工業氣體：雙碳目標下的綠色轉型與價值重構

來源：m.magicnuudles.net 發布日期： 2025年08月28日

在“碳達峰、碳中和”戰略推動下，工業氣體行業正從“規模擴張”向“低碳高效”轉型。作為工業領域碳排放的重要環節（2024年國內工業氣體生產及使用環節碳排放約1.2億噸，占工業總碳排放的3%），其綠色轉型不僅涉及自身制備工藝的革新，更通過賦能下游產業（如鋼鐵、化工脫碳）間接減少碳排放，成為雙碳目標實現的關鍵支撐。2024年國內綠色工業氣體（綠氫、回收CO?、低碳空分氣體）市場規模已達420億元，年增速超30%，預計2030年占整體工業氣體市場的比重將突破35%，重構行業價值體系。

低碳制備技術：從“高碳依賴”到“清潔能源驅動”

工業氣體傳統制備工藝高度依賴化石能源（如天然氣制氫、燃煤驅動空分），碳排放量占生產端總排放的70%以上，近年來低碳技術的突破正逐步改變這一格局：

綠氫制備：零碳能源載體的核心突破

綠氫（通過可再生能源電解水制備）作為零碳氣體代表，其技術成熟度與經濟性持續提升：

電解槽技術迭代：堿性電解槽（AE）單槽產能從1000Nm3/h提升至5000Nm3/h，能耗降至4.5-5.0kWh/Nm3（比2020年降低15%）；質子交換膜電解槽（PEM）采用全氟磺酸樹脂膜（質子傳導率≥0.1S/cm），電流密度達2A/cm2，壽命突破3萬小時（比傳統PEM延長50%），適配光伏、風電的波動性發電（負荷調節范圍10%-120%）。

成本快速下降：2024年國內綠氫制備成本降至30-35元/kg，較2020年下降40%，其中光伏配套電解水制氫項目（電價0.25元/kWh）成本已接近灰氫（25-30元/kg），預計2030年綠氫成本將跌破20元/kg，實現與化石能源制氫平價。

場景化應用落地：在鋼鐵行業，綠氫替代焦炭用于豎爐煉鐵（噸鋼氫耗300Nm3），可減少煉鐵環節碳排放60%以上；在化工行業，綠氫與CO?合成甲醇（綠甲醇），每噸綠甲醇可實現8-10噸CO?減排，目前國內已建成10余個綠氫示范項目（如新疆庫車5萬噸/年綠氫項目）。

低碳空分：能源效率提升與余熱利用

空分設備作為工業氣體制備的核心裝備，其能耗占鋼鐵、化工企業總能耗的15%-20%，低碳技術應用顯著降低碳排放：

新型空分工藝：采用新型規整填料（比表面積500-800m2/m3）替代傳統篩板塔，空分能耗從0.4kWh/Nm3降至0.32kWh/Nm3（降幅20%）；配套空壓機余熱回收系統（回收熱量用于預熱原料空氣或廠區供暖），單套10萬Nm3/h空分設備年回收熱量可滿足2000人社區供暖需求，減少燃煤消耗3000噸/年。

可再生能源驅動：在內蒙古、甘肅等風光資源豐富地區，建設“風光+空分”一體化項目，空分設備直接使用綠電（占比≥80%），生產的氧氣、氮氣用于當地煤化工、冶金企業，全生命周期碳排放較傳統空分降低75%以上，目前國內此類項目產能已突破50萬Nm3/h。

氣體循環利用：從“單向消耗”到“資源閉環”

工業生產中產生的副產氣體（如鋼鐵轉爐煤氣、化工馳放氣）過去多被直接燃燒或排放，如今通過提純回收實現資源化利用，形成“減排+增收”的雙重價值：

工業副產氣體回收：變廢為寶的低碳路徑

轉爐煤氣提純CO：鋼鐵廠轉爐煤氣中CO含量達60%-70%，通過“PSA提純+低溫精餾”工藝，可將CO純度提升至99.9%-99.999%，用于甲醇合成、羰基合成等化工領域，每噸回收CO可替代0.8噸焦炭（減少碳排放1.5噸），國內大型鋼鐵企業（如寶武、河鋼）轉爐煤氣回收率已達95%以上，年減排CO?超1000萬噸。

化工馳放氣回收氫氣：合成氨、甲醇生產中產生的馳放氣（含氫40%-60%），通過膜分離（滲透膜采用PDMS材質，氫滲透系數≥1000GPU）或變壓吸附技術提純，氫氣純度可達99.99%-99.999%，用于燃料電池或循環回工藝系統，某年產100萬噸合成氨企業回收氫氣后，年減少外購氫氣1500萬Nm3，降低生產成本2000萬元，減排CO?8000噸。

CO?捕捉與資源化：從“溫室氣體”到“工業原料”

CO?作為主要溫室氣體，其捕捉與資源化利用成為工業氣體循環的重要方向：

CCUS技術規模化應用：在火電、鋼鐵、水泥行業，采用胺吸收法（溶劑為MDEA+活化劑）或固體吸附法（吸附劑為MOFs材料）捕捉煙氣中的CO?，捕捉率≥90%，純度達99.5%以上，目前國內已建成CCUS項目產能超300萬噸/年，其中中石化齊魯石化項目將捕捉的CO?注入油田驅油（EOR），既實現CO?封存，又提升原油采收率10%-15%。

CO?資源化合成：通過催化轉化技術，將CO?與綠氫合成甲酸（用于燃料電池電解液）、碳酸二甲酯（綠色溶劑）等化學品，每噸CO?可轉化為0.8噸高附加值產品，經濟價值較直接封存提升5-10倍；在農業領域，CO?用于溫室大棚增施（濃度從350ppm提升至800ppm），可使蔬菜產量增加20%-30%，實現“碳減排+農業增收”雙贏。

政策驅動與產業變革：雙碳目標下的行業新生態

政策引導與市場機制的完善，為工業氣體綠色轉型提供強大動力，推動行業從“傳統制造”向“低碳服務”升級：

政策體系構建：標準、補貼與碳市場聯動

技術標準完善：國內已出臺《綠色氫能評價規范》《低碳空分設備能效限定值》等標準，明確綠氫、低碳氣體的技術指標與評價方法；歐盟通過《可再生能源指令》（RED III），將綠氫納入可再生能源范疇，要求2030年工業領域綠氫使用占比不低于40%，為國內氣體企業出口提供標準依據。

財政補貼與稅收優惠：對綠氫制備項目給予設備投資補貼（補貼比例15%-20%），對CCUS項目提供碳減排補貼（50-100元/噸CO?）；符合條件的綠色氣體企業可享受增值稅即征即退、企業所得稅“三免三減半”等優惠，降低企業轉型成本。

碳市場賦能：工業氣體生產企業（年碳排放超2.6萬噸）納入全國碳市場，高碳氣體（如灰氫、傳統空分氣體）需購買碳配額，而綠色氣體項目產生的碳減排量可參與交易（2024年全國碳價約80元/噸CO?），某5萬噸/年綠氫項目年產生碳減排量40萬噸，碳交易收益可達3200萬元，進一步提升綠色氣體的經濟性。

產業模式創新：從“產品銷售”到“低碳服務”

傳統工業氣體企業以銷售氣體產品為主，如今逐步轉型為“低碳解決方案服務商”：

合同能源管理（EMC）：氣體企業為下游客戶提供“綠氫制備+碳減排服務”，如為鋼鐵企業建設綠氫豎爐，按噸鋼減排量收取服務費用（100-150元/噸鋼），共享碳減排收益，實現風險共擔、利益共享。

氣體+碳資產運營：企業整合自身綠色氣體項目的碳減排量，形成碳資產包，為有碳中和需求的企業（如互聯網、金融機構）提供碳抵消服務，拓展新的利潤增長點，2024年國內已有5家工業氣體企業成立專業碳資產運營部門，碳服務收入占比達10%-15%。

挑戰與未來展望

當前面臨的核心挑戰

技術瓶頸：PEM電解槽的質子交換膜、MOFs吸附劑等核心材料仍依賴進口（國產化率不足30%），成本占比達40%-50%；CO?催化轉化的催化劑活性與壽命有待提升（目前轉化率≤60%，壽命≤5000小時），制約規模化應用。

基礎設施：綠氫儲存運輸設施不足（國內液氫儲罐總容積不足1萬m3，輸氫管道長度僅1000公里），導致綠氫跨區域調配困難；CCUS項目投資大（噸CO?捕捉成本300-500元），回收的CO?缺乏長期穩定的利用場景，項目經濟性有待提升。

標準協同：綠色氣體的全生命周期評價（LCA）標準尚未統一，不同機構核算的碳排放量差異可達20%-30%；國際間綠氫認證標準（如歐盟RED III與美國《通脹削減法案》）不兼容，增加企業出口成本。

未來發展趨勢

技術自主化：預計2026-2030年，國內將突破PEM電解槽膜材料、高效CO?催化劑等核心技術，國產化率提升至80%以上，綠色氣體制備成本再降30%-40%。

基礎設施網絡化：國家層面將加快綠氫管道、液氫儲運基地、CO?輸送管網建設，形成“西氫東輸”“北碳南運”的基礎設施網絡，2030年綠氫儲運能力將突破500萬噸/年，CO?封存與利用能力超2億噸/年。

全球化協同：國內工業氣體企業將積極參與國際綠色氣體標準制定（如ISO綠氫評價標準），推動綠氫、綠甲醇等產品的跨境貿易（如通過“一帶一路”向東南亞、歐洲出口綠氫），2030年綠色氣體出口占比有望達15%-20%。

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