氢气会对管道产生氢脆(通过“北溪2号”管道出口，俄罗斯要将氢气变成下一时代的天然气)

Posted 2023-05-30

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记者 | 钱伯彦发自德国
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日渐拥挤的氢能赛道上，又迎来了一个重量级国家：俄罗斯。

7月23日，俄罗斯联邦能源部公布了本国第一份氢能战略发展路线图，计划2024年前在俄罗斯境内建立一个全面涉及上下游的氢能产业链。

这个传统油气资源出口大国制定的氢能路线图，不同于以环保和零碳排放为先导的欧盟氢能战略，也不同于以氢能应用技术见长的中国或日本。

俄罗斯计划的氢能产业上下游，将完全由传统能源企业主导，氢气的最终应用也选择了与天然气一样的模式：出口。

俄能源部已为氢能路线图选择了三家试点企业，它们分别是俄罗斯天然气工业公司（Gazprom，下称俄气）、俄罗斯国家原子能公司（Rosatom）以及第二大天然气企业诺瓦泰克公司（Novatek）。目前，俄气和国家原子能公司拿下了所有氢能试点项目。

俄罗斯的氢能计划，完全抛弃了绿氢概念。绿氢依靠可再生能源水解制备，全产业链实现零碳排放。

俄气要进行的试点项目，负责用天然气裂解制备蓝氢以及天然气高温催化裂解制备青氢。国家原子能公司则负责所谓的黄氢项目，即利用核电水解制备氢气。该公司预计到2050年，黄氢的年产能可达5000万吨。

利用核能制氢，是业内认为的有效制氢途径之一。中国也在做相关研究。中核集团与清华大学、宝武集团等单位，已联合开展了核能制氢与氢能冶金结合的前期合作。

此外，俄罗斯氢能路线图中提出的氢能应用场景极其单一。

由于俄罗斯缺乏燃料电池技术，氢燃气轮机技术也严重依赖德国西门子，莫斯科方面最看重的应用是：将氢气变成下一个时代的天然气，通过出口以确保该国在全球能源市场的地位。

这其中的关键是俄罗斯规模庞大、遍布欧亚大陆的天然气管道。

俄气斩获的一个重要氢能试点项目，便是研究如何在现有天然气管网中掺氢，以向欧洲大陆输送含有最高20%氢气比例的混合气。

由于氢气的气体分子体积极小，氢气的渗透系数远高于以甲烷为主的天然气，能轻易渗透现有天然气管道的阀门以及其它密封件。天然气管网的钢铁材料在长期接触高浓度氢气时，将发生氢脆，即造成钢内部形成细小裂纹。若氢含量超过30%，还将产生严重的腐蚀性问题。

因此，20%的氢气比例，被视为在现有天然气管道输送混合器的最高比例。

事实上，目前仅有英国基尔大学牵头的零星项目能够达到20%的氢气混合比例。此前知名度最高的荷兰阿默兰岛富氢天然气输送项目，最终建议的掺氢比例保守地定为了12%。

但俄气的野心远不止20%的掺氢比例。支撑俄气这一计划的，是一年以来引发国际冲突的“北溪2号”天然气管道。

这条直接连接俄罗斯和德国的天然气管道造价高达95亿欧元，年输送能力达到550亿方。在不计较额外成本且保证100%利用率的条件下，该管道也需要至少十年才能收回成本。

在欧盟和德国连续推出氢能战略，以及力求2050年前达到能源碳中和的大背景下，俄气早已对“北溪2号”管道进行了掺氢规划。

2018年8月，在挪威斯塔万格举行的ONS能源大会上，俄气出口业务总裁Elena Burmistrova声称：“只需要一些小小的改进，‘北溪2号’输送的氢气比例可以提升至70%”。

在接受俄罗斯卫星通讯社采访时，“北溪2号”的德方运营商、能源巨头Uniper的首席执行官Andreas Schierenbeck，以及欧洲天然气工业联盟秘书长James Watson更是预计，掺氢比例可以进一步提升至80%。

为此，德国、俄罗斯双方都在进行利用氨气作为储氢介质和管道气的研究。因氮氢合成、终端分离的技术成熟，以及完全不含碳的特点，氨气被广泛视为继氢气之后的下一个能源新星。

除了天然气管网掺氢外，改造现有天然气管道以建立氢气管网的规划，也愈发清晰。

7月17日，来自九个欧盟国家的11家管网企业结成联盟，向欧盟委员会提出了一项名为“欧洲氢能主干网络”的倡议。

该倡议计划，2030年前建成总长达6800公里的泛欧氢气管网，2040年前延长至2.3万公里。其中，约75%的管道将利用现有天然气管道改造而成，专用氢能管道仅占不超过四分之一。

该联盟预计，届时输氢成本将降低至9-17欧分/吨公里，约相当于氢气制备成本的2%，并能满足欧洲每年1130 TWh的能源需求。