過該事件，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前加氫站的建設(shè)和運(yùn)營面

臨共性問題亟待解決。

4.1 加快關(guān)鍵設(shè)備及部件的國產(chǎn)化開發(fā)以及工藝流

程的優(yōu)化

目前隔膜壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件仍需進(jìn)口，安全

穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備經(jīng)濟(jì)性等無法完全滿足加氫站

要求；且優(yōu)質(zhì)集成商數(shù)量偏少，大多由設(shè)備復(fù)雜程

度較低的加氫機(jī)廠家向上集成設(shè)備復(fù)雜度較高的壓

縮機(jī)廠家，專業(yè)技術(shù)水平有限。建議加速國產(chǎn)化開

發(fā)45 MPa甚至90 MPa高壓力等級隔膜壓縮機(jī)，在

此基礎(chǔ)上重點(diǎn)關(guān)注膜片（膜片實(shí)際使用壽命應(yīng)增至

4 000 h以上）等關(guān)鍵部件性能；同時(shí)集成商應(yīng)提升

集成水平，研究各裝備運(yùn)行工藝，提高加氫站整站

工藝水平。

圖8 加氫站站控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容

系統(tǒng)維護(hù)流程

系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化

控制邏輯模塊化

安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

工藝流程安全規(guī)定

系統(tǒng)操作安全規(guī)定

應(yīng)急處理標(biāo)準(zhǔn)化

防爆處理標(biāo)準(zhǔn)化

系統(tǒng)性能與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

流程控制模塊

供配電模塊

設(shè)備監(jiān)控

數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)驗(yàn)收

維護(hù)與升級標(biāo)準(zhǔn)化

加氫站站控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化

- 20 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

4.2 培養(yǎng)加氫站專業(yè)化人才及隊(duì)伍

目前加氫站設(shè)備維保主要依賴集成商的維保團(tuán)

隊(duì)，部分團(tuán)隊(duì)缺乏設(shè)備制造廠家的專業(yè)指導(dǎo)，很多

加氫站已成為集成商培訓(xùn)維修人員的試驗(yàn)場，維保

缺乏系統(tǒng)性、規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)性。建議加大對專業(yè)人

才的培養(yǎng)力度，務(wù)必使加氫站工作人員熟悉掌握理

論知識(shí)及相關(guān)技能。

4.3 建立標(biāo)準(zhǔn)化站控系統(tǒng)和統(tǒng)一風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控平臺(tái)

目前加氫站站控系統(tǒng)差異較大，PLC各控制程

序兼容性差，通訊方式多樣；同時(shí)安全聯(lián)鎖控制策

略也不同，運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)加大。建議加氫站運(yùn)營商建立

標(biāo)準(zhǔn)化的站控系統(tǒng)，規(guī)范行業(yè)亂象，同時(shí)加快部署

集中監(jiān)控的風(fēng)險(xiǎn)平臺(tái)，提升加氫站運(yùn)營安全性。

5 結(jié)語

加氫站作為交通運(yùn)輸領(lǐng)域氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)

設(shè)施正迎來發(fā)展機(jī)遇期。目前加氫站用隔膜式氫氣

壓縮機(jī)存在一定的穩(wěn)定安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。通過分析某

加氫站膜片破裂事件，發(fā)現(xiàn)加氫站普遍存在膜片在

高壓氫環(huán)境下服役壽命較低、LDS監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)速

度慢、油/氫管路反竄及報(bào)警信息分級不明等問題。

針對上述問題，該文提出了安全建議及預(yù)防措施，

同時(shí)根據(jù)當(dāng)前加氫站的建設(shè)和運(yùn)營面臨的共性問題

提出相關(guān)建議，以期促進(jìn)加氫站整個(gè)行業(yè)的高質(zhì)量

發(fā)展。

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[19] 李霽陽，陳嘉豪，趙海龍，等．隔膜壓縮機(jī)膜片破裂

理論分析[J]．工程力學(xué)，2015，32（01）：192-197．

摘? 要：近年來，隨著實(shí)現(xiàn)碳中和政策的持續(xù)推進(jìn)，清潔供暖趨勢日益明顯。該文分析了河南淺層地?zé)崮?/p>

資源分布情況。整體來看，省內(nèi)可利用的淺層地?zé)崮軆?chǔ)量為3.2×1015 kJ/a，具有良好的開發(fā)利用條

件；中深層地?zé)崮苤饕陨皫r熱儲(chǔ)和巖溶型熱儲(chǔ)為主，按照4 000 m以淺計(jì)算，中深層地?zé)豳Y源可

采資源量110.8×108

GJ。目前河南淺層地?zé)崮荛_發(fā)方式以商業(yè)、公共建筑為主，中深層地?zé)崮芾?/p>

方式由早期的溫泉開發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榈責(zé)峁┡?。但由于地?zé)峥辈熨Y料的綜合利用及管理機(jī)制不明，制約了

河南地?zé)崮芨哔|(zhì)量發(fā)展。建議開發(fā)利用過程中，在行政管理流程、運(yùn)營監(jiān)管政策方面做好優(yōu)化，加

快地?zé)崮荛_發(fā)，對改善大氣環(huán)境、促進(jìn)能源生產(chǎn)和革命具有重要意義。

關(guān)鍵詞：碳中和 河南 地?zé)崮?中深層 發(fā)展前景

“雙碳”背景下河南省地?zé)衢_發(fā)現(xiàn)狀和

發(fā)展趨勢研究

王茜

（中石化新星（北京）新能源研究院有限公司，北京 100080）

收稿日期：2024-02-18

作者簡介：王茜，碩士研究生，工程師。2016 年畢業(yè)于俄羅斯國立石油天然氣大學(xué)石油與天然氣專業(yè)。目前從事地?zé)豳Y源

評價(jià)工作。

通訊聯(lián)系人：王茜，672669639@qq.com。

Research on the Current Situation and Development Trends of Geothermal in

Henan Province under the Background of \"Carbon Peaking and Carbon Neutrality\"

Wang Xi

（SINOPEC Star (Beijing)New Energy Research Institute Co., Ltd.，Beijing 100080，China）

Abstract: In recent years, the trend of clean heating has become more and more obvious with the continuous promotion

of policies to achieve carbon neutrality. This paper analyzes the distribution of shallow geothermal energy resources

in various cities in Henan Province. Overall, the entire region of Henan Province can be utilized shallow geothermal

energy reserves of 3.2×1015 kJ/a, with good conditions for development and utilization; middle and deep geothermal

energy is mainly sandstone thermal storage and karst-type thermal storage is dominated by the calculation of the

shallow 4,000m, the middle and deep geothermal resources can be extracted resources 110.8× 108 GJ. At present,

the development of shallow geothermal energy in Henan Province is mainly for commercial and public buildings,

and the utilization of middle and deep geothermal energy has been changed from early hot spring development

to geothermal heating. However, due to the current comprehensive utilization of geothermal exploration data and

2024 年 8 月·第 9 卷·第 4 期 >> 熱點(diǎn)剖析 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：王茜 .“雙碳”背景下河南省地?zé)衢_發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究 [J]. 石油石化綠色低碳，2024，9（04）：21-26+72.

- 22 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

目前，國內(nèi)外自然環(huán)境惡化加劇，極端天氣頻

發(fā)，2020年，中國在聯(lián)合國大會(huì)上提出二氧化碳排

放量力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年

前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

地?zé)崮茏鳛榍鍧嵞茉?，其勘探開發(fā)及利用對于

國家能源安全、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整、節(jié)能減排、環(huán)

境保護(hù)等方面具有重要意義 [1-2]。在雙碳背景下，

河南通過選擇地?zé)豳Y源較為豐富的地區(qū)，對以往

集中供熱覆蓋不到的城鄉(xiāng)接合部、重點(diǎn)城鎮(zhèn)和新

型農(nóng)村社區(qū)等區(qū)域，大力推動(dòng)地?zé)峁┡?xiàng)目建設(shè)。

2021年，與中國石化簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議；2022年4

月，明確建設(shè)鄭州、開封等地在內(nèi)的4個(gè)千萬平方

米中深層地?zé)崮芄┡?guī)模化利用示范區(qū)，同年8月

發(fā)布《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》，要求因

地制宜推動(dòng)清潔供暖，加快可再生能源在城鎮(zhèn)供熱

的規(guī)模化應(yīng)用；2023年4月，發(fā)布《新能源和可再

生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，推動(dòng)地?zé)崮芗泄?/p>

暖納入城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)規(guī)劃 [3-6]。該文通過對河南地

熱能開發(fā)和利用現(xiàn)狀的分析研究，提出遠(yuǎn)期地?zé)?/p>

工作的規(guī)劃建議。

1 河南地?zé)崮軡摿袄矛F(xiàn)狀

1.1 淺層地?zé)崮苜Y源評價(jià)

河南淺層地?zé)豳Y源在全省內(nèi)均有分布。根據(jù)

城市所處地貌不同，可劃分為沖積平原型、內(nèi)陸

河谷盆地型和山前沖洪積傾斜平原型三種 [7]。沖

積平原型城市的地下水最為豐富，包括鄭州、開

封、新鄉(xiāng)、濮陽、許昌、漯河、商丘、周口、駐馬

店；內(nèi)陸河谷盆地型城市的地下富水性次之，包括

洛陽、三門峽、南陽、信陽、濟(jì)源；平頂山、焦

作、鶴壁、安陽為山前沖洪積傾斜平原型城市。各

城市淺層地?zé)峋畣尉鏊看笮〔坏?，分布范圍?/p>

1 000～3 000 m3

/d，其中黃河沖積平原區(qū)富水性

最高。各地市恒溫層深度 20～27 m，溫度 15.5～

17 ℃；可開發(fā)利用的淺層（＜200 m）地溫場溫度

分布區(qū)間為15.9～19.33 ℃。

其中適合地下水源熱泵開發(fā)的地?zé)豳Y源熱儲(chǔ)

層的計(jì)算邊界為淺層含水層底界。采用熱儲(chǔ)法計(jì)算

其資源量[8]，結(jié)果表明其熱儲(chǔ)層資源量與含水層厚

度、儲(chǔ)層巖石顆粒粒徑大小等參數(shù)相關(guān)。含水層厚

度大的鄭州、洛陽、南陽等地區(qū)可利用資源相對

豐富；含水層厚度小、壓實(shí)作用較好的周口、信

陽、商丘等地區(qū)可利用資源量較小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地下

水源熱泵淺層地?zé)崮芾玫倪m宜和較適宜區(qū)總面積

4 616 km2

，可動(dòng)用淺層地?zé)崮軆?chǔ)量2.8×1015 kJ/a，

折合標(biāo)煤9.7×107

t/a，實(shí)際利用后可減排二氧化碳

22.9×107

t/a。

適用于地埋管開發(fā)熱儲(chǔ)層計(jì)算的邊界條件為

200 m以淺的第四系與新近系中的蓬松地層底界。利

用單孔換熱效率計(jì)算其資源量，與換熱孔周圍地層

的熱導(dǎo)率、土壤厚度相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地埋管淺層地

熱能利用的適宜和較適宜區(qū)總面積為5 266 km2

，可

動(dòng)用的淺層地?zé)崮軆?chǔ)量為3.2×1015 kJ/a，折合標(biāo)煤

1.1×108

t/a，實(shí)際利用后可減排二氧化碳2.7×108

t/a。

總體而言，河南具有較豐富的淺層地?zé)豳Y源和

優(yōu)越的開發(fā)利用條件。

1.2 中深層地?zé)崮苜Y源分布

河南在地質(zhì)構(gòu)造位置上囊括了華北地臺(tái)、秦

嶺褶皺帶兩個(gè)性質(zhì)不同的大地構(gòu)造單元，北部位于

渤海灣盆地南部，西南部處于南華北盆地。河南主

要發(fā)育兩大熱儲(chǔ)類型—砂巖孔隙型和巖溶型[9]，凸

起區(qū)以寒武—奧陶系巖溶熱儲(chǔ)開發(fā)最為有利，凹陷

區(qū)以新近系和古近系砂巖熱儲(chǔ)最有利于開發(fā)。其中

豫東北的內(nèi)黃隆起、豫中的太康隆起、豫南的長山

隆起、三門峽盆地高部位等地?zé)釒r溶熱儲(chǔ)開發(fā)有

利；豫東北的東濮坳陷、豫中的開封坳陷、周口坳

陷、豫南的南襄盆地等地?zé)釒皫r熱儲(chǔ)十分發(fā)育，

河南省地質(zhì)構(gòu)造如圖1所示。

management mechanism is unknown, restricting the high quality development of geothermal energy in Henan Province.

It is recommended to optimize the administrative management process and operation regulatory policies during the

development and utilization process. Clean heating is a people's livelihood project, a project of the people's heart, and is

of great significance to improve the atmospheric environment and promote energy production and revolution.

Keywords: carbon neutrality；Henan Province；geothermal energy；medium and deep geothermal energy；

development prospect

2024 年.第 4 期 王茜．“雙碳”背景下河南省地?zé)衢_發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究 - 23 -

圖1 河南地質(zhì)構(gòu)造

全省大地?zé)崃骶?3.97 MW/m2

，主要分布如

圖2所示。主要特點(diǎn)為沉積盆地內(nèi)熱流值相對較高，

為60～70 MW/m2

；隆起區(qū)和山前地帶除局部地段

外，低熱流值相對較低，為40～50 MW/m2 [10]。

溶熱儲(chǔ)有利區(qū)熱儲(chǔ)頂面埋深500～2 500 m，地?zé)崴?/p>

水溫30～75 ℃。以溫度大于50 ℃為有利區(qū)域，優(yōu)

選豫東北開封、新鄉(xiāng)、濮陽、周口等多個(gè)城市地?zé)?/p>

開發(fā)。運(yùn)用熱儲(chǔ)法初步估算河南4 000 m以淺，中

深層地?zé)豳Y源可采資源量110.8×108

GJ，折合標(biāo)煤

37 891×104

t。

構(gòu)造解釋、大地?zé)崃髦捣植家?guī)律和已有地?zé)峋?/p>

溫度特征等資料證實(shí)，河南地?zé)豳Y源主要分布在深

大斷裂和構(gòu)造發(fā)育區(qū)域。河南中深層地?zé)崮軣醿?chǔ)特

征如表1所示。

表 1 河南中深層地?zé)崮軣醿?chǔ)特征

地區(qū) 熱儲(chǔ)類型 熱儲(chǔ)頂面埋深 /m 水溫 /℃

鄭州 新近系砂巖 800 40～50

開封

新近系砂巖 1 500 70～85

奧陶系 2 000 65～75

濮陽

新近系砂巖 1 400 45～52

奧陶系 1 600 52～60

許昌 奧陶系 500 30～35

洛陽 古近系砂巖 1 000 45～50

焦作 新近系 – 古近系砂巖 1 000 45～50

漯河 新近系砂巖 1 000 50

三門峽

新近系 – 古近系砂巖 1 000 45～55

奧陶系 1 200 45～50

商丘 新近系砂巖 1 000 30～40

新鄉(xiāng) 新近系 – 古近系砂巖 800～1 500 40～70

周口 新近系砂巖 1 000 45～55

南陽

新近系 – 古近系砂巖 800～1 200 45～55

元古界巖溶熱儲(chǔ) 600 35～40

總體來看，全省沉積盆地沉積厚度深、分布

廣，蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)崴Y源。中深層熱儲(chǔ)埋深一

般在1 000～4 000 m。其中新近系砂巖孔隙型熱儲(chǔ)

頂面埋深800～2 000 m，地?zé)崴疁?0～90 ℃；巖

1.3 地?zé)崮芾眯问郊艾F(xiàn)狀

1.3.1 淺層地?zé)崮芾矛F(xiàn)狀

河南內(nèi)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用采用較多的方法是

地下水源熱泵，部分為地埋管利用；整體以商業(yè)、

公共建筑為主；以分散、多配套生活熱水供應(yīng)為特

征。據(jù)統(tǒng)計(jì)河南淺層地?zé)崮芄┡娣e約3 550萬平

方米[7]。但目前河南淺層地?zé)崮艿目辈楹烷_發(fā)利用

還多局限于城市，大多數(shù)縣城和廣大農(nóng)村還是空

白，尤其是平原區(qū)城鎮(zhèn)及農(nóng)村缺乏能源資源；多數(shù)

圖2 河南省大地?zé)崃鞣植?/p>

數(shù)據(jù)來源：河南省地?zé)帷⒌V泉水資源調(diào)查評價(jià)報(bào)告

- 24 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

地區(qū)經(jīng)濟(jì)還相對落后，近年來煤、電、氣等能源價(jià)

格的上漲，對農(nóng)村人民群眾的生活影響會(huì)更大。

水源熱泵淺層地?zé)崮芾?，如滎陽鑫苑小區(qū)淺

層地?zé)崮芄┡评漤?xiàng)目，采用“同井抽回兩用”系

統(tǒng)，解決回灌困難和占地問題，單井可供1.6萬平方

米，全年運(yùn)營費(fèi)用47.5萬元。相對于“天然氣/電供

熱＋空調(diào)制冷”模式，運(yùn)行費(fèi)用降低30萬元以上。

地埋管淺層地?zé)崮芾?，如鄭州黃河迎賓館地

埋管地?zé)崮芾庙?xiàng)目，供暖/制冷面積約7×104

m2

。

2013 年一期、2021 年二期共鉆鑿 750 孔，孔深為

150 m、直徑180 mm，與原空氣源熱泵相比年節(jié)約

電費(fèi)80萬元；成為全國領(lǐng)先的示范工程。

1.3.2 中深層地?zé)崮芾矛F(xiàn)狀

在河南中深層地?zé)衢_發(fā)利用場景中，20世紀(jì)70

年代前集中于溫泉開發(fā)，如汝州溫泉、魯山溫泉、

商城湯泉、陜縣溫塘等。由于地下水含有豐富礦物

質(zhì)，在醫(yī)療、養(yǎng)生等方面良益頗多。近年來，在國

家高度重視北方清潔取暖的背景下，中深層地?zé)崮?/p>

開發(fā)利用因其清潔性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性，受到越來

越多重視，主要用于縣區(qū)地?zé)峁┡?，少部分高溫?/p>

常區(qū)域用于溫泉洗浴[11-12]。

中深層地?zé)峁┡c近年來國家推行的其他清

潔能源供暖方式相比，雖一次性投資高，但運(yùn)行成

本在清潔能源供暖中最低，居民長期穩(wěn)定取暖更有

保障，有利于項(xiàng)目長期可持續(xù)性經(jīng)營；與燃?xì)夤┡?/p>

相比，地?zé)崮芄┡療o需在天然氣持續(xù)高位的階段

進(jìn)口、儲(chǔ)存、調(diào)峰，有利于穩(wěn)定供熱及保障能源安

全，優(yōu)勢明顯。不同供暖方式供暖成本分析見表2。

表 2 不同供暖方式供暖成本分析

取暖方式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 單位面積投資 /

（元 /m2

）

運(yùn)行成本 /

（元 /m2

）

煤改電 適用范圍廣；

根據(jù)原料不同，部分可再生

電網(wǎng)改造投入大；

使用成本高 70 45

煤改氣 應(yīng)用范圍廣，適用性強(qiáng) 使用成本高季節(jié)性波動(dòng)明顯；

天然氣互聯(lián)互通及儲(chǔ)氣庫建設(shè)投資大 34 40

煤改地?zé)?/p>

就地取材、安全環(huán)保；

分布式供熱配置靈活；

經(jīng)濟(jì)可持續(xù)

無穩(wěn)定的補(bǔ)貼政策；

管理不規(guī)范，流程不暢 120～150 10～15

由于地?zé)嵝袠I(yè)屬于重資產(chǎn)，前期投入大，僅網(wǎng)

側(cè)投資高達(dá)120～150元/m2

，投資門檻較高。但在

雙碳背景下，河南政府敏銳意識(shí)到中深層地?zé)岚l(fā)展

的必要性，各地市積極出臺(tái)補(bǔ)貼政策。濮陽借助納

入第二批中央財(cái)政支持的北方地區(qū)冬季清潔供暖試

點(diǎn)城市的契機(jī)，制定了《濮陽市冬季清潔取暖實(shí)施

方案（2018—2020年）》，對中深層地?zé)峁┡?xiàng)目給

予40元/m2

的補(bǔ)貼政策，這也是國內(nèi)第一個(gè)將清潔

供暖補(bǔ)貼用于地?zé)峁┡陌咐?。開封則按照“煤改

電、煤改氣”同等補(bǔ)貼政策支持地?zé)峁┡?，在《關(guān)

于印發(fā)開封市2018年電供暖、氣供暖實(shí)施方案的通

知》中，明確給予水源熱泵地?zé)峁┡?5元/m2

的清

潔能源補(bǔ)貼支持。鄭州于2023年發(fā)布《關(guān)于可再生

能源供熱建設(shè)項(xiàng)目享受城市基礎(chǔ)設(shè)施配套費(fèi)資金支

持的意見》，為地?zé)犴?xiàng)目提供55元/m2

的配套費(fèi)。上

述政策的出臺(tái)促使河南中深層地?zé)崮芄┡难杆侔l(fā)

展，同時(shí)供暖企業(yè)利用“取熱不取水”、“同層回灌”

技術(shù)先后在濮陽、開封、鄭州、周口等多個(gè)地區(qū)推

進(jìn)地?zé)峁┡?xiàng)目，實(shí)現(xiàn)濮陽地區(qū)、周口地區(qū)、開封

地區(qū)等集中連片式的地?zé)衢_發(fā)，有效助力了地區(qū)的

節(jié)能減排。目前河南地?zé)崞髽I(yè)主要存在于豫東北地

區(qū)，分為央企獨(dú)資開發(fā)、央企與地方投資平臺(tái)合資

合作、地?zé)崞髽I(yè)獨(dú)資開發(fā)幾種類型。

濮陽地?zé)峁┡_發(fā)起步較早，利用地震+非震+

鉆井資料，完成區(qū)域地?zé)豳Y源精細(xì)評價(jià)。清豐縣全

縣、范縣東部整體采用地?zé)峁┡詩W陶系巖溶熱儲(chǔ)

為主，水溫50～58 ℃，水量大于100 m3

/h；南樂縣地

熱與生物質(zhì)發(fā)電供暖互相補(bǔ)充，以奧陶系巖溶熱儲(chǔ)

為主，水溫50～55 ℃，水量約80 m3

/h。目前濮陽區(qū)

域共建成地?zé)峁┡s400萬平方米，不僅為人民群眾

謀福利，也獲得了河南主要政府部門的高度肯定。

開封市中深層地?zé)峒性陂_封市區(qū)及蘭考縣，

特別是蘭考縣借助農(nóng)村能源革命試點(diǎn)契機(jī)，大力發(fā)

展地?zé)峁┡?。該地區(qū)熱儲(chǔ)層以新近系砂巖為主，水

溫70～80 ℃，水量120 m3

/h。全縣實(shí)現(xiàn)地?zé)峁┡?/p>

積400萬平方米以上，成為砂巖熱儲(chǔ)回灌可持續(xù)開

2024 年.第 4 期 王茜．“雙碳”背景下河南省地?zé)衢_發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究 - 25 -

程中部門矛盾不斷。業(yè)界曾一度呼吁將水熱資源開發(fā)

利用審批權(quán)力交由自然資源部門管理，水資源管理

部門配合。但根據(jù)2021年國務(wù)院頒布的《地下水管

理?xiàng)l例》，地?zé)嵋廊粌A向于水行政和礦產(chǎn)管理部門

齊抓共管，且更加強(qiáng)調(diào)水行政管理部門的作用。

2.3 資源稅的實(shí)施嚴(yán)重影響企業(yè)運(yùn)行效益

河南人大于2020年頒布關(guān)于資源稅[14]的相關(guān)

規(guī)定，確定地?zé)崴畬?shí)施從量計(jì)征原則。對于采灌平

衡型，按原礦 1 元 /m3

的稅率征收；消耗型，按原

礦12元/m3

的稅率征收。該資源稅對不同開發(fā)方式

的地?zé)崴绊戄^大。以中深層地?zé)峁┡癁槔?，水?/p>

50～80 ℃，水量60～120 m3

/h，常規(guī)井深2 000 m，

供暖費(fèi)按照19元/m2

，配套費(fèi)按照40元/m2

，一采

一回兩口地?zé)峋?，小區(qū)供暖面積10萬平方米，地?zé)?/p>

水資源稅的收取使得運(yùn)營成本增加1.5～3.5元/m2

供

暖季不等。詳見圖5。

發(fā)示范區(qū)，如圖4所示。

圖5 水資源稅在不同條件下增加的

單位供暖面積運(yùn)營成本

120 110 100 90 80 70 60

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

運(yùn)營成本增量 /（元 /m2

）

水量 /（m3

/h）

50 ℃ 60 ℃

70 ℃ 80 ℃

2.4 地?zé)衢_發(fā)回灌認(rèn)證與回灌監(jiān)測體系未建立

在一些早期地?zé)崮荛_發(fā)較發(fā)達(dá)的區(qū)域如天津、

陜西等，因缺乏科學(xué)高效回灌方案，地下水水位已

有明顯的下降趨勢。在當(dāng)前雙碳目標(biāo)下，即使政府

和各企業(yè)均對回灌工作重視程度有所提高，但對于

孔滲條件較差的砂巖熱儲(chǔ)，回灌壓力高，回灌難度

大；往往需要加壓回灌，增加運(yùn)行成本，部分企業(yè)

為了節(jié)省成本，存在地?zé)崴馀诺碾[患[15]。

3 河南地?zé)崮荛_發(fā)建議

河南的資源環(huán)境、政策環(huán)境都對地?zé)崮艿陌l(fā)展

相當(dāng)友好，使之取得了一定的成果，其前景仍有較

圖4 蘭考縣供暖區(qū)域示意

鄭州中深層地?zé)嶂饕鳛闊犭娐?lián)產(chǎn)供暖的熱源

補(bǔ)充。鄭州作為省會(huì)城市，地?zé)峁┡l(fā)展相對起步

晚，但發(fā)展速度快。目前地?zé)峁┡?xiàng)目主要分布于

經(jīng)開區(qū)、白沙—綠博，惠濟(jì)區(qū)等區(qū)域，實(shí)現(xiàn)地?zé)峁?/p>

暖面積近460萬平方米。

2 河南地?zé)崮馨l(fā)展的制約因素

2.1 資源認(rèn)識(shí)程度不夠

據(jù)河南省地質(zhì)局資料，截止至2023年12月，地

勘事業(yè)單位已完成的地?zé)岬刭|(zhì)工作程度基本以調(diào)查、

普查為主，但是由于單位性質(zhì)，資料共享難度較大。

除此之外，目前地?zé)崞髽I(yè)勘查成本全部由企業(yè)

承擔(dān)，嚴(yán)重影響企業(yè)效益，導(dǎo)致一些中小企業(yè)放棄資

源勘查，造成了河南整體中深層地?zé)峥辈槌潭容^低。

2.2 利用主管部門不明確

中深層地?zé)衢_發(fā)的特點(diǎn)是水熱一體，同時(shí)供暖

行業(yè)亦是民生工程，這種特殊的熱供應(yīng)形式?jīng)Q定了

地?zé)嵝袠I(yè)必須接受省、市、縣的自然資源、水利、

規(guī)劃、能源、環(huán)保、住建等多部門的交叉管理導(dǎo)致

管理分工不明、銜接斷層和低效率[13]。

長期以來，地?zé)豳Y源由于不同部門對水資源和

地?zé)岬V產(chǎn)管理的政策要求存在分歧，在礦業(yè)權(quán)審批過

- 26 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

業(yè)確實(shí)存在地?zé)崴换毓嗟那闆r。應(yīng)盡快建立河南

地?zé)崮軝z測中心，由能源主管部門直接監(jiān)管，要求

所有地?zé)衢_發(fā)井，包括生產(chǎn)井和回灌井都需安裝帶

有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能的流量計(jì)，打造地?zé)崮芾脵z測系

統(tǒng)，確保地?zé)崮芸茖W(xué)利用。

4 結(jié)語

河南大部分地區(qū)屬于強(qiáng)制供暖區(qū)，地?zé)峁┡?/p>

在一定程度上解決了目前供暖季空氣污染問題。該

文通過對河南淺層和中深層地?zé)崮艿姆植记闆r和開

發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行研究，找出制約河南目前地?zé)衢_發(fā)中出

現(xiàn)的問題，針對河南在地?zé)崮芾妙I(lǐng)域提出開發(fā)建

議，提高地?zé)崮芾寐剩Ｕ系責(zé)崽锬軌蚩茖W(xué)的持

續(xù)利用，確保河南在雙碳目標(biāo)下實(shí)現(xiàn)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)高質(zhì)

量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[11] 倪昆，盧磊．河南省地?zé)豳Y源概況及開發(fā)利用區(qū)劃探

大潛力。但地?zé)崮茏鳛樾履茉淳哂刑厥庑?，相比綠

電等新能源，地?zé)崮茉谛姓芾砹鞒獭⑦\(yùn)營監(jiān)管政

策上仍有較大提升空間。針對下步開發(fā)利用，提出

如下建議。

3.1 明確河南地?zé)崮苜Y源發(fā)展布局

當(dāng)前河南地?zé)豳Y源普查已基本完成，但根據(jù)地

質(zhì)構(gòu)造、大地?zé)崃鞯认嚓P(guān)資料，地?zé)豳Y源優(yōu)勢區(qū)域

的資源詳查工作尚未開展。政府地勘部門應(yīng)通過自

然資源、能源部門設(shè)立勘察基金，企業(yè)與地質(zhì)事業(yè)

單位同樣可承擔(dān)財(cái)政勘察項(xiàng)目，激勵(lì)企業(yè)開發(fā)地?zé)?/p>

能；鼓勵(lì)有勘查投入的企業(yè)，具有地?zé)崮艿膬?yōu)先開

發(fā)權(quán)；建立地?zé)崮艹晒蚕頇C(jī)制，政府、事業(yè)單位

和重點(diǎn)企業(yè)暢通地質(zhì)資料溝通，盡快完成資源優(yōu)勢

區(qū)域的詳查工作，夯實(shí)地?zé)岚l(fā)展根基，尤其是加大

高溫地?zé)豳Y源和干熱巖的勘查力度，以資源為基礎(chǔ)

探索地?zé)岚l(fā)電，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

3.2 多樣化河南地?zé)崂瞄_發(fā)方式

當(dāng)前河南已實(shí)現(xiàn)濮陽、開封等豫東北區(qū)域的

地?zé)嵋?guī)?；_發(fā)，可依托現(xiàn)有的開發(fā)基礎(chǔ)及最新的

開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。如在南北交界處推廣淺

層地?zé)崮芾?，充分發(fā)揮地下蓄能作用，實(shí)現(xiàn)建筑

冬天供熱、夏天制冷，有效緩解用電高峰的用能壓

力；形成“地?zé)幔?、燃?xì)?、電能的綜合利用新模

式，逐步探索地?zé)崮芄I(yè)化利用；開展高端花卉種

植、水產(chǎn)養(yǎng)殖等項(xiàng)目，助力農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

3.3 健全全省地?zé)崮苄袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前全國地?zé)峥碧介_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)已成體系，但河

南仍是空白地帶，省內(nèi)企業(yè)準(zhǔn)入缺乏統(tǒng)一的門檻設(shè)

定，能力和實(shí)力參差不齊。建議依托地?zé)釃覙?biāo)委

會(huì)，不斷完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化管理，加速推進(jìn)形成完整

的地?zé)衢_發(fā)利用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高企業(yè)門檻，保障科

學(xué)開發(fā)資源，保證民生供暖平穩(wěn)運(yùn)行。

3.4 制定差異化地?zé)岫愂照?/p>

目前各地地?zé)崮芄芾項(xiàng)l例存在較大差異[16]。由

于中深層地?zé)崮芄┡绞綖椤叭岵蝗∷?，地?/p>

水在開發(fā)利用過程中并無消耗。建議對于完全回灌

的地?zé)峁┡?xiàng)目免除水資源稅；對于地?zé)岱N植、養(yǎng)

殖項(xiàng)目地?zé)崴苯永昧康目紤]進(jìn)行適當(dāng)征稅；對

于溫泉旅游類地?zé)崴畧?zhí)行現(xiàn)有稅收標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 建立全省地?zé)崴帽O(jiān)管體系

當(dāng)前由于地?zé)崴毓啾O(jiān)管環(huán)節(jié)的缺失，部分企 （下轉(zhuǎn)第 72 頁）

摘? 要：黨的二十大報(bào)告提出要進(jìn)一步完善能耗調(diào)控機(jī)制，并逐步過渡到碳排放總量和強(qiáng)度雙控制度。全面

實(shí)行碳排放雙控制度，將對數(shù)據(jù)分析工作提出更為嚴(yán)苛的要求。為確保這一轉(zhuǎn)變的順利實(shí)施，政府

和企業(yè)均需加強(qiáng)相應(yīng)基礎(chǔ)能力建設(shè)。某石化公司研發(fā)的石化行業(yè)碳效管理指標(biāo)體系，可為引導(dǎo)石化

企業(yè)深入貫徹碳排放雙控理念提供參考借鑒，具有重要探索意義。

關(guān)鍵詞：碳效 碳排放雙控 能耗雙控 碳標(biāo)簽 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

夯實(shí)碳排放雙控管理基礎(chǔ)，

探索石化產(chǎn)品碳效分級標(biāo)準(zhǔn)

張遠(yuǎn)，1

，王勝春 1

，楊菲 2

（1. 中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，中國石化咨詢有限責(zé)任公司，北京 100029；

2. 中國海油集團(tuán)能源經(jīng)濟(jì)研究院，北京 100013）

收稿日期：2024-04-03

作者簡介：張遠(yuǎn)，碩士研究生，經(jīng)濟(jì)師。2018 年畢業(yè)于北京大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)專業(yè)。長期從事資本金融、證券投資和產(chǎn)融協(xié)同等方

面研究工作。

通訊聯(lián)系人：張遠(yuǎn)，zhangy2.edri@sinopec.com。

基金項(xiàng)目：2023 年中國石化科技部課題（項(xiàng)目編號(hào)：156161365483771**42）

Consolidate the Management Foundation of Carbon Emissions Dual Control,

and Explore the Classification Standard of Carbon Efficiency for Petrochemical Products

Zhang Yuan1

，Wang Shengchun1

，Yang Fei2

（1. SINOPEC Economics & Development Research Institute Company Limited，

China Petrochemical Consulting Company Limited，Beijing 100029，China；

2. CNOOC Energy Economics Institute，Beijing 100013，China）

Abstract: The report of the 20th National Congress of the Communist Party of China pointed out that the mechanism

for regulating total energy consumption and intensity should be further improved, and a dual control system for

carbon emissions and intensity should be gradually transitioned. Given that the current dual control mechanism

for energy consumption has failed to effectively distinguish between different types of energy usage in the process

of limiting fossil energy consumption, it has had a constraining effect on the development of renewable energy.

Therefore, achieving a gradual shift from dual control of energy consumption to dual control of carbon emissions

is more in line with the actual needs of current social development. The comprehensive implementation of the

dual control system for carbon emissions will put forward more stringent requirements for data analysis work. To

ensure the smooth implementation of this transformation, both the government and enterprises need to strengthen

2024 年 8 月·第 9 卷·第 4 期 >> 碳市場與碳管理 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：張遠(yuǎn)，王勝春，楊菲 . 夯實(shí)碳排放雙控管理基礎(chǔ)，探索石化產(chǎn)品碳效分級標(biāo)準(zhǔn) [J]. 石油石化綠色低碳，2024，9（04）：27-31+51.

- 28 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

1 由能耗雙控轉(zhuǎn)向碳排放雙控的必然性

1.1 能耗雙控的歷史背景

1980 年，我國發(fā)布《關(guān)于逐步建立綜合能耗

考核制度的通知》，自此能耗考核制度得以確立。

“十四五”時(shí)期，我國進(jìn)一步將能耗管理方式從單

一的強(qiáng)度控制提升為強(qiáng)度與總量的雙重控制。經(jīng)逐

步演進(jìn)與完善，已形成一套相對穩(wěn)定且成熟的體

系，可基于各地區(qū)和行業(yè)所處發(fā)展階段，設(shè)定能源

消費(fèi)總量和強(qiáng)度控制指標(biāo)[1]。

1.2 我國石油化工產(chǎn)業(yè)能耗現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國煉油工業(yè)呈現(xiàn)出綜合化、大型化、

規(guī)?；图夯l(fā)展態(tài)勢；但與歐美先進(jìn)水平相

比，我國煉油企業(yè)能耗水平仍偏高。統(tǒng)計(jì)表明，發(fā)

達(dá)國家煉油先進(jìn)綜合能耗約為53 kgoe/t，而我國煉

油綜合能耗平均水平在70～80 kgoe/t，石油化工行

業(yè)節(jié)能降耗水平仍有提升空間[2]。

1.3 能耗雙控的管理局限性

能耗雙控作為一種能源管理策略，雖在控制

能源消耗方面發(fā)揮積極作用，但也存在一些不足之

處。其中尤為突出的問題是能耗總量控制的范疇過

于寬泛——不僅涵蓋傳統(tǒng)化石能源消費(fèi)，還囊括核

能以及可再生能源等非化石能源。如圖1所示，這

種寬泛的總量管控模式在一定程度上對可再生能源

的開發(fā)利用構(gòu)成限制，進(jìn)而對可再生能源資源豐富

地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成明顯制約。因此，有必要重新

corresponding basic capacity building. In this regard, the carbon efficiency management indicator system developed

by Sinopec EDRI provides important reference and exploration for guiding petrochemical enterprises to deeply

implement the dual control management concept of carbon emissions, and has significant practical importance.

Keywords: carbon efficiency；dual control of carbon emissions；dual control of energy consumption；carbon

label；industry standards

審視并優(yōu)化以往的能耗總量與強(qiáng)度控制策略，以促

進(jìn)可再生能源合理利用和地區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

1.4 碳排放雙控理念的提出

2021 年 12 月召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議重點(diǎn)聚

焦碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，并創(chuàng)新性地提出“新增

可再生能源和原料用能不納入能源消費(fèi)總量控制”。

2023年7月中央全面深化改革委員會(huì)第二次會(huì)議審

議并通過《關(guān)于推動(dòng)能耗雙控逐步轉(zhuǎn)向碳排放雙控

的意見》，明確逐步轉(zhuǎn)向碳排放總量和強(qiáng)度雙控制

度的戰(zhàn)略方向，這標(biāo)志著我國在能源管理和環(huán)境保

護(hù)領(lǐng)域邁出堅(jiān)實(shí)一步。

1.5 轉(zhuǎn)型的必要性

從上述政策導(dǎo)向看，碳排放雙控制度與現(xiàn)有

能耗雙控制度既有顯著區(qū)別，又有內(nèi)在聯(lián)系。碳排

放總量控制即對特定時(shí)間段（通常為一年）某區(qū)域

內(nèi)產(chǎn)生的碳排放總量進(jìn)行限制，確保不超限；碳排

放強(qiáng)度控制原則是通過設(shè)定一定時(shí)間段內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長

與碳排放比率的上限，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長與碳排放量脫

鉤。由此可見，碳排放雙控不僅關(guān)注化石能源消費(fèi)

控制，還鼓勵(lì)可再生能源發(fā)展，并為地方政府推動(dòng)

綠色發(fā)展提供更大空間。通過碳排放雙控，可以在

保障能源安全的同時(shí)，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，促

進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型和清潔能源利用，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量

發(fā)展。因此，從能耗雙控向碳排放雙控的轉(zhuǎn)變，必

將有助于推動(dòng)我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，是促

進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求和必然趨勢[3]。

2 能耗雙控和碳排放雙控兩種制度仍將長期并存

從能耗雙控向碳排放雙控的轉(zhuǎn)變，是從一維轉(zhuǎn)

向多維、從單項(xiàng)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制的漫長過程。從

國家發(fā)展戰(zhàn)略角度，需考慮如何壓減化石能源消費(fèi)

總量，如何快速發(fā)展風(fēng)、光、生物質(zhì)等清潔能源，

如何提高能效，以及如何增加碳匯碳吸收等，涉及

多方面的產(chǎn)業(yè)革命和技術(shù)升級。因此，能耗雙控轉(zhuǎn)

圖1 典型的能耗雙控管理體系 向碳排放雙控是一次挑戰(zhàn)極大的系統(tǒng)性變革，必須

預(yù)算體系

報(bào)送體系

政策體系

數(shù)據(jù)分析

能耗雙控管理

預(yù)警體系

評價(jià)體系 信用管理

指標(biāo)交易

2024 年.第 4 期 張遠(yuǎn)，等．夯實(shí)碳排放雙控管理基礎(chǔ)， 探索石化產(chǎn)品碳效分級標(biāo)準(zhǔn) - 29 -

“先立后破”，全面通盤考慮。

從技術(shù)角度看，溫室氣體排放源廣泛、測算口

徑不一，包括但不限于化石能源燃燒產(chǎn)生的二氧化

碳，工業(yè)反應(yīng)過程（如水泥石灰化學(xué)分解）釋放的

二氧化碳，農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)（如水稻種植和牛羊養(yǎng)

殖）釋放的甲烷，化肥使用中產(chǎn)生的氧化亞氮，制

冷劑逸散產(chǎn)生的氟碳化合物，以及森林砍伐引起的

碳匯逆轉(zhuǎn)等等 [4]。相較于能耗數(shù)據(jù)獲得的便捷性，

溫室氣體排放的在線監(jiān)測系統(tǒng)無論技術(shù)、成本還是

覆蓋范圍都難以作為統(tǒng)計(jì)主要手段，仍需通過核算

進(jìn)行碳排放統(tǒng)計(jì)，相關(guān)數(shù)據(jù)的完整性、精確性和時(shí)

效性距實(shí)現(xiàn)碳排放雙控的理念要求仍有較大差距，

需要各行業(yè)科技專家通過長時(shí)間努力，才能建立起

較為完善的全口徑碳排放雙控?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)。

因此，從能耗雙控轉(zhuǎn)向碳排放雙控將是一個(gè)緩

慢過渡的過程，不可能一蹴而就。分析認(rèn)為，未來

較長時(shí)期（5～10年）內(nèi)，能耗雙控和碳排放雙控

兩種制度仍將保持并存狀態(tài)。

3 碳排放雙控面臨的主要難點(diǎn)

碳排放雙控在執(zhí)行中最大的難點(diǎn)，是如何全

面、準(zhǔn)確、便捷、及時(shí)地獲取碳排放數(shù)據(jù)。根據(jù)國

際慣例，MRV（Monitoring，Reporting，Verification）

是碳市場監(jiān)管的核心要求，也是碳排放雙控?cái)?shù)據(jù)管

理的核心準(zhǔn)則?！笆濉睍r(shí)期，我國各級部門碳

排放強(qiáng)度的考核主要采用統(tǒng)計(jì)部門提供能源統(tǒng)計(jì)數(shù)

據(jù)、主管部門各自測算的方式進(jìn)行。然而，在此期

間相繼發(fā)生CCER（國家核證自愿碳減排量）注冊

平臺(tái)臨時(shí)關(guān)閉和國家碳市場擴(kuò)容進(jìn)度遲緩的情況。

究其原因，都是數(shù)據(jù)失真造成的被動(dòng)局面。不難看

出，要全面實(shí)行碳排放雙控，必然對數(shù)據(jù)管理提出

更高要求，數(shù)據(jù)顆粒度需全面滿足MRV 的黃金標(biāo)

準(zhǔn)。因此，要想加速從能耗雙控向碳排放雙控轉(zhuǎn)變

進(jìn)程，核心就是要實(shí)現(xiàn)MRV體系構(gòu)建并完善[5]。

要突破這一瓶頸，監(jiān)管部門和企業(yè)都必須做好

相應(yīng)基礎(chǔ)能力建設(shè)，其中關(guān)鍵是要提升生產(chǎn)企業(yè)碳

排放數(shù)據(jù)核算基礎(chǔ)能力。為支撐碳排放雙控實(shí)施，

并與碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)相匹配，各級政府監(jiān)管部

門需在現(xiàn)有能源統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立和提升碳

排放統(tǒng)計(jì)能力，提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量，建立一套完整

的碳排放數(shù)據(jù)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)同類地區(qū)、同類企

業(yè)、同類產(chǎn)品數(shù)據(jù)的可信與可比。

4 石化行業(yè)在碳排放雙控方面的積極探索

2023 年生態(tài)環(huán)境部兩次召開石化行業(yè)納入全

國碳市場專項(xiàng)研究工作會(huì)議，石化行業(yè)納入全國碳

市場步伐加快。作為國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)原材料的基礎(chǔ)保

障，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年我國石化行業(yè)碳排放量

14億噸，約占工業(yè)碳排放量18%、全國碳排放總量

12%。因此，對石化行業(yè)碳足跡管控機(jī)制進(jìn)行深度

研究，是工業(yè)部門全口徑碳足跡評估的重要基礎(chǔ)[6]。

目前，石化聯(lián)合會(huì)正在組建石油化工行業(yè)碳

排放統(tǒng)計(jì)核算工作組，針對行業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)核算體

系制定核算方法和標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)碳排放監(jiān)測方法技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)體系。由于石油化工企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈長，產(chǎn)品種類

多，單廠模型復(fù)雜，與電力等企業(yè)相比產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化

程度較低，因此橫向建立行業(yè)碳排放強(qiáng)度基準(zhǔn)的難

度較大。石化企業(yè)要想盡快實(shí)現(xiàn)由“能耗雙控”向

“碳排放雙控”的管理轉(zhuǎn)型，需自上而下建立一系

列與“單位GDP碳排放強(qiáng)度”相關(guān)的碳排雙控標(biāo)準(zhǔn)

化指標(biāo)體系，以產(chǎn)品考核機(jī)制為引領(lǐng)，打造企業(yè)轉(zhuǎn)

型的內(nèi)生驅(qū)動(dòng)力 [7]。中國石化以經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、

石油化工科學(xué)研究院等為代表的科研機(jī)構(gòu)，近年針

對基于碳排放雙控要求的考核指標(biāo)體系，做出一系

列有益的嘗試和探索[8]。

煉化全流程碳管理依托VISPRO系統(tǒng)平臺(tái)，形

成“從搖籃到大門”的產(chǎn)品維度碳流核算與分析數(shù)

據(jù)基礎(chǔ)。該系統(tǒng)可有效幫助煉化企業(yè)摸清家底，把

握月度及年度碳排放變化，掌握碳資產(chǎn)盈虧，支撐

交易及履約策略，規(guī)范碳排放數(shù)據(jù)管理，執(zhí)行監(jiān)測

計(jì)劃，整理上報(bào)數(shù)據(jù)，并完成碳排放信息披露。目

前，該項(xiàng)研究工作已取得階段性成果，其中石油化

工綠色低碳技術(shù)評價(jià)體系已依照相關(guān)學(xué)術(shù)規(guī)范申報(bào)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)[9]。

5 建立石化產(chǎn)品碳效分級標(biāo)準(zhǔn)

某研究院在VISPRO系統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步

以碳排放雙控思路為指引，耦合企業(yè)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，研

發(fā)了以產(chǎn)品碳效、產(chǎn)品單位排放的產(chǎn)量、創(chuàng)收、創(chuàng)

利等為代表的一系列產(chǎn)品維度的精細(xì)化碳效指標(biāo)。

通過該指標(biāo)體系，可大幅細(xì)化石化產(chǎn)業(yè)鏈碳排放雙

控基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的顆粒度，實(shí)現(xiàn)各種常見石化產(chǎn)品和同

- 30 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

類裝置的橫向可比，有助于我國石化產(chǎn)業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)

從能耗雙控向碳排放雙控的管理轉(zhuǎn)型。

5.1 產(chǎn)品碳效

5.1.1 定義

統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，企業(yè)生產(chǎn)某一特定石化產(chǎn)品過程

中，每形成一單位產(chǎn)品產(chǎn)值所排放的二氧化碳量。

5.1.2 計(jì)算方法

Ip＝ Ep

Vp

式中：Ip為產(chǎn)品碳效，tCO2/萬元；Ep為產(chǎn)品碳

排放（即核算邊界內(nèi)某產(chǎn)品原料獲取過程和生產(chǎn)過

程中的二氧化碳排放）總量，tCO2；Vp為產(chǎn)品總產(chǎn)

值（即產(chǎn)品含稅價(jià)格×產(chǎn)品產(chǎn)量），萬元。

5.1.3 指標(biāo)意義

量化某企業(yè)特定石化產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度，繼而

評估該產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中的碳效水平。指標(biāo)越小，

產(chǎn)品碳效水平越高。

5.1.4 衍生指標(biāo)

（1）產(chǎn)品碳效百分比排名：將某產(chǎn)品碳效與全

行業(yè)同類產(chǎn)品的碳效分布情況相比較，所得到的百

分比排名。

（2）產(chǎn)品碳效等級：將某產(chǎn)品碳效與全行業(yè)同

類產(chǎn)品的平均碳效相比較，所得到的分類等級（由

高到低分為ABCD檔）。

5.2 產(chǎn)品單位排放產(chǎn)量

5.2.1 定義

統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，企業(yè)生產(chǎn)某一特定石化產(chǎn)品過程

中，每排放一單位二氧化碳所形成的產(chǎn)品數(shù)量。

5.2.2 計(jì)算方法

Cp＝ Mp

Ep

式中：Cp為產(chǎn)品單位排放產(chǎn)量，t產(chǎn)品 /tCO2；

Mp為產(chǎn)品產(chǎn)能（即核算邊界內(nèi)某產(chǎn)品的實(shí)際產(chǎn)量），

t產(chǎn)品；Ep為產(chǎn)品碳排放（即核算邊界內(nèi)某產(chǎn)品原料

獲取過程和生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放總量），tCO2。

5.2.3 指標(biāo)意義

用于衡量單位碳排放條件下，石化產(chǎn)品生產(chǎn)裝

置的運(yùn)行效率。該指標(biāo)越大，證明該石化產(chǎn)品應(yīng)對

碳排放管控的產(chǎn)量彈性越高。

5.2.4 衍生指標(biāo)

（1）產(chǎn)品單位排放產(chǎn)量百分比排名：將某產(chǎn)品

單位排放產(chǎn)量與全行業(yè)同類產(chǎn)品單位排放產(chǎn)量分布

情況相比較，所得到的百分比排名。

（2）產(chǎn)品單位排放產(chǎn)量等級：將某產(chǎn)品單位排

放產(chǎn)量與全行業(yè)同類產(chǎn)品的平均單位排放產(chǎn)量相比

較，所得到的分類等級（由高到低分為ABCD檔）。

5.3 產(chǎn)品單位排放創(chuàng)收

5.3.1 指標(biāo)定義

統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，企業(yè)生產(chǎn)某一特定石化產(chǎn)品過程

中，每排放一單位二氧化碳所形成的營業(yè)收入。

5.3.2 計(jì)算方法

Rp＝ Vp

Ep

式中：Rp為產(chǎn)品單位排放創(chuàng)收，萬元/tCO2；Vp

為產(chǎn)品產(chǎn)值（視同某產(chǎn)品帶來的營業(yè)收入），萬元；

Ep為產(chǎn)品碳排放（即核算邊界內(nèi)某產(chǎn)品原料獲取過

程和生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放總量），tCO2。

5.3.3 實(shí)踐意義

用于衡量單位碳排放條件下，石化產(chǎn)品銷售收

入的大小。該指標(biāo)越大，證明該石化產(chǎn)品應(yīng)對碳排

放管控的收入彈性越高。

5.3.4 衍生指標(biāo)

（1）產(chǎn)品單位排放創(chuàng)收百分比排名：將某產(chǎn)品

單位排放創(chuàng)收與全行業(yè)同類產(chǎn)品的單位排放創(chuàng)收分

布情況相比較，所得到的百分比排名。

（2）產(chǎn)品單位排放創(chuàng)收等級：將某產(chǎn)品單位排

放創(chuàng)收與全行業(yè)同類產(chǎn)品的平均單位排放創(chuàng)收相比

較，所得到的分類等級（由高到低分為ABCD檔）。

5.4 產(chǎn)品單位排放創(chuàng)利

5.4.1 定義

統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，企業(yè)生產(chǎn)某一特定石化產(chǎn)品過程

中，每排放一單位二氧化碳所形成的營業(yè)利潤。

5.4.2 計(jì)算公式

Gp＝ Op

Ep

式中：Gp為產(chǎn)品單位排放創(chuàng)利，萬元 /tCO2；

Op為產(chǎn)品營業(yè)利潤（即企業(yè)從某特定產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營

活動(dòng)中取得的分?jǐn)偁I業(yè)利潤），萬元；Ep為產(chǎn)品碳

排放（即核算邊界內(nèi)某產(chǎn)品原料獲取過程和生產(chǎn)過

程中的二氧化碳排放總量），tCO2。

5.4.3 指標(biāo)意義

用于衡量單位碳排放條件下，石化產(chǎn)品創(chuàng)造的

2024 年.第 4 期 張遠(yuǎn)，等．夯實(shí)碳排放雙控管理基礎(chǔ)， 探索石化產(chǎn)品碳效分級標(biāo)準(zhǔn) - 31 -

營業(yè)利潤大小。該指標(biāo)越大，證明該產(chǎn)品應(yīng)對碳排

放管控的利潤彈性越高。

5.4.4 衍生指標(biāo)

（1）產(chǎn)品單位排放創(chuàng)利百分比排名：將某產(chǎn)品

單位排放創(chuàng)利，與全行業(yè)同類產(chǎn)品單位排放創(chuàng)利分

布情況相比較，所得百分比排名。

（2）產(chǎn)品單位排放創(chuàng)利等級：將某產(chǎn)品單位

排放創(chuàng)利，與全行業(yè)同類產(chǎn)品的平均單位排放創(chuàng)利

相比較，所得到的分類等級（由高到低分為ABCD

檔）。

6 結(jié)語與展望

基于上述碳效指標(biāo)體系，相關(guān)研究人員將持續(xù)

深入推進(jìn)以下工作。

6.1 完善指標(biāo)口徑，健全數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

在全球低碳發(fā)展宏偉愿景下，石化行業(yè)面臨

日益增長的減污降碳壓力。依據(jù)碳排放雙控指導(dǎo)理

念，石化行業(yè)在現(xiàn)有碳排放強(qiáng)度數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)

一步完善并設(shè)計(jì)一套高度標(biāo)準(zhǔn)化、可執(zhí)行的指標(biāo)口

徑，以建立行業(yè)數(shù)據(jù)庫，確保碳排放數(shù)據(jù)的可信度

和可比性。作為能源密集型行業(yè)及工業(yè)重要組成部

分，中國的石化行業(yè)必須與時(shí)俱進(jìn)，積極推動(dòng)產(chǎn)品

碳足跡數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。在微觀層面，這些數(shù)

據(jù)可用于指導(dǎo)企業(yè)產(chǎn)品優(yōu)化與生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)；在宏

觀層面，則有助于國家、行業(yè)、地區(qū)層面建立精確、

客觀、可信的碳效基準(zhǔn)，為未來碳配額分配工作提

供指導(dǎo)。該數(shù)據(jù)基礎(chǔ)對于石化行業(yè)碳排放管理具有

重要支撐作用，具備較高研究價(jià)值和應(yīng)用前景。

6.2 形成石化行業(yè)“碳效分級標(biāo)準(zhǔn)”

石化產(chǎn)品碳效分級標(biāo)準(zhǔn)的制定和使用，對于企

業(yè)減排行為具有重要的指導(dǎo)意義，且必將形成顯著

的減排效果。參照與碳效分級標(biāo)準(zhǔn)相類似的能效分

級標(biāo)準(zhǔn)（Energy Efficiency Index）體系在家電行業(yè)

的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，該機(jī)制普遍適用于各個(gè)品類的常見家

用電器，已被證明是在降低能耗方面投入產(chǎn)出比最

佳途徑，在帶來巨大的環(huán)境效益同時(shí)，也為消費(fèi)者

提供了積極回報(bào)。據(jù)國家發(fā)展改革委統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自

2012年至今，我國通過在家電行業(yè)建立能效標(biāo)準(zhǔn)體

系、推廣能源標(biāo)識(shí)應(yīng)用，平均每年節(jié)約用電超過 1

700億千瓦時(shí)，相當(dāng)于每年減排二氧化碳近1億噸。

基于能效分級在家電行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，未來

五到十年內(nèi)，石化行業(yè)也應(yīng)當(dāng)通過研究論證與優(yōu)化

完善，實(shí)現(xiàn)普遍適用于絕大部分大宗石化產(chǎn)品的碳

效分級?？梢猿醪桨凑諒腁到D分別對應(yīng)優(yōu)秀、良

好、有減排潛力、減排潛力較大四種節(jié)能減排管理

水平，建立逐漸細(xì)化分級標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，通過對標(biāo)國

內(nèi)現(xiàn)有煉化裝置運(yùn)行能耗及碳排放數(shù)據(jù)分級方法和

標(biāo)準(zhǔn)，圍繞石化行業(yè)碳減排目標(biāo)、重點(diǎn)碳減排對象

等管理需求，制定分級規(guī)范，形成有一定行業(yè)影響

力的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

6.3 推動(dòng)石化產(chǎn)品碳標(biāo)簽認(rèn)證

基于碳效指標(biāo)體系，探索開發(fā)適用于我國石

化產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品碳效分級標(biāo)準(zhǔn)，并逐漸形成成熟的石

化產(chǎn)品碳標(biāo)簽認(rèn)證方法。通過對代表性石化產(chǎn)品碳

效的深入研究，更加全面探討碳標(biāo)簽在石油產(chǎn)品領(lǐng)

域的應(yīng)用前景，推動(dòng)石化產(chǎn)品碳標(biāo)簽認(rèn)證工作深入

開展。我國石化及下游相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品大量出口至美

國、歐盟、東南亞、澳大利亞、南美洲等國家和地

區(qū)，隨著碳標(biāo)簽在國外市場日益普及，石化企業(yè)應(yīng)

當(dāng)密切關(guān)注相關(guān)國家和地區(qū)碳標(biāo)簽政策動(dòng)態(tài)，積極

推動(dòng)出口產(chǎn)品碳標(biāo)簽認(rèn)證，此舉有助于我國碳標(biāo)簽

與國際接軌，更有助于提升在國內(nèi)及行業(yè)層面的話

語權(quán)。

6.4 探索指標(biāo)體系應(yīng)用場景

以碳標(biāo)簽為抓手的指標(biāo)體系，通過在石化產(chǎn)

品原材料采購、生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用、處置等場景中

應(yīng)用，可有效帶動(dòng)上下游企業(yè)降低碳排放，從而建

立全產(chǎn)業(yè)鏈低碳生產(chǎn)體系。從全球視角看，英國率

先提出碳標(biāo)簽概念，并構(gòu)建一整套產(chǎn)品碳足跡評價(jià)

標(biāo)準(zhǔn)；隨后美國、歐盟等主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)紛紛

跟進(jìn)推廣，使得碳標(biāo)簽在農(nóng)產(chǎn)品、生活用品、電子

產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如，百事集團(tuán)旗

下的沃克爾薯片公司，通過碳標(biāo)簽體系標(biāo)記土豆在

種植、采購、運(yùn)輸、生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)的碳排放量，

以此優(yōu)化采購流程，使得單位薯片的生產(chǎn)能耗下降

了33%；蘋果公司則通過產(chǎn)業(yè)鏈碳標(biāo)簽工具開展低

碳管理，2019年參與供應(yīng)商能效項(xiàng)目的工廠達(dá)到92

家，減少77.9萬噸碳排放量。根據(jù)碳標(biāo)簽推廣經(jīng)驗(yàn)，

可以預(yù)見這一機(jī)制在全球石化行業(yè)中也將逐步普及。

尤其值得注意的是，歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（又

稱 CBAM 碳關(guān)稅）已于 2023 年 10 月啟動(dòng)試運(yùn)行，

（下轉(zhuǎn)第 51 頁）

摘? 要：為進(jìn)一步落實(shí)雙碳目標(biāo)，2024年我國出臺(tái)《碳排放權(quán)交易管理暫行條例》并重啟CCER市場，全國

碳交易駛?cè)肟燔嚨馈?月碳配額價(jià)格首次破百，碳價(jià)持續(xù)上升釋放利好信號(hào)。碳交易發(fā)展穩(wěn)健，未

來良好有序的碳交易依賴于法治保障。目前我國有關(guān)碳交易的法律制度不完善，譬如存在碳排放權(quán)

界定模糊、內(nèi)容涵蓋狹窄、免費(fèi)配額分配過高和技術(shù)滯后等問題，持續(xù)阻塞碳價(jià)上升，進(jìn)一步影響

碳交易市場功能正常發(fā)揮。文章針對上述問題提出優(yōu)化路徑，完善碳交易市場法律規(guī)范，為碳市場

健康發(fā)展保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：雙碳目標(biāo) 全國碳交易 法治保障 法律制度 阻塞碳價(jià) 優(yōu)化路徑

完善碳交易法律制度，助推碳市場健康發(fā)展

張玉琪

（廣西師范大學(xué)，廣西桂林 541006）

收稿日期：2024-04-24

作者簡介：張玉琪，碩士研究生。現(xiàn)就讀于廣西師范大學(xué)法律專業(yè)，從事法律專業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的研究。

通訊聯(lián)系人：張玉琪，751532528@qq.com。

Improving the Legal System of Carbon Trading to Promote

the Healthy Development of the Carbon Market

Zhang Yuqi

（Guangxi Normal University，Guilin，Guangxi 541006，China）

Abstract: In order to further implement the carbon peaking and carbon neutrality goal, China issued the Interim

Regulations on Carbon Emission Trading Management and restarted the CCER market in 2024, and the national

carbon trading entered the fast lane. In April of the same year, the carbon quota price broke 100 for the first time, and

the continuous rise of the carbon price released a good signal. The stable development of carbon trading and the good

and orderly carbon trading in the future depended on the legal guarantee. At present, China's legal system on carbon

trading is not perfect, such as the vague definition of carbon emission rights, narrow content, excessive allocation

of free quotas, and lagging technology, etc. The above problems will continue to block the rise of carbon prices and

further affect the normal function of the carbon trading market. In view of the above problems, this paper proposes an

optimization path to improve the legal norms of the carbon trading market, and ensure the healthy development of the

carbon market.

Keywords: carbon peaking and carbon neutrality target；national carbon trading；legal protection；legal system；

blocking carbon prices；optimization path

2024 年 8 月·第 9 卷·第 4 期 >> 碳市場與碳管理 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：張玉琪 . 完善碳交易法律制度，助推碳市場健康發(fā)展 [J]. 石油石化綠色低碳，2024，9（04）：32-37.

2024 年.第 4 期 張玉琪．完善碳交易法律制度，助推碳市場健康發(fā)展 - 33 -

雙碳目標(biāo)，即習(xí)近平主席代表中國對世界作出

的我國將力爭于“2030年前碳排放達(dá)到峰值，2060

年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的承諾，也是黨中央、國務(wù)院作

出的應(yīng)對全球氣候變化與我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠

色轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略部署。為有效落實(shí)雙碳目標(biāo)，7 個(gè)地

方試點(diǎn)碳市場陸續(xù)上線交易。

碳市場交易是指賣方通過減排行為節(jié)省碳排放

額度，并將該額度出售給缺乏碳排放額度的買方。

碳交易具有金融和環(huán)保雙重性質(zhì)，其標(biāo)的物是政

府發(fā)放的碳排放額度。碳排放交易作為落實(shí)雙碳

目標(biāo)的重大制度創(chuàng)新，其順利實(shí)施依賴于有力的法

治保障。

1 我國碳交易市場推進(jìn)及相關(guān)法規(guī)現(xiàn)狀

1.1 我國碳市場推進(jìn)現(xiàn)狀

全國碳市場自2021年7月上線交易，作為全球

涵蓋最多溫室氣體排放量的碳市場，推行初期減排

工作獲得明顯成效，具體表現(xiàn)在2021年煤炭占能源

消費(fèi)比例下降至56.0%，非化石能源消費(fèi)占能源消

費(fèi)比例達(dá)到16.6%，單位GDP二氧化碳排放較2005

年累計(jì)下降 50.8%[1]。碳交易有效推動(dòng)經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)

展，同時(shí)具有良好的金融價(jià)值及政策兼容性，因此

受到政府高度重視。

碳市場初步推行時(shí)期，為避免操之過急使企業(yè)

減排壓力大，我國推行較為寬松的政策，先以部分

城市作為試點(diǎn)，后推行全國碳交易市場。較寬松的

政策也導(dǎo)致碳交易呈明顯潮汐現(xiàn)象，碳交易市場只

有 11 月至 12 月履約期交易量和價(jià)格上升，同時(shí)碳

配額價(jià)格較低，截至2023年年底碳價(jià)一直未能突破

100元。

近幾年我國經(jīng)濟(jì)回溫，政府順勢力推低碳戰(zhàn)略

方針，增加森林碳匯，積極出臺(tái)相關(guān)法規(guī)，碳交易

上升至更高層次階段。2024年全國碳交易量雖未明

顯放大，但配額價(jià)格持續(xù)穩(wěn)步提升，4月24日、25

日連續(xù)兩天收盤價(jià)破百，且上漲期間并非在履約

期，由此向外釋放政策性信號(hào)。碳價(jià)走勢有兩個(gè)主

導(dǎo)因素，一是近期全國碳市場行業(yè)擴(kuò)容的信號(hào)釋

放，免費(fèi)配額呈收緊趨勢，控排企業(yè)囤積配額意愿

的增強(qiáng)，導(dǎo)致市場需求大于市場供給，最終體現(xiàn)為

碳價(jià)快速升溫；另一方面，隨著全國碳市場建設(shè)穩(wěn)

步推進(jìn)，碳定價(jià)功能逐步完善，價(jià)格機(jī)制的作用開

始顯現(xiàn)。碳價(jià)破百標(biāo)志著我國碳交易市場正形成有

中國特色的碳定價(jià)機(jī)制，進(jìn)入一個(gè)充滿活力的新時(shí)

期，同時(shí)也體現(xiàn)政府繼續(xù)深化企業(yè)能源轉(zhuǎn)型改革的

決心。

2024 年 1 月 22 日自愿減排市場 CCER 正式啟

動(dòng)，也是助推配額價(jià)格上漲的重要因素。作為碳交

易市場的補(bǔ)充，CCER受限嚴(yán)格，抵消比例不超過

5%[2]，使用次序位于森林碳匯和農(nóng)業(yè)碳匯之后，但

蘊(yùn)含巨大潛力。就短期來看，企業(yè)可以通過CCER

抵消，以此避免無法清繳配額付出高額罰金，另幫

助企業(yè)轉(zhuǎn)化減排成果，獲得減排收益，有效激勵(lì)企

業(yè)和組織減排。長遠(yuǎn)來看，CCER可以挖掘企業(yè)綠

色價(jià)值，豐富綠色金融產(chǎn)品種類。

1.2 全國碳交易法律制度框架

近幾年政府不斷出臺(tái)有關(guān)碳交易相關(guān)法律，中

國碳配額交易制度體系（ETS）得以完善，碳交易

行為和監(jiān)管措施也得以規(guī)范。

2021年我國碳交易法律制度形成“1＋N”政策

體系[3]。同年2月由生態(tài)環(huán)境部頒布并施行《碳排

放權(quán)交易管理辦法（試行）》和碳排放權(quán)登記、交

易、結(jié)算3個(gè)管理規(guī)則，明確規(guī)范登記、報(bào)告審查、

配額分配、碳市場交易、配額清繳、監(jiān)督等流程[4]。

2023年2月17日，最高人民法院發(fā)布了《最高

人民法院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念 為積極

穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和提供司法服務(wù)的意見》。作

為最高法出臺(tái)的第一部關(guān)于碳中和的規(guī)范性文件，

涵蓋四部分內(nèi)容，包括貫徹最嚴(yán)密法治、維護(hù)碳市

場交易秩序、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型和堅(jiān)持生

態(tài)修復(fù)優(yōu)先、固碳增匯協(xié)同推進(jìn)。《意見》嚴(yán)厲打

擊企業(yè)“漂綠”不法亂象，持續(xù)深化雙碳交易司法

改革。

2024年形成“1＋1＋N”的制度體系，最頂層

的“1”指的是5月1日施行的《碳排放權(quán)交易管理

暫行條例》（下稱《暫行條例》）?！稌盒袟l例》統(tǒng)

領(lǐng)碳交易法律體系，奠定碳交易法律制度框架的基

礎(chǔ)。第二個(gè)“1”指的是生態(tài)環(huán)境部2020年底頒布

的《碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》，《管理辦法》

對全國碳市場交易流程進(jìn)行細(xì)化?！癗”指的是碳

交易流程的規(guī)范性文件，包括指南、規(guī)章、工作報(bào)

告等[5]。

作為應(yīng)對氣候變化第一部行政法規(guī)，《暫行條

- 34 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

例》一是細(xì)化處罰措施，包括改正、處罰、責(zé)令停

產(chǎn)整治等，偏重于打擊不合規(guī)交易行為；其二嚴(yán)格

監(jiān)管機(jī)構(gòu)和責(zé)任，避免相關(guān)單位互相推諉責(zé)任；其

三細(xì)化相關(guān)交易流程，保障相關(guān)數(shù)據(jù)公正性。交易

主體為避免后期履約成本過高，同時(shí)也受到《條例》

震懾，提前購買配額，導(dǎo)致今年4月非履約期配額價(jià)

格上漲?！稌盒袟l例》施行標(biāo)志碳交易法律條文立法

層級進(jìn)一步提升，為后續(xù)法律出臺(tái)指明方向。

2 碳交易法律制度存在短板，碳交易法律體系不

完善

西方資本國家氣候變化法的特色是法條規(guī)定

細(xì)致，可操作性強(qiáng)；我國較多環(huán)保條文傾向于倡導(dǎo)

性、原則性的指導(dǎo)[6]，可操作性低。環(huán)保條文較寬

泛是由于我國經(jīng)濟(jì)尚處于發(fā)展階段，既要考慮節(jié)能

減排，也要照顧經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，不可避免地陷入經(jīng)

濟(jì)、環(huán)保兩手抓的困境[7]。

《民法典》《環(huán)境保護(hù)法》《大氣污染防治法》

在法律層面上包含碳交易有關(guān)的規(guī)定[8]，主要是倡

導(dǎo)性和原則性條文，在實(shí)踐方面可操作性弱。有關(guān)

專門法律偏向于將碳交易作為普通現(xiàn)貨市場管理，

對于擴(kuò)充行業(yè)覆蓋面、創(chuàng)新金融衍生產(chǎn)品、推進(jìn)有

償配額等方面缺乏相關(guān)規(guī)定。

2.1 碳排放權(quán)界定模糊

法律規(guī)范關(guān)于碳排放權(quán)界定混亂。有的地方性

法律將碳排放權(quán)表述為“權(quán)益”，以配額作為碳排

放權(quán)的數(shù)據(jù)載體，例如《北京市碳排放權(quán)交易管理

辦法（試行）》規(guī)定碳排放權(quán)為單位排放溫室氣體

的權(quán)益。也有法律將碳排放權(quán)定義為“配額”，權(quán)

利和權(quán)利載體混淆為一體，例如《暫行條例》規(guī)定

“碳排放配額，是指分配給重點(diǎn)排放單位規(guī)定時(shí)期

內(nèi)的二氧化碳等溫室氣體的排放額度”，表明碳排

放配額分配之前源于行政權(quán)力行使[8]。當(dāng)然大多數(shù)

法律避免對“碳排放權(quán)”定性，更多是以配額來界

定“碳排放權(quán)”。那么碳排放權(quán)在交易過程中應(yīng)該

受到私法還是公法規(guī)范？若是界定為私法屬性，則

有將公共資源歸為私人所有的邏輯瑕疵[9]，若是僅

界定為公法屬性，那么碳排放權(quán)就徹底淪為公法規(guī)

范下履約型產(chǎn)物。

但立法的意義在于厘清主體、權(quán)利義務(wù)及性

質(zhì)，為正確的解決糾紛以及確認(rèn)權(quán)責(zé)歸屬提供指

引，若“碳排放權(quán)”長期定義缺失，那么主體在行

使權(quán)力過程中“有法可依”從何談起，交易主體在

行使交易行為時(shí)，也會(huì)因?qū)μ寂欧艡?quán)法律歸屬問題

產(chǎn)生多角度看法，導(dǎo)致交易糾紛，打擊交易積極性。

2.2 碳交易法律制度涵蓋內(nèi)容狹窄，遠(yuǎn)期阻礙碳價(jià)

上升

由環(huán)境庫茲涅茨曲線可知經(jīng)濟(jì)與二氧化碳排放

為倒“U”型關(guān)系[7]：發(fā)達(dá)國家通過推動(dòng)行業(yè)經(jīng)濟(jì)

綠色轉(zhuǎn)型，碳排放已逐步降低[10]；但中國依然處于

碳排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的正相關(guān)階段。碳市場建設(shè)初

期，我國通過試點(diǎn)碳市場摸索經(jīng)驗(yàn)，謹(jǐn)慎打造碳交

易法律制度框架，政府于 2024 年建成“1＋1＋N”

的法律制度體系，最頂層的“1”即《碳排放權(quán)交

易管理暫行條例》，尚缺乏配套的法律細(xì)則，導(dǎo)致

ETS并不完善，從而出現(xiàn)一系列問題。

2.2.1 交易產(chǎn)品、方式較單一

市場利益和交易流動(dòng)性可以激發(fā)碳金融產(chǎn)品

多元?jiǎng)?chuàng)新，防范化解碳價(jià)變動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。歐盟的碳市場

由拍賣市場、現(xiàn)貨市場以及衍生品市場三部分組

成 [11]。我國碳交易標(biāo)的物主要為碳配額現(xiàn)貨

（CEA）基本產(chǎn)品，交易產(chǎn)品單一?！稌盒袟l例》規(guī)

定“碳排放權(quán)交易產(chǎn)品包括碳排放配額和經(jīng)國務(wù)院

批準(zhǔn)的其他現(xiàn)貨交易產(chǎn)品”，表示我國碳交易標(biāo)的

物同時(shí)涵蓋配額和以配額為基礎(chǔ)的金融衍生產(chǎn)品。

實(shí)際情況是配額有關(guān)的質(zhì)押、抵押、回購等相關(guān)衍

生金融產(chǎn)品推廣力度小、流動(dòng)性低，更多起到創(chuàng)新

示范作用。主要原因是我國法律對現(xiàn)貨交易流程及

罰則規(guī)定較為詳盡，缺乏增加碳期貨規(guī)定[11]。

2.2.2 參與主體較少

總結(jié)往期試點(diǎn)碳市場經(jīng)驗(yàn)，碳市場覆蓋行業(yè)越

多，開放程度越高，交易流動(dòng)性就越強(qiáng)。歐盟碳市

場在四個(gè)階段不斷擴(kuò)大行業(yè)參與主體?！短寂欧艡?quán)

交易管理辦法（試行）》規(guī)定：“溫室氣體排放單

位符合下列條件的，應(yīng)當(dāng)列入溫室氣體重點(diǎn)排放單

位（以下簡稱重點(diǎn)排放單位）名錄：（一）屬于全

國碳排放權(quán)交易市場覆蓋行業(yè)；（二）年度溫室氣

體排放量達(dá)到2.6萬噸二氧化碳當(dāng)量”。全國碳市場

重點(diǎn)排放單位主要集中在電力行業(yè)，約占全國二氧

化碳排放量百分之三十[12]，缺乏引導(dǎo)其他行業(yè)進(jìn)入

的法律規(guī)定?！短寂欧艡?quán)交易管理暫行條例》提出：

“重點(diǎn)排放單位消費(fèi)非化石能源電力的，按照國家

2024 年.第 4 期 張玉琪．完善碳交易法律制度，助推碳市場健康發(fā)展 - 35 -

有關(guān)規(guī)定對其碳排放配額和溫室氣體排放量予以相

應(yīng)調(diào)整”，缺乏相關(guān)調(diào)整細(xì)則。另外我國建材、石

化、航空、鋼鐵等排放量較多的耗能行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域

繁多、差異較大，且地區(qū)間經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和行業(yè)特點(diǎn)也

有差異，缺乏一套涵蓋全國所有行業(yè)的配額分配制

度及配套碳排放監(jiān)管核查制度（MRV）[13]。

2.2.3 未制定有償分配條文

全國碳市場交易以免費(fèi)配額為主，除了北京、

湖北碳排放交易市場免費(fèi)分配，其余六個(gè)試點(diǎn)市場

配額分配主要是免費(fèi)和拍賣相結(jié)合，以免費(fèi)分配為

主，有償分配制度的法律規(guī)定相對缺乏。免費(fèi)配額

分配過多導(dǎo)致碳交易市場供大于求，碳價(jià)上升受

阻。歐盟市場價(jià)格保持在每噸60歐元左右，數(shù)倍我

國配額價(jià)格[14-16]，因?yàn)橛袃敺峙淇梢云鸬絻r(jià)格發(fā)現(xiàn)

功能，保證碳價(jià)上升于合理空間。

2.2.4 監(jiān)管責(zé)任不明晰

司法實(shí)踐中指導(dǎo)案例較少，企業(yè)主對于將碳排

放權(quán)作為資產(chǎn)持懷疑態(tài)度，打擊企業(yè)參與積極性。

在國際碳交易中，中國常出現(xiàn)“失語”情況[6]，難

以與國際碳交易市場做好接軌，原因是我國并沒有

形成一套完善的監(jiān)管法律制度，話語權(quán)較低。

2.3 碳交易配套設(shè)施建設(shè)制度滯后

我國法律缺乏對配套設(shè)施技術(shù)和人才培養(yǎng)的重

視，培養(yǎng)碳交易人才方面法律規(guī)范存在空白，導(dǎo)致

企業(yè)內(nèi)部缺乏合格的碳管理人才。

另外全國重點(diǎn)排放單位并未統(tǒng)一核算標(biāo)準(zhǔn)，碳

市場能力建設(shè)需求動(dòng)態(tài)分析、碳市場及時(shí)供給能力

不夠，配套的二氧化碳碳排放檢測技術(shù)滯后，并

且不同控排企業(yè)數(shù)據(jù)檢測設(shè)施、管理、能力等差異

大，導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)公布較滯后。

3 碳交易市場的法治改革道路

3.1 靈活定性碳排放交易權(quán)

學(xué)術(shù)界對碳排放權(quán)屬性問題有二種觀點(diǎn)：一

種是“非權(quán)利說”，主張?zhí)寂欧挪灰艘暈槟撤N權(quán)利，

更適合作為政府部門下發(fā)給碳排放單位的配額；二

是“權(quán)利說”，具體可細(xì)化為一元論和二元論。一

元論主張非私即公，兩個(gè)屬性不可兼具；二元論則

主張?zhí)寂欧艡?quán)兼具公私屬性 [17]。根據(jù)《京都協(xié)議

書》“公平但有區(qū)別”的原則，應(yīng)強(qiáng)調(diào)碳排放權(quán)法

律屬性為發(fā)展權(quán)。發(fā)達(dá)國家相對于發(fā)展中國家對氣

候變化領(lǐng)域影響更甚，因此發(fā)達(dá)國家應(yīng)該起到減排

責(zé)任帶頭作用，發(fā)展中國家可以根據(jù)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)?/p>

況制定適合自己的ETS。

1956年，《對私人的公共補(bǔ)貼》詳細(xì)闡述雙階

理論，即公共利益的實(shí)現(xiàn)劃分為決定階段和履行階

段。ETS可以融入雙階理論，即碳配額分配之前來

源于國家分配，屬于行政行為，宜受公法約束。《暫

行條例》明確減排主體無法清繳配額的處罰，表明

碳排放權(quán)交易受行政法約束。其次配額流通于市場

中后交易主體為企業(yè)，交易方式類似于商品流通，

配額流通過程中應(yīng)用私法進(jìn)行約束[17]。我國關(guān)于碳

排放權(quán)的定義可結(jié)合雙階理論，根據(jù)不同階段強(qiáng)調(diào)

其不同屬性，承認(rèn)其雙重屬性。

3.2 填補(bǔ)法律空缺，構(gòu)建一體化碳交易法律體系

3.2.1 增加碳金融衍生品制度，打造碳交易二級

市場

將商業(yè)銀行、券商等金融機(jī)構(gòu)以及合規(guī)碳資

產(chǎn)公司納入碳交易市場主體范疇，配合金融監(jiān)管出

臺(tái)相關(guān)金融機(jī)構(gòu)的行為規(guī)范，鼓勵(lì)更多投資者進(jìn)入

ETS，豐富碳交易市場的交易方式。其次，增添碳

金融衍生品相關(guān)條文，扭轉(zhuǎn)履約性質(zhì)的碳現(xiàn)貨交易

市場現(xiàn)狀，將碳價(jià)變動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為投資收益。同

時(shí)注意審慎引入碳期貨，以“碳市場是減排政策工

具”為核心，避免碳交易市場過度金融化[18]。

3.2.2 為難脫碳企業(yè)設(shè)立單獨(dú)標(biāo)準(zhǔn)

部分被證明難以脫碳的企業(yè)，比如化工、建筑

等企業(yè)，先通過試點(diǎn)城市單獨(dú)設(shè)立一套相匹配的碳

排放交易系統(tǒng)，降低企業(yè)短期內(nèi)過度減排壓力，同

時(shí)設(shè)立政府補(bǔ)貼鼓勵(lì)企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。其次以“成熟

一個(gè)，納入一個(gè)”為原則，根據(jù)企業(yè)脫碳由易到難

順序，通過立法將企業(yè)逐步納入碳交易主體中。

3.2.3 “國情需要＋國際經(jīng)驗(yàn)”模式引入有償分配

歐盟碳市場有償分配占比已從最初的5%增至

目前的57%，并計(jì)劃2026—2034年取消免費(fèi)分配比

例，完全實(shí)現(xiàn)有償分配，僅德國采用固定價(jià)格（計(jì)

劃2026年實(shí)現(xiàn)拍賣）。美國發(fā)布的區(qū)域溫室氣體減

排計(jì)劃也已明確百分之百采用配額拍賣形式[19]。歐

盟和美國均是從免費(fèi)分配碳配額逐步過渡到免費(fèi)分

配與拍賣并存，而后逐步擴(kuò)大拍賣比例，同時(shí)保持

不同地區(qū)之間差異[20]。德國碳排放交易的國家收入

會(huì)用于政府氣候和轉(zhuǎn)型基金，以及援助工業(yè)及家庭

- 36 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

可再生能源的開發(fā)和利用。根據(jù)歐盟碳市場和試點(diǎn)

碳市場的經(jīng)驗(yàn)，分配拍賣機(jī)制是配額分配的最終走

向，《暫行條例》也釋放未來將擴(kuò)大有償分配比例

的政策信號(hào)。

一是國家可以借鑒歐盟碳排放權(quán)交易體系（EU

ETS）四階段收緊免費(fèi)配額經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)

展情況適時(shí)收緊免費(fèi)配額比例，做好與有償配額的

銜接；二是立法層面通過出臺(tái)地方性法規(guī)，融入歐

盟碳排放交易市場先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，循序漸進(jìn)進(jìn)行本土化

改革，形成一套適合中國國情的碳排放交易制度，

逐步擴(kuò)大至全國范圍；三是設(shè)置拍賣價(jià)格最低標(biāo)

準(zhǔn)，避免背離碳價(jià)；四是在法律中設(shè)立拍賣收入所

應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)，將拍賣收入重新分配于投資

碳密集型行業(yè)減排設(shè)施，實(shí)現(xiàn)資源合理分配，加速

行業(yè)的綠色化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，最后動(dòng)態(tài)調(diào)整免

費(fèi)配額比例，根據(jù)企業(yè)減排情況和技術(shù)水平，實(shí)驗(yàn)

個(gè)性化獎(jiǎng)懲[21]；五是設(shè)置全國配額總量適度。如配

額總量過緊，企業(yè)減排壓力過大，會(huì)影響重工業(yè)為

主的地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。如配額分配過多，碳價(jià)難以上

升，我國碳市場履約性交易的現(xiàn)狀仍無法改變；且

碳配額冗余過多企業(yè)也會(huì)獲得不匹配收益，影響市

場公平環(huán)境。應(yīng)優(yōu)先設(shè)置碳配額總量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，配

合地方性法規(guī)規(guī)定各省碳配額計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，先由省級

分管部門初步計(jì)算試點(diǎn)地區(qū)碳配額量，再將各省分

配總量予以疊加，形成全國配額分配總量[22]；同時(shí)

借鑒歐盟遞減因子等以量化法對總量逐步收緊[23]。

3.2.4 堅(jiān)持全流程管理，明晰監(jiān)管責(zé)任

碳交易機(jī)構(gòu)除了作為碳交易平臺(tái)，還賦有一定

職權(quán)[24]，宜細(xì)化監(jiān)管法律條文，設(shè)立碳交易監(jiān)管機(jī)

構(gòu)職能部門。其次完善政府部門監(jiān)督機(jī)制，包括現(xiàn)

場抽查、調(diào)查以及信息統(tǒng)計(jì)，維護(hù)碳交易過程公正。

另需制定配套的司法實(shí)踐規(guī)范，完善司法監(jiān)督

機(jī)制。提高監(jiān)管部門、執(zhí)法部門、司法部門的協(xié)同

性。可以將企業(yè)“洗綠”“漂綠”等不法行為納入

公益訴訟范疇中，開拓司法介入渠道。以案釋法，

增大普法宣傳力度，提高主體維權(quán)意識(shí)。引入民眾

建議，拓寬民眾立法渠道。

3.2.5 以《條例》為核心制定新制度，配套制定

相關(guān)法律法規(guī)

根據(jù)歐盟碳市場經(jīng)驗(yàn)，配額跨期存儲(chǔ)和預(yù)支

可防范碳價(jià)波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，《2021、2022年度全國碳

排放權(quán)交易配額總量設(shè)定與分配實(shí)施方案（發(fā)電行

業(yè)）》規(guī)定，配額缺口率在10%及以上的企業(yè)可預(yù)

支2023年配額預(yù)支量，應(yīng)低于年度配額缺口量一半。

應(yīng)盡快推出關(guān)于配額預(yù)支和跨期結(jié)轉(zhuǎn)的細(xì)則[25]。

3.3 增強(qiáng)人才和配套設(shè)施建設(shè)，豐富信息披露制度

內(nèi)容

通過加強(qiáng)技術(shù)手段保證信息披露的透明和公

正。我國通過全國碳市場管理平臺(tái)，第二個(gè)履約周

期對300多萬個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別校驗(yàn)，及時(shí)

發(fā)現(xiàn)并解決 7.2 萬余個(gè)數(shù)據(jù)異常問題。未來應(yīng)當(dāng)建

立專業(yè)的環(huán)境數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)來實(shí)時(shí)檢測和公布數(shù)

據(jù)[26]。另可利用大數(shù)據(jù)技術(shù)提高檢測企業(yè)排放情況

的精確度，精準(zhǔn)管理重點(diǎn)排放企業(yè)，發(fā)現(xiàn)并解決排

放源頭。此外還需投入一定資本，培養(yǎng)高技術(shù)型人

才，借助新型人工智能，建立更準(zhǔn)確的碳排放計(jì)量

模型[27]。

4 結(jié)語

碳市場作為雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要手段，其順利

施行必須依靠完善的法律制度。我國政府于目前建

立“1＋1＋N”的碳交易法律制度體系需加快頂層

設(shè)計(jì)，保障碳交易有法可依，保護(hù)交易主體權(quán)益。

碳交易市場難點(diǎn)在于經(jīng)營，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與環(huán)保并駕齊

驅(qū)，最終實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”，碳交易法治建設(shè)任重

而道遠(yuǎn)。未來仍需推進(jìn)前瞻性法律政策的出臺(tái)，建

立國內(nèi)國際碳交易市場聯(lián)系的橋梁。縱觀歐盟碳市

場發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，將區(qū)域試點(diǎn)碳市場的經(jīng)驗(yàn)成果擴(kuò)大至

全國碳市場。相信我國碳交易市場建設(shè)更加成熟完

善，早日實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)綠色轉(zhuǎn)型，為全球減排提供

支撐。

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八面來風(fēng)

新催化劑提高二氧化碳制甲醇轉(zhuǎn)化率

據(jù)報(bào)道，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）研究人員通過在催化劑載體材料中引入氫化物，將二氧

化碳催化加氫反應(yīng)中甲醇產(chǎn)量提高了2倍。研究人員表示，高收率是由于表面氫化物直接參與了反應(yīng)，

以及在含氫化物的催化劑中，界面電子性質(zhì)有所改變。

研究人員設(shè)計(jì)了一種催化劑，利用鈣鈦礦（鈦酸鋇）負(fù)載的銅納米顆粒將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇。

選擇鈦酸鋇作載體，是因?yàn)槠涫巧贁?shù)幾種可以與氫陰離子（氫化物）結(jié)合形成穩(wěn)定氫化物的材料之一。

通常氫化物對空氣和水有較強(qiáng)的反應(yīng)性。此外，研究人員假設(shè)加入的氫陰離子可能將影響催化劑與載

體界面上銅原子的電子特性。

（王加欣）

摘? 要：生物質(zhì)在高溫、無氧（或低氧）條件下進(jìn)行裂解與碳化得到生物油、合成氣與生物炭，該過程可有

效減少生物質(zhì)的焚燒，從而降低CO2排放。由于可塑性強(qiáng)、孔徑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境危害小，生物炭材

料作為生物質(zhì)能衍生物已被廣泛應(yīng)用于土壤改良、水污染治理與固碳等領(lǐng)域。該文研究了一種作為

新型化工領(lǐng)域材料的生物炭應(yīng)用于CO2固體吸附劑領(lǐng)域的可行性與捕獲機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)提供

潛在路徑。研究分析認(rèn)為，由于生物炭自身的環(huán)保性與可持續(xù)性，該吸附劑在捕獲CO2失活后可以

進(jìn)行土壤改良或應(yīng)用于其他相關(guān)環(huán)保領(lǐng)域，該特點(diǎn)是其他CO2吸附劑無法比擬的。因此，生物炭作

為一種具有CO2吸附潛力、穩(wěn)定性高、持續(xù)性強(qiáng)的生物材料，為未來中國深入發(fā)展CCUS領(lǐng)域增加

材料選擇性，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)生產(chǎn)提供思路。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì) 生物炭 CO2 CCUS 機(jī)理研究 碳捕獲 直接空氣捕獲

多孔生物炭的制備、

改性及碳捕獲機(jī)理和應(yīng)用前景研究

張晨

（中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，中國石化咨詢有限責(zé)任公司，北京 100029）

收稿日期：2023-09-11

作者簡介：張晨，博士研究生，工程師。2023 年畢業(yè)于英國貝爾法斯特女王大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)?，F(xiàn)主要從事國際石油市場研究、

國際原油價(jià)格預(yù)測和化工原料市場等研究工作。

通訊聯(lián)系人：張晨，zhangchen.edri@sinopec.com。

The Preparation and Development of Porous Biochar Materials for Carbon Capture

Zhang Chen

（SINOPEC Economics & Development Research Institute Company Limited，

China Petrochemical Consulting Company Limited，Beijing 100029，China）

Abstract: Biomass materials can produce the bio-oil, synthesisgas, and biochar materials according to the pyrolysis

and carbonization processes under the high-temperature and anaerobic atmosphere. Biochar has a high and stable

carbon content, and can reduce the carbon emissions. Due to the novelties of easy-modification, complex textural

structure, and environmentally friendly, biochar materials derived by biomass has been widely applied in soil

amendment, polluted water treatment, carbon fixation and other fields. As one of the new chemical engineering

adsorbents, biochar shows the potential to accelerate the achievement of carbon neutrality. Moreover, because of

the sustainability, biochar adsorbent could further used in soil improvement or other applications after capturing

CO2. Therefore, biochar as a kind of carbon capture adsorbent, it has impressive prospective due to the reliable CO2

capture capacity and stability.

Keywords: biomass；biochar；carbon dioxide；CCUS；mechanism study；carbon capture；direct air capture

2024 年 8 月·第 9 卷·第 4 期 >>CO2 捕獲、封存與利用技術(shù)<<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：張晨 . 多孔生物炭的制備、改性及碳捕獲機(jī)理和應(yīng)用前景研究 [J]. 石油石化綠色低碳，2024，9（04）：38-51.

2024 年.第 4 期 張晨．多孔生物炭的制備、 改性及碳捕獲機(jī)理和應(yīng)用前景研究 - 39 -

隨著人類和社會(huì)活動(dòng)不斷發(fā)展，全球氣候變

暖加速，冰川融化、海平面上升等極端天氣事件頻

發(fā)。聯(lián)合國制定了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》以

阻止全球變暖。減少CO2排放和降低大氣中CO2濃

度是緩解溫室效應(yīng)的主要途徑。全球CO2濃度長期

穩(wěn)定在270～290 mg/kg。工業(yè)文明致化石能源大量

應(yīng)用造成 CO2排放量急劇上升，根據(jù) NOAA 全球

監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室年度報(bào)告，近年來全球碳排放量急劇攀

升，詳見圖1，導(dǎo)致全球變暖溫度接近1 ℃，2023

年全球平均大氣CO2濃度為419.3 mg/kg，創(chuàng)歷史新

高。與此同時(shí)，空氣中甲烷和氮氧化物的含量分別

是1750年的262%和123%。

生物質(zhì)不僅可儲(chǔ)存太陽能，還是一種可轉(zhuǎn)化為

傳統(tǒng)固體、液體和氣體燃料的可再生碳源；煤炭、

石油和天然氣等能源基本由生物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來。與此

同時(shí)，生物質(zhì)能因其普遍性、豐富性和可再生性而

廣受認(rèn)可。生物炭是在厭氧或缺氧條件下對生物質(zhì)

進(jìn)行熱處理而得到的一種固體碳材料，已被廣泛應(yīng)

用于土壤改良、土壤修復(fù)、污水處理、農(nóng)作物生產(chǎn)、

碳捕獲等領(lǐng)域。生物質(zhì)熱解和碳化形成的生物炭

含碳量高且穩(wěn)定，可減少生物質(zhì)燃燒和自然降解產(chǎn)

生的碳排放（負(fù)碳）。生物炭的生產(chǎn)原料豐富且價(jià)

格低廉，包括農(nóng)業(yè)廢棄物（秸稈、果殼、糞便等）、

林業(yè)廢棄物（枝葉、鋸末、樹皮等）和城市廢棄物

（生活垃圾、污泥等），將這些固體廢棄物制備成生

物炭可有效實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的資源化利用。該文

章綜述了生物炭的制備、改性方法、改性機(jī)理及吸

附CO2的潛在機(jī)理，并對該領(lǐng)域前景做出展望。

圖1 全球碳排量與大氣相關(guān)指標(biāo)趨勢[1]

7 000

6 000

5 000

4 000

3 000

2 000

1 000

0

1800 1850 1900

年份 年份

1950 2000

碳排放 /（百萬噸 /年）

總計(jì)

石油

煤炭

天然氣

水泥生產(chǎn)

1920 1940 1960 1980 2000 2020

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

–0.2

445

420

395

370

345

320

295

溫度 /℃

CO2濃度 /（mg/kg）

全球變暖溫度

空氣中 CO2 濃度

南極冰芯 CO2 濃度

（a）按類型劃分的全球碳排放量 （b）全球氣溫、大氣 CO2 濃度變化情況

1 生物炭材料的制備與活化

生物炭的制備通常通過生物質(zhì)熱解實(shí)現(xiàn)。熱解

是一種不含氧的熱處理方式。熱解根據(jù)溫度和時(shí)間

的不同分為緩慢熱解、快速熱解和閃蒸熱解。較低

的煅燒溫度、升溫速率以及較長的熱解停留時(shí)間

（緩慢熱解）更有利于碳的保留，而中、高溫和較

短的熱解停留時(shí)間（快速熱解和閃蒸熱解）通常有

利于液相（生物油）和氣相（合成氣）的產(chǎn)生。熱

解過程生成的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)品都可應(yīng)用于各

類生物能源領(lǐng)域。

1.1 生物炭的制備

由于生物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)不均勻，熱解后產(chǎn)生的

炭在物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)上各不相同[2]。通過改變熱解

過程中的溫度、加熱速率、時(shí)間和壓力可以得到

不同的熱解產(chǎn)物，從而產(chǎn)生不同比例和成分的生物

炭、生物油和合成氣。如圖2所示，在生物質(zhì)熱解

過程中存在脫水干燥、物質(zhì)分解及碳化造孔三個(gè)階

段，可根據(jù)生物質(zhì)主要成分的不同選擇合適的熱解

溫度。中溫緩慢熱解更易保留碳組分，快速熱解則

更容易獲得液體生物油。生物炭一般通過緩慢熱解

產(chǎn)生，過程中比表面積、孔徑和灰分含量等物理性

質(zhì)也可以控制。以1～100 ℃/min的加熱速率進(jìn)行長

時(shí)間緩慢熱解。此外，緩慢熱解也被稱為燒炭法，

因?yàn)樵谶m當(dāng)?shù)臏囟认麻L時(shí)間緩慢熱解可獲得最多的

生物炭材料。由于熱解過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生生

物油和氣體副產(chǎn)品，目前生物炭的最高產(chǎn)量約為

50%。因此，提高生物炭質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵在于找

到更合適的熱解條件和熱解材料。

- 40 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

1.2 生物炭的活化

生物質(zhì)熱解后必須對生物炭進(jìn)行活化以提高生

物炭在各種應(yīng)用中的活性。物理（水蒸氣、CO2等）

和化學(xué)（強(qiáng)堿、強(qiáng)酸、熔融鹽等）法活化是生物炭

活化的主要手段。物理和化學(xué)活化方法可以改變生

物炭樣品的比表面積、孔隙大小、孔徑和表面官能

團(tuán)，具體取決于所使用的生物炭原料和每種活化方

法的優(yōu)勢。

1.2.1 水蒸氣活化

水蒸汽活化是生物炭活化最常用的方法之一。

通常情況下，可在100 ℃以上的溫度下產(chǎn)生氣態(tài)蒸汽

并將其引入活化系統(tǒng)。水蒸汽活化的溫度條件一般

在550 ℃以上，此法工藝簡單，對環(huán)境友好。蒸汽

活化過程中，引入的水分子進(jìn)入生物炭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，

與不穩(wěn)定的炭發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生 CO 等氣體，同時(shí)產(chǎn)生

的化合物也可能如公式（1）～（4）所示：

C＋H2O→CO＋H2 （1）

CO＋H2O ←→ CO2＋H2 （2）

C＋CO2←→ 2CO （3）

CO＋3H2→CH4＋H2O （4）

根據(jù)潛在機(jī)理，該過程包括碳—蒸汽化學(xué)反

應(yīng)、水汽轉(zhuǎn)換以及通過H2O、CO2和H2的碳?xì)饣痆3]。

生物炭中的碳被吹掃氣體（通常為N2和Ar）以CO2

和CO的形式從生物炭中清除，同時(shí)在蒸汽活化后

生成孔隙結(jié)構(gòu)?？紫督Y(jié)構(gòu)的變化可以通過孔隙體積、

孔隙大小和比表面積等不同方式反映出來，并且通

過改變活化溫度、活化時(shí)間和水蒸氣流速來改善生

物炭的表面形態(tài)。

水蒸汽活化適用絕大多數(shù)生物炭。表1說明了

從不同生物質(zhì)，包括木質(zhì)纖維素生物質(zhì)（如松樹[4-5]、

橄欖[6]、甘蔗渣[7]、小麥[9]、柳樹、椰子[10]）和糞

肥顆粒[9]生物質(zhì)中得到的蒸汽活化生物炭樣品的特

性。不過，水蒸汽活化生物炭的表面特性，尤其

是比表面積SBET與初始原料密切相關(guān)。木質(zhì)原料產(chǎn)

生的生物炭本身具有相對較高的比表面積，而由

廢棄糞便產(chǎn)生的生物炭通常表面性質(zhì)較差，在吸附

CO2、污水廢棄物等方面可能沒有更顯著的優(yōu)勢。

相同活化時(shí)間內(nèi)，同一生物炭的表面積隨著活化溫

度的升高而增大，這是因?yàn)榛罨^程是一個(gè)吸熱反

應(yīng)（ΔH＜0），溫度越高，反應(yīng)越劇烈，更有利于

生物炭孔隙的形成。此外，活化停留時(shí)間也是一個(gè)

重要影響因素。理論上活化時(shí)間越長，碳與水蒸氣

的反應(yīng)就越充分，但Demiral[6]的研究表明，過長的

活化時(shí)間會(huì)導(dǎo)致多孔結(jié)構(gòu)的破壞，從而降低比表面

積。因此，水蒸氣活化生物炭過程需考慮多重因素

并找到適宜條件。

1.2.2 CO2 活化

生物炭可在高溫下直接與 CO2反應(yīng)生成 CO，

見式（5），并形成活化孔隙。通常需要高于850 ℃的

活化溫度，且CO2由于分子直徑比水分子大而更難

進(jìn)入生物炭的孔隙進(jìn)行反應(yīng)。因此，生物炭的CO2

活化需要更長時(shí)間才能達(dá)到預(yù)期的表面改性效果。

C＋CO2←→2CO （5）

有些學(xué)者認(rèn)為CO2活化生物炭時(shí)產(chǎn)生的CO會(huì)

抑制氧原子從生物炭表面脫離，從而吸附活性位

點(diǎn)阻止活化[11]。CO2活化后生物炭也會(huì)形成豐富的

形態(tài)。如前文所述，活化生物炭的表面積與生物

質(zhì)的種類有很大關(guān)系，其范圍在80～2 000 m2

/g之

間 [12-16]。隨著活化時(shí)間的延長，松木生物炭的表

面積變得越來越大 [15]。此外，隨著活化溫度的升

圖2 典型木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中存在的三種生物聚合物的熱分解過程[2]

200～320 ℃：中溫?zé)峤馐谷剂细兹紵蚱?450～600 ℃：快速熱解使生物油轉(zhuǎn)化為生物柴油

脫水干燥 0～100 ℃ 木質(zhì)素 250～530 ℃左右

半纖維素分解 200～350 ℃

纖維素分解 250～400 ℃

生物質(zhì)碳化與多孔活化

溫度一般需高于 600 ℃

100 ℃ 200 ℃ 300 ℃ 400 ℃ 500 ℃ 600 ℃

2024 年.第 4 期 張晨．多孔生物炭的制備、 改性及碳捕獲機(jī)理和應(yīng)用前景研究 - 41 -

表 1 生物炭物理活化（水蒸氣和 CO2）后性能表征

活化條件 表面結(jié)構(gòu)

引用

生物質(zhì) 活化劑 活化溫度 /℃ 活化時(shí)間 /min SBET（/ m2

/g） V/（cm3

/g） Dave（/ nm）

松木屑

水蒸氣

900 60 627 0.77 3.00 [3]

550 120 581 0.25 2.24 [4]

芒草 500 60 322 – – [5]

橄欖渣

750 30 523 0.275 7 –

[6]

800 30 679 0.319 7 –

850 30 714 0.392 7 –

900 30 947 0.491 6 –

900 45 1 106 0.606 7 –

900 60 915 0.469 5 –

苣苔屬植物

300 120 1.22 0.003 5.42

[7]

700 120 7.10 0.038 8.39

糞肥顆粒

300 60 1.5 – –

[8]

500 60 10 – –

700 60 5.1 – –

小麥秸稈

500 60 3.3 – –

700 60 5.8 – –

800 78 246 0.158 7 –

柳枝 800 78 472 0.336 1 – [9]

椰殼 800 78 509 0.576 5 –

小麥秸稈

CO2

800 60 455 0.196 – [10]

甘蔗渣 800 60 80.5 0.046 8 11.60 [12]

橡木屑

800 60 786 0.336 9 –

[13]

900 60 807 0.344 8 –

玉米芯 850 60 755 0.384 0 2.02 [14]

松木屑 800

30 650 0.30 2.72

[15]

60 779 0.41 2.68

90 834 0.42 2.67

120 906 0.46 2.67

纖維素

800 60 506 0.263 7 2.08

[16]

850 60 854 0.374 2 17.53

900 60 1 058 0.497 1 18.45

950 60 2 185 0.963 5 17.63

高，纖維素生成的生物炭的比表面積也大幅增加[16]。

不過，與水蒸氣活化不同，CO2過度活化不會(huì)導(dǎo)致

表面坍塌，這可能是因?yàn)镃O2的反應(yīng)活性略低于水

蒸氣。

- 42 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

1.2.3 強(qiáng)堿活化

常用的堿為氫氧化物（如KOH、NaOH）和碳

酸鹽（如K2CO3、Na2CO3），其含氧官能團(tuán)可與生

物炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在高溫（450～900 ℃）反

應(yīng)之前，通常需要通過物理混合或浸漬方法使生物

炭樣品在室溫下與堿性制劑完全接觸。不穩(wěn)定的碳

會(huì)在反應(yīng)過程中被腐蝕并形成多孔結(jié)構(gòu)。此外，金

屬氧化物和氣體（如K2O和CO2）也有可能發(fā)生二

次活化。在堿性活化過程中可能會(huì)出現(xiàn)以下反應(yīng)：

6KOH＋2C→2K＋3H2＋2K2CO3 （6）

K2CO3→K2O＋CO2 （7）

K2CO3＋2C→2K＋3CO （8）

K2O＋C→2K＋CO （9）

C＋CO2→2CO （10）

C＋4KOH→ 4K＋2H2O＋CO2 （11）

C＋H2O→CO＋H2 （12）

生物炭被強(qiáng)堿活化的機(jī)理尚未明確。正如上

述反應(yīng)所示，在整個(gè)活化過程中可能會(huì)發(fā)生許多化

學(xué)反應(yīng)，這就決定了活化系統(tǒng)的復(fù)雜性。同時(shí)，經(jīng)

金屬氫氧化物活化的生物炭已被認(rèn)為可產(chǎn)生有利于

CO2

[5]和水污染物吸附的微孔[19-20]，這使得該活化方

法具有廣泛的適用性。選擇活化條件對制備特定的

多孔生物炭至關(guān)重要，據(jù)Ding[31]報(bào)道，KOH活性

多孔生物炭的質(zhì)構(gòu)特性取決于活化條件。與物理活

化趨勢一樣，活化溫度越高，比表面積越大。但在

高化學(xué)活化條件下比表面積和孔體積會(huì)縮小，這是

因?yàn)橐脒^量的化學(xué)劑會(huì)導(dǎo)致物理塌縮。

在工業(yè)規(guī)模的化學(xué)活化中，KOH活化是最常用

的活化方法之一。多孔生物炭的制備可通過浸漬沉

降和高溫活化進(jìn)行批量操作，需考慮化學(xué)試劑的類

型和濃度以及活化溫度。由于反應(yīng)強(qiáng)度高，活化過

程還容易造成設(shè)備腐蝕，化學(xué)活化后必須使用大量

的酸和水進(jìn)行沖洗，以去除多余的金屬氧化物并露

出多孔結(jié)構(gòu)。此過程產(chǎn)生的廢氣和廢水排放容易造

成二次環(huán)境污染。因此，這一過程的成本和環(huán)境污

染都是無法估量的[27]。

1.2.4 強(qiáng)酸活化

酸性活化法的優(yōu)點(diǎn)在于活化溫度比其他活化方

法低，一般可保持在400～600 ℃。同時(shí)，使用酸

性劑活化后，生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)非常豐富。特別是

生物炭表面含有更多的酸性表面官能團(tuán)，這對廢水

處理和廢氣處理等應(yīng)用非常有利。到目前為止，盡

管有使用硫酸活化生物炭的例子[32]，但磷酸活化法

是酸性活化的主要措施。例如，用40%的磷酸溶液

處理桉樹生物炭后，其表面積可從253.25 m2

/g增至

1 265.56 m2

/g[26]。與其他活化過程一樣，酸的浸漬

比例和活化溫度也會(huì)對生物炭樣品的質(zhì)地特性產(chǎn)生

影響。然而，目前還沒有具體的機(jī)制來解釋磷酸對

生物炭的活化過程。一種普適理論認(rèn)為，在浸漬過

程中，磷酸作為活化劑進(jìn)入生物炭前驅(qū)體，在高溫

的作用下使孔隙得以產(chǎn)生并擴(kuò)張[33]。

1.2.5 熔融鹽活化

用熔融鹽活化生物炭是目前應(yīng)用較為廣泛的

方法之一。熔融鹽可在中低溫下從固態(tài)熔化成液

態(tài)，將生物炭完全包裹，并在高溫下芳香化，形成

豐富的微孔結(jié)構(gòu)[28]。一般來說，該方法包括以下步

驟[29]，（1）將碳質(zhì)樣品和固態(tài)鹽完全混合；（2）混

合物在特定溫度（高于鹽的熔點(diǎn)）和惰性氣氛下

煅燒，以保證熔融鹽極大地包裹生物炭；（3）冷

卻后通過稀酸/ 堿溶液或水去除鹽份。因?yàn)槁然\

（ZnCl2）熔點(diǎn)（280～310 ℃）相對低于其他鹽類，

被廣泛用作生物炭熔融鹽活化劑。此外，在生物

炭活化系統(tǒng)中引入氯化鋅可降低生物炭的活化溫

度，有利于在多孔生物炭生成過程中節(jié)約能源。據(jù)

Olivares-Marin報(bào)道，用氯化鋅活化的高活性生物炭

需要掌握活化溫度和引入比例[30]。一般來說，適中

的溫度更適合氯化鋅生成多孔生物炭；在熔融鹽濃

度較高的情況下，孔徑結(jié)構(gòu)會(huì)得到改善。盡管氯化

鋅在冷凝后可以回收利用，但這一過程十分繁瑣且

對人類環(huán)境有危害。

2 生物炭捕獲 CO2

生物炭作為CO2吸附劑，其特性對CO2的捕獲

和封存都有影響；理化性質(zhì)均受上述制備與活化過

程的影響。目前已知的對生物炭捕獲CO2有影響的

性質(zhì)包括生物質(zhì)種類、孔徑結(jié)構(gòu)、比表面積、表面

官能團(tuán)等因素。

為了確定生物質(zhì)類型對 CO2吸附性能的影響，

Cao等人選擇了多種生物質(zhì)材料進(jìn)行測試，包括秸

稈類和木質(zhì)類生物質(zhì)[35]。這些生物質(zhì)在600 ℃下緩

慢熱解形成生物炭。結(jié)果表明，生物質(zhì)的類型決定

了生物炭的理化性質(zhì)。在木質(zhì)生物炭中發(fā)現(xiàn)了大量

2024 年.第 4 期 張晨．多孔生物炭的制備、 改性及碳捕獲機(jī)理和應(yīng)用前景研究 - 43 -

狹窄的微孔，微孔孔徑在0.72～1 nm之間。含碳量

高（82.99%～84.70%）的木質(zhì)生物炭具有復(fù)雜的孔

隙結(jié)構(gòu)，因此比秸稈類生物炭（0.72～0.94 mmol/

g）具有更高的CO2吸附能力（0.94～1.04 mmol/g）。

此外，由于大豆秸稈生物炭的堿度較高，其表面官

能團(tuán)較多，這使得該生物炭的CO2捕集能力非常突

出?？傊锾康奈⒖缀蛪A性官能團(tuán)有利于CO2

的吸附，而木質(zhì)生物炭更適合作為CO2吸附劑。

雖然生物質(zhì)的選擇對生物炭材料的CO2吸附能

力有利，但生物炭的活化也是作為CO2吸附劑的必

要條件。生物炭的活化已在 1.2 部分中作了詳細(xì)描

述，KOH活化被認(rèn)為是將生物炭用作CO2吸附劑的

最有前途的活化方法之一[36]。表2總結(jié)了用化學(xué)方

法活化的生物炭材料，與物理活化方法相比，這

些材料具有更高的比表面積和微孔體積。值得注

意的是，使用ASAP測得的捕獲能力只是作為吸附

能力的標(biāo)準(zhǔn)，并不作為實(shí)際的CO2吸附能力。生物

炭作為吸附劑吸附CO2的機(jī)理也值得探討，這直接

關(guān)系到從微觀角度解決生物炭吸附CO2的原理。

2.1 生物炭吸附 CO2 機(jī)理

由于生物炭中存在微孔、介孔和大孔的多孔

結(jié)構(gòu)，物理吸附是公認(rèn)的生物炭吸附CO2的主要方

式 [37]，如圖 3（a）所示。生物炭表面特有的物理

吸附作用主要由分子間作用力產(chǎn)生的范德華力主

導(dǎo)[38]。此外，表面特性（如比表面積）增加了捕獲

CO2的分散性和誘導(dǎo)性；同時(shí)，CO2分子的強(qiáng)烈四

表 2 生物炭化學(xué)活化（強(qiáng)堿、強(qiáng)酸、熔融鹽）后性能表征

活化條件 表面結(jié)構(gòu)

引用

生物質(zhì) 活化劑 活化劑與

生物質(zhì)比例 活化溫度 /℃ 活化時(shí)間 /min SBET（/ m2

/g） V/（cm3

/g） Dave/nm

植物、食品殘?jiān)旌衔?/p>

KOH 1:1 850 120 841.3 0.36 4.3

[17]

CO2+KOH 1:1 850 120 667.4 0.29 4.3

玉米秸稈 KOH 4.5:1 800 60 2 183.8 – – [18]

杉樹 KOH 4:1 700 60 1 050 0.67 25.6 [19]

馬尾藻 KOH

1:1 400

120

5.8 0.03 21.08

[20]

1:1 600 220.0 0.17 31.81

1:1 800 291.8 0.24 30.76

2:1 800 22.8 0.13 148.78

4:1 800 7.1 0.03 229.78

松樹 NaOH 2:1 800 120 959.9 – – [21]

咖啡渣 NaOH 2:1 800 120 655.4 0.456 8.5 [22]

胡桃木屑 NaOH 2.5:1 600 120 873 – – [23]

松樹 H3PO4

0.5:1 600

120

965

– – [24]

1:1 600 1 238

2:1 600 1 547

2:1 500 1 203

2:1 400 749

桉樹 H3PO4 2.5:1 500 60 1 265.56 1.31 3.91 [25]

棉花殼 Na2CO3/

K2CO3

1:1

800 120

350 0.21 –

[26]

10:1 621 0.37 –

小麥秸稈 LiCl/KCl 10:1 750 120 1 067 0.60 – [27]

- 44 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

極矩與生物炭表面相互作用[39]。

孔隙填充也是 CO2 的另一種主要物理吸附機(jī)

制[40]，這說明CO2分子傾向于被困在超微孔、微孔

和小介孔中[41-43]。

根據(jù)孔隙率、表面積和吸附能可以進(jìn)一步了

解物理吸附過程。Martin等人[44]認(rèn)為，碳質(zhì)材料的

CO2吸附主要涉及微孔，微孔的范圍在2 nm以下，

包括燃燒后條件（1 bar，298 K）和燃燒前條件（20

bar，298 K）。此外，豐富的中孔和微孔有利于生

物炭吸附 CO2過程中的聚集 [45]和運(yùn)輸作用 [46]。盡

管比表面積對生物炭CO2吸附性能的影響不如微孔

明顯，高比表面積對CO2吸附的影響目前也不容忽

視。隨著生物炭表面積的增加，更多的堿性官能團(tuán)

可通過物理吸附作用吸附酸性CO2分子。雖然這種

活化條件 表面結(jié)構(gòu)

引用

生物質(zhì) 活化劑 活化劑與

生物質(zhì)比例 活化溫度 /℃ 活化時(shí)間 /min SBET（/ m2

/g） V/（cm3

/g） Dave/nm

櫻桃核 ZnCl2

3:1

400

120

1 472 0.80

– [28]

500 1 566 0.84

600 1 345 0.72

700 1 004 0.54

1:1

500

567 0.30

2:1 1 086 0.59

3:1 1 566 0.84

4:1 1 971 1.12

石榴籽 ZnCl2 0.5:1

600

60

709.4 0.329 14.0

[29]

800 856.0 0.393 15.8

續(xù)表

圖3 生物炭結(jié)構(gòu)及潛在吸附作用機(jī)理

大孔

介孔

微孔 生物炭 微孔

微孔

微孔進(jìn)行

物理吸附

含氮官能團(tuán)

路易斯酸堿

作用

含氧官能團(tuán)

路易斯酸堿

作用

芳香性

范德華力

CO2

NH2-

NH2-

-OH

-C=O

化學(xué)吸附

物理吸附

氫鍵

CO2

羧基

羥基

氨基

（a）生物炭的形態(tài)和表面官能團(tuán)

（b）生物炭吸附 CO2 的三類主要方式

（c）生物炭吸附 CO2 的潛在機(jī)理 [10]

2024 年.第 4 期 張晨．多孔生物炭的制備、 改性及碳捕獲機(jī)理和應(yīng)用前景研究 - 45 -

吸附的發(fā)生離不開碳酸鹽生成的化學(xué)反應(yīng)，但也不

能忽視。

眾所周知，物理吸附和化學(xué)吸附在形成化學(xué)鍵

時(shí)都會(huì)產(chǎn)生結(jié)合能。Pires 等人 [47]使用熱重力測量

法和差示掃描量熱法（TG-DSC）驗(yàn)證了生物炭的

吸附過程主要是物理吸附。由于在這一過程中檢測

到的吸附熱量變化在7.47～32.19 kJ/mol之間，通常

情況下物理吸附的吸附熱量為5～40 kJ/mol[48]，而相

反，化學(xué)吸附形成的熱量變化可高達(dá)800 kJ/mol[49]。

因此，從熱量的變化可以看出，生物炭吸附CO2的

整個(gè)過程以物理吸附為主。

CO2 是一種性質(zhì)穩(wěn)定的非極性線性分子 [50]，

CO2的化學(xué)捕獲依賴于親電碳原子的親核性能[51]，

如圖3（b）和（c）所示。因此，CO2吸附劑上具有

親核性質(zhì)的官能團(tuán)有助于提高化學(xué)吸附性能。通常

情況下，伯胺和仲胺比叔胺官能團(tuán)對CO2的反應(yīng)性

更強(qiáng)[52]。根據(jù)圖4所示，不同條件下CO2與胺基的

相互作用，叔胺基團(tuán)對水分效應(yīng)更為敏感，這意味

著三取代氨基甲酸酯只能在CO2和H2O的作用下生

成。相比之下，在干燥和潮濕的環(huán)境下，伯胺和仲

胺官能團(tuán)都能捕獲CO2。

如圖 5 所示，Li 研究木屑（sawdust）與污泥

圖4 干燥和潮濕條件下CO2與胺的相互作用，用于說明潛在的化學(xué)吸附機(jī)理[49]

（sewage sludge）混合生物質(zhì)（SxWy，x和y代表

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在不同溫度下生成的生物炭的漫

反射紅外傅立葉變換光譜（DRIFTS）分析確定了

CO2 吸附過程中的表面官能團(tuán)種類。圖中生物炭

吸附 CO2的原位DRIFTS光譜檢測到2 334 cm-1至

2 380 cm-1的吸收峰，鈣吸收峰屬于物理吸附CO2的

不對稱伸縮，表明過程中存在物理吸附[53]。但更重

要的是，檢測發(fā)現(xiàn)了羧化反應(yīng)的部分痕跡，即CO2

插入到烯烴、芳香烴或烷烴的C-H中合成羧酸，顯

示了CO2化學(xué)吸附的存在[54]。此外，在1 222 cm-1

處觀察到了C-N伸縮，表明含氮化合物的加入增強(qiáng)

了CO2的化學(xué)吸附[55]。

此外，在活化過程中使用含氮試劑共同活化

生物炭，也可獲得氮摻雜多孔生物炭，基本上衍生

生物炭的高含氮量是基于富氮生物質(zhì)前體[56]。當(dāng)引

入氮元素時(shí)，部分碳原子被氮原子取代，生物炭的

表面共軛、電子分布和電中性都會(huì)發(fā)生變化[57]。例

如，Wang等人[58]選擇殼聚糖為原料，通過一步活化

法生產(chǎn)含氮活性炭，生成的生物炭含氮量在4.9%以

上。生物質(zhì)中的含氮基團(tuán)大多以無機(jī)氮官能團(tuán)（如

NH4-N、NO2-N）[59]和有機(jī)氮官能團(tuán)（如吡啶-N、吡

咯-N、季銨-N、吡啶-N-氧化物、石墨-N、胺-N、

酰胺-N、腈-N等）的形式存在[60]。熱解后，富氮成

分可能轉(zhuǎn)化為吡啶-N、吡咯-N和季銨鹽-N[61]。此

外，氨、有機(jī)胺化合物和含胺聚合物是在生物炭中

引入氮含量的主要化學(xué)物質(zhì)。以黑刺槐為前驅(qū)體

生成的摻氨生物炭在25 ℃和1 bar條件下的CO2吸

附能力為5.05 mmol/g。此外，相同測試條件下用

IAST法計(jì)算的生物炭CO2/N2選擇性為30.75，而且

經(jīng)過十次吸附–脫附循環(huán)后，CO2捕獲能力可完全

恢復(fù)。尿素是一種很有前途的提高生物炭中氮摻雜

度的藥劑[62]，經(jīng)尿素活化的富氮生物炭也說明了其

- 46 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

對CO2化學(xué)吸附能力的提高。

2.2 影響生物炭捕獲 CO2 活性的因素

影響生物炭捕獲CO2的因素可分為自身因素和

外部因素，這些因素決定了生物炭能否用作CO2吸

附劑。生物炭的活化可歸因于其自身的結(jié)構(gòu)因素，

由于許多CO2捕集實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室水平上進(jìn)行的，

因此很少考慮外部因素，這也導(dǎo)致對環(huán)境因素對CO2

在生物炭上的吸附效率和壽命的影響缺乏研究。

研究表明，在相對濕度較高條件下，由于多孔

材料對水分子有高親和力，生物炭對CO2的吸附能力

可能會(huì)降低[63]。具有疏水和非極性特性的生物炭可通

過限制水分子來提高CO2捕獲能力[64]。

水蒸氣的吸附等溫線表現(xiàn)出明顯的 S 型特征，

可分為三個(gè)區(qū)域：水分子在低壓下形成單層、高壓

下連續(xù)形成多層和毛細(xì)管冷凝效應(yīng)。CO2/H2O混合

物組分的吸附行為中，低溫下水汽分子吸附占主導(dǎo)

地位，其吸附等溫線與純組分的吸附等溫線接近，

這大大減少了CO2在生物炭材料上的吸附位點(diǎn)。當(dāng)

H2O的吸附接近飽和時(shí)，CO2的吸附量通常會(huì)減少

一個(gè)數(shù)量級。低H/C和O/C比表明生物炭具有較高

的芳香性和化學(xué)穩(wěn)定性[65]。由于揮發(fā)性有機(jī)化合物

的損失以及脫氫和脫氧反應(yīng)的增加導(dǎo)致形成芳香結(jié)

構(gòu)，生物炭極性降低，同時(shí)疏水性增加[66]。O/C與

H/C的摩爾比隨著熱解溫度的升高而降低。

除了吸附濕度外，吸附溫度、顆粒污染和氣體

流速都是影響生物炭吸附 CO2的外部因素。目前，

使用生物炭進(jìn)行變溫吸附是最主要的吸附手段，因

為氣體分子在較高溫度下更活躍，許多研究將吸附

條件設(shè)定為0或25 ℃的環(huán)境溫度。但更高的溫度不

利于CO2的吸附和捕獲。顆粒污染也是許多國家當(dāng)

前面臨的環(huán)境問題，工業(yè)煙氣中的污染物會(huì)導(dǎo)致生

物炭孔徑堵塞或有毒氣體使吸附劑失活。因此，氣

體污染也是研究生物炭作為CO2吸附劑可持續(xù)性的

一個(gè)重要研究對象。在氣體流速方面，F(xiàn)arrauto等

人[67]發(fā)現(xiàn)低濃度CO2的吸附受傳質(zhì)限制，可通過提

高流速來改善，因此，設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)需考慮流速這

一重要因素。

2.3 生物炭在直接空氣捕獲的應(yīng)用

直接空氣捕集（Direct air capture，DAC）是

一種回收已排放CO2的技術(shù)，可處理運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)和

建筑業(yè)等分布源排放的 CO2。為了減緩氣候變化，

Lackner[68]于1999年提出了DAC技術(shù)，研究人員對

圖5 25 ℃下生物炭吸附CO2時(shí)的原位DRIFTS（600～3 000/cm）[56]

吸光度（a. u.）

吸光度（a. u.）

吸光度（a. u.）

波長 /cm 波長 /cm 波長 /cm

1 000 1 000 1 000

676 1 357 1 018 1 222 1 444 1 5781 850 1 416 2 356 2 380 713 1 358 1 510 1 744 2 377 2 662

1 500 2 000 2 500 1 500 2 000 2 500 1 500 2 000 2 500

15 min

15 min

15 min

0 min 0 min 0 min

（a）S3W7-600K （b）S3W7-700K （c）S3W7-800K吸光度（a. u.）吸光度（a. u.）

吸光度（a. u.）

波長 /cm 波長 /cm 波長 /cm

1 000 1 000 1 000

1 517 1 632 1 025 1 248 667

1 744 2 362 2 345

723 1 349 1 7441 510 1 019 1 220 982

1 500 2 000 2 500 1 500 2 000 2 500 1 500 2 000 2 500

15 min 15 min

15 min

0 min

0 min 0 min

（d）S5W5-600K （e）S5W5-700K （f）S5W5-800K