阿尔伯塔省氢能生产路径的全生命周期可持续性评估：环境、社会与经济三维权衡分析

《Journal of Cleaner Production》：Advancing hydrogen sustainability in Alberta: Life cycle sustainability assessment of hydrogen production pathways

　　本研究针对阿尔伯塔省氢能发展战略中不同生产路径的可持续性权衡问题，首次采用生命周期可持续性评估(LCSA)方法，系统比较了蒸汽甲烷重整(SMR)、自热重整(ATR)和碱性电解等8种制氢路径的环境影响、社会风险和经济成本。研究发现，结合碳捕集与封存(CCS)且采用氢能自供电的ATR路径(ATR+CCS 91%)在三维度综合表现最优，其温室气体排放强度(2.35 kg CO2eq/kg H2)低于欧盟标准，虽略高于风电电解水制氢(1.68 kg CO2eq/kg H2)，但社会风险指标(2.99 MRH)和成本(1.48 CAD/kg H2)显著更优。研究为区域氢能战略提供了系统决策依据，发表于Journal of Cleaner Production。

　　

在全球能源转型浪潮中，氢能作为实现碳中和目标的关键清洁能源载体，正受到各国高度重视。加拿大阿尔伯塔省作为该国最大的氢能生产基地，面临着如何选择最优制氢路径的重大挑战。传统研究多聚焦于制氢技术的环境或经济单一维度，缺乏对环境影响、社会效应和经济成本的三维协同分析，可能导致决策过程中的"问题转移"现象——即解决一个维度的同时加剧其他维度的问题。

为解决这一难题，Marwa B. Hannouf等研究者在《Journal of Cleaner Production》上发表论文，首次对阿尔伯塔省八种主要氢能生产路径展开全生命周期可持续性评估(Life Cycle Sustainability Assessment, LCSA)。研究团队创新性地整合了环境生命周期评估(Environmental Life Cycle Assessment, E-LCA)、社会生命周期评估(Social Life Cycle Assessment, S-LCA)和生命周期成本分析(Life Cycle Costing, LCC)，构建了系统化的评估框架。

研究采用的关键技术方法包括：基于Ecoinvent数据库v3.10的环境影响量化，运用PSILCA数据库的社会风险指标分析，结合子类别绩效评估(Subcategory Performance Assessment, SPA)方法进行社会热点识别，并采用TOSSA软件包进行三维度结果整合。功能单位统一为1公斤氢气生产，系统边界为"从摇篮到大门"（即原料获取到氢气出厂）。

研究结果揭示了各制氢路径的显著差异。在环境维度，碱性电解结合风电显示出最佳的温室气体减排效果（1.68 kg CO₂eq/kg H₂），但在淡水生态毒性和致癌毒性指标上表现最差，主要源于风电设备制造过程中的铜、钢材等材料消耗。而自热重整结合碳捕集与封存且采用氢能自供电的路径(ATR+CCS 91%无电网供电)在七项环境影响类别中综合表现最优，其碳排放强度（2.35 kg CO₂eq/kg H₂）同时满足英国和欧盟标准。

社会维度评估结果呈现出不同趋势。碱性电解路径的社会风险最高（中等风险小时数MRH达20.74），主要由于单位产氢量所需的电力和资源投入显著高于化石燃料路径。相比之下，ATR+CCS 91%无电网供电路径的社会风险最低（2.99 MRH），但其在环境足迹、温室气体足迹、工作时间等子类别仍存在改进空间。

经济分析表明，传统蒸汽甲烷重整(SMR)和无碳捕集的自热重整(ATR)成本最低（约1.22-1.23 CAD/kg H₂），而碱性电解路径成本最高（4.47-5.36 CAD/kg H₂）。ATR+CCS 91%无电网供电路径的成本（1.48 CAD/kg H₂）虽高于传统化石燃料路径，但可通过加拿大清洁氢能投资税收抵免等政策工具进一步优化。

通过三维度雷达图综合分析，研究发现ATR+CCS 91%无电网供电路径在可持续性综合表现中最具优势。该路径碳排放强度较电网依赖型路径降低43%，且通过氢能自供电消除了对阿尔伯塔省高碳电网的依赖。虽然其碳排放强度略高于风电电解路径，但在社会风险和经济成本维度表现显著更优，呈现出更均衡的可持续性特征。

研究结论强调，阿尔伯塔省的氢能发展战略应采取"蓝氢-电力"情景优化路径，即优先发展结合碳捕集与封存且实现能源自给的化石燃料制氢技术。这一路径既利用了该省丰富的天然气资源和成熟的碳封存地质条件，又通过系统整合避免了不同维度可持续性目标的冲突。研究还指出，通过使用生物柴油副产气替代天然气原料、优化空分装置效率等措施，可进一步提升该路径的可持续性表现。

该研究的重要意义在于为区域氢能战略提供了科学的决策支持工具，揭示了不同制氢技术路径在环境、社会和经济维度上的复杂权衡关系。提出的LCSA方法框架不仅适用于阿尔伯塔省，也可为其他地区的清洁能源转型提供方法论借鉴。研究结果对政策制定者优化氢能产业布局、最大化可持续性效益具有重要参考价值。