在碳达峰、碳中和目标引领下，氢能发展虽已步入快车道，但依然受到氢气运输规模小、成本高的制约。利用天然气管网运输氢气具有资本投入低、输氢距离长、输氢量可调等优点，是一种极具潜力的经济、高效的运输方式，目前已得到欧美主要国家的普遍重视。
我国应密切关注该领域的最新进展和突破，并及早布局相关技术与设备研发，积极探索天然气管网运氢的系统解决方案，突破氢能利用的运输瓶颈。
天然气管网运氢的技术探索
氢能是一种清洁的二次能源，可实现跨部门、跨时间地点灵活转移能源，减少弃风、弃光、弃水，在能源转型过程中发挥系统性作用，帮助能源、交通、工业等部门深度脱碳。随着各国碳中和目标的提出，减碳的紧迫性骤然增加，氢能产业发展将步入快车道。在氢能产业链“制、储、运、加、用”五大环节中，氢气运输规模小、成本高的现状亟待改变。
氢气运输规模小、成本高，是当前制约氢能发展的“卡脖子”环节。目前运氢方式主要有三种：长管拖车运输、管道运输和液氢罐车运输。
长管拖车运输高压气氢是我国的主流运氢方式，但单车次运氢量仅为200-300公斤，只占长管拖车总重量的1%-2%，运输效率低下。距离200km时运氢成本高达11元/kg左右，与煤制氢成本相当。随着技术的发展，运输气瓶的成本和长管拖车灌充氢气的时间会出现一定程度的下降，从而带动运氢成本下降，但下降幅度有限；纯氢管道运输虽然成本较低，但初期资本投入大，适合点对点、近距离、大规模的氢气运输，主要用于向炼化和化工厂输送氢气；液氢罐车运输方式需要液化氢气并保持低温，能耗较高，适用于长距离运输，多用于航天及军事领域。
天然气管网运氢优势多，是一种理想的经济、高效、大规模运输方式。其原理是将氢气掺入天然气中，然后经天然气管网运输至目的地，再分离出氢气或直接使用富氢天然气，具有诸多优势。
首先，复用天然气基础设施，前期资本投入低。纯氢管道单位投资额约600万元/km，是天然气管道的2倍。据中国氢能联盟估算，到2050年，我国氢气需求量接近6000万吨。若这些氢气都用纯氢管道输送（各项参数参考济源—洛阳输氢管道），则前期需投入约1000亿元。利用天然气管网运氢可以解决大型管道建设项目难以获得经济支持的问题，通过相对较少的资本投入实现大规模、低成本的网络化运输能力；
其次，天然气管网覆盖范围广，可以实现氢气长距离运输。目前世界上距离最长的输气管道——中俄东线天然气管道项目全长逾8000公里。利用天然气管网运氢，可以快速实现长距离运氢的目标，将氢气产地与消费地连接起来。而且，天然气管网接触终端用户多，可连通发电站、工业企业、加氢站、居民等各个用氢部门；
再次，天然气管道允许掺氢比例波动，契合可再生能源发电波动性的特点。目前利用可再生能源电解水制氢是绿色氢气的主要来源。天然气管道运氢允许氢气浓度在一定范围内波动，能将可再生能源的波动性转变为天然气管网内氢气输送量的波动性，减轻可再生能源电力并网压力。
天然气管网运氢需重点解决三个核心问题:一是氢脆、渗漏导致氢气泄露。天然气管道材料主要是钢，存在氢脆问题。长时间暴露在氢气中时，钢管的力学性能下降、韧性降低和疲劳裂纹扩展速率增加，氢气扩散到外界的概率增加，可能引发安全问题。钢管强度越高、氢气浓度越高，氢脆现象就越严重。焊接残余应力和组织不均匀性都会加速氢扩散，因此管道焊接接头区域发生氢气泄露的风险最高。同时，氢气的扩散系数是甲烷的3.8倍，能更快地从管道壁、密封件和接头渗漏出去，造成损失；
二是分离天然气中的氢气效率低。变压吸附和膜分离是目前工业上广泛应用的两种氢气分离提纯技术。变压吸附法分离氢气的原理是利用吸附材料对氢气吸附能力差、对甲烷等气体吸附能力强的特点，选择性让氢气通过吸附床。气体混合物中氢气浓度越低，需要升压的气体混合物就越多，需要对吸附床进行吸附脱附的次数越多，氢气分离的效率越低。膜分离法基于选择性渗透原理工作，以膜两侧的压力差为驱动力，让氢气透过薄膜在另一侧富集。气体混合物中氢气浓度越低，相同压力差下氢气回收率越低；
三是压缩机成本高。氢气分离环节需要配置压缩机，通过增加掺氢天然气压强来提高氢气回收量，并在完成氢气分离后将天然气升压重新注入天然气管道。据美国能源部测算，压缩机购置费用是氢气分离环节最主要的成本，约占36%。
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