天然氣制氫成本較低，采取CCUS技術(shù)有望成為長(cháng)期制氫路徑

煤制氫和天然氣制氫屬于化石能源制氫，是現階段發(fā)展較為成熟、應用較為廣泛的制氫方式。煤制氫以煤氣化制氫為主，煤氣化以煤或煤焦為原料，以氧氣(空氣、富氧或工業(yè)純氧)、水蒸氣為氣化劑，在高溫高壓下通過(guò)化學(xué)反應將煤或煤焦中的可燃部分轉化為可燃性氣體的工藝過(guò)程。一臺投入2000噸/天的煤氣化爐，可提供1560-2340kg/天氫氣。天然氣制氫的方式較多，包括天然氣水蒸氣重整制氫、絕熱轉化制氫、部分氧化制氫、高溫裂解制氫、自熱重整制氫以及脫硫制氫等技術(shù)路線(xiàn)，其中SMR工藝發(fā)展較為成熟。

SMR的工作原理是將脫硫后的天然氣和蒸汽引入反應器，加熱燃燒天然氣和多余的空氣，天然氣被轉化為氫和一氧化碳，然后通過(guò)水煤氣變換反應器和變壓吸附器將一氧化碳轉化為二氧化碳，隨后將氫氣從合成氣中分離出來(lái)。煤制氫和天然氣制氫成本構成比例差異較大。天然氣制氫的成本主要是天然氣，占比超過(guò)70%，燃料氣、制造費用等其他成本占比相對較低。煤氣化制氫的成本中占比最大的是煤炭，占比為36.9%;由于需要采取部分氧化工藝，氧氣為占比第二高的成本，占比達到25.9%;煤制氫需要大型氣化設備，一次性投入較高，較為依賴(lài)規?；瘮偟凸潭ǔ杀?。

經(jīng)過(guò)測算，煤炭?jì)r(jià)格在450-950元/噸時(shí)，煤制氫價(jià)格介于9.73-13.70元/kg;天然氣價(jià)格在1.67-2.74元/m3時(shí)，天然氣制氫價(jià)格介于9.81-13.65元/kg。煤制氫和天然氣制氫均易受到主要原材料價(jià)格波動(dòng)的影響，考慮到我國煤炭產(chǎn)量較為充足，天然氣對外依存度較高，在我國大部分地區煤制氫更易于具備規模經(jīng)濟性。

CCUS技術(shù)長(cháng)期降本空間足，煤制氫/天然氣制氫配套CCUS有望成為長(cháng)期制氫的路線(xiàn)。煤制氫和天然氣制氫的碳排放均較大，利用二氧化碳捕集、封存和利用(CCUS)技術(shù)可以有效降低生產(chǎn)過(guò)程的碳排放水平，減排比例可達到90%以上。采用CCS和CCU技術(shù)后，煤制氫的成本分別增加10%和38%，即煤炭?jì)r(jià)格為450元/噸時(shí)，氫氣成本約上升至約14.4元/kg，若考慮到碳稅，采用CCS和CCU技術(shù)的煤制氫的生產(chǎn)成本可能會(huì )具有優(yōu)勢。根據中國氫能聯(lián)盟的數據，未來(lái)隨著(zhù)規模的不斷提高和技術(shù)的迭代升級，CCUS各環(huán)節的成本有望相應降低，預計到2025年和2035年結合CCUS技術(shù)的成本將分別降至2.85-7.6元/kg和2.28-5.32元/kg，經(jīng)濟性有望逐步顯現。

工業(yè)副產(chǎn)制氫具有規模成本優(yōu)勢，有望成為氫能綠色化的過(guò)渡方案

工業(yè)復產(chǎn)制氫指的是將富含氫氣的工業(yè)尾氣通過(guò)變壓吸附等技術(shù)將其中的氫氣分離提純的制氫方式，主要包括了焦爐煤氣、氯堿化工、輕烴利用(丙烷脫氫、乙烷裂解)、合成氨/甲醇等工藝的副產(chǎn)氫。工業(yè)副產(chǎn)制氫的流程并不復雜，以焦爐煤氣為例，對焦爐煤氣進(jìn)行提純處理后進(jìn)入變壓吸附(PSA)進(jìn)行提純，可獲得99.9%-99.999%純度的氫氣。

焦爐煤氣提純制氫相比于焦爐煤氣轉化制氫，初始投資成本較低，但產(chǎn)氫規模較少，綜合比較具有一定的成本優(yōu)勢。工業(yè)副產(chǎn)氫的成本約為9.29-22.40元/kg。工業(yè)副產(chǎn)氣體中除了氫氣外含有較多的雜質(zhì)，除去雜質(zhì)提純得到氫氣是關(guān)鍵的工藝流程，因此提純成本是除生產(chǎn)成本外較為重要的一項成本。除焦爐煤氣外，其他工業(yè)副產(chǎn)氫的生產(chǎn)成本約為0.8-1.5元/標方，各項工業(yè)副產(chǎn)氫的提純成本約為0.1-1.33元/標方，綜合成本約為9.29-22.40元/kg。

我國現有工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)能規模大，成為氫能綠色化過(guò)渡方案的可行性較高。相比于化石燃料制氫，工業(yè)副產(chǎn)氫在一定程度上能夠降低環(huán)境污染，提高資源利用效率和經(jīng)濟效益。我國作為工業(yè)大國，具有豐富的工業(yè)副產(chǎn)氫資源，在工廠(chǎng)附近建設加氫站，為周邊的氫燃料電池汽車(chē)供應氫氣可有效將供應端和需求端鏈接起來(lái)。

根據工業(yè)副產(chǎn)氫的放空量測算，我國工業(yè)副產(chǎn)氫的規模約在450萬(wàn)噸/年，按照車(chē)輛氫耗7kg/100km、日均行駛200km計算，可供應97.6萬(wàn)輛公交車(chē)的運營(yíng)。在雙碳目標下，未來(lái)我國的鋼鐵、化工等工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)能或將下降，相應的副產(chǎn)氫產(chǎn)能或許也將下降，但基于現階段的成本優(yōu)勢和規模優(yōu)勢，工業(yè)副產(chǎn)氫有望成為氫產(chǎn)業(yè)綠色化可行的過(guò)渡方案。

隨著(zhù)規模提升和技術(shù)迭代升級，電解水制氫的經(jīng)濟性將逐步凸顯

目前主要的四種電解水技術(shù)分別是堿性電解水、質(zhì)子交換膜電解水(PEM)、固體氧化物電解水(SOE)和陰離子交換膜電解水(AEM)。常壓堿性電解水技術(shù)是目前最為成熟的電解水制氫工藝，加壓系統也進(jìn)入市場(chǎng)，能夠實(shí)現大規模制氫應用，但電耗較大，對穩定的輸出電源要求較高;設備的國產(chǎn)化率約95%，性能接近國際先進(jìn)水平，國內已實(shí)現兆瓦級制氫應用，因此堿性電解水制氫是國內現階段電解水制氫路線(xiàn)中最具經(jīng)濟性的。

PEM制氫在過(guò)去十年發(fā)展迅速，成為國際上另外一種實(shí)現商業(yè)化的電解水制氫工藝，相比于堿性電解水工藝，其占地面積較小，間歇性電源適配性高，因此與可再生能源的適配度更高;設備的國產(chǎn)化率約80%，但核心部件仍較為依賴(lài)進(jìn)口，國內目前已實(shí)現規模較小的商業(yè)化運作。SOE制氫的主要特點(diǎn)是工作溫度高、效率高、蒸汽替代液態(tài)水，且可以反向運作，充當燃料電池，目前國際上已實(shí)現商業(yè)化，但規模落后于堿性和PEM電解水制氫，國內已在實(shí)驗室完成驗證示范。AEM是最新提出的電解水工藝，設計方面與PEM類(lèi)似，可使用更便宜的耗材，目前尚未實(shí)現商業(yè)化。

經(jīng)過(guò)測算，假設工業(yè)用電價(jià)格為0.4元/kWh，在現有條件下堿性電解水制氫成本為29.9元/kg，PEM電解水制氫成本為39.87元/kg?，F階段堿性電解和PEM電解水的電耗成本占到總成本的比例分別是74.91%和50.56%，是成本支出端最大的部分，此外由于PEM電解水的商業(yè)規?；患皦A性電解水，國產(chǎn)堿性電解槽價(jià)格在2000-3000元/kW,PEM電解槽的價(jià)格則在7000-12000元/kW，導致現階段PEM電解水的折舊成本高出堿性電解水。整體上看，在現有條件下的堿性電解水和PEM電解水制氫成本的經(jīng)濟性與化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫相差較遠。

經(jīng)過(guò)測算，當可再生能源電價(jià)降至0.16元/kWh，堿性電解和PEM系統電解設備價(jià)格分別降至1000元/kW和2750元/kW時(shí)，堿性電解水制氫和PEM電解水制氫成本分別是11.64元/kg和14.34元/kg，與化石能源制氫(+CCUS技術(shù))的成本相當;當可再生能源電價(jià)降至0.13元/kWh，堿性電解和PEM系統電解設備價(jià)格分別降至800元/kW和1400元/kW時(shí)，堿性電解水制氫和PEM電解水制氫成本分別是9.21元/kg和10.02元/kg，與現階段的化石能源制氫成本相當。

電解水制氫的經(jīng)濟性依賴(lài)于可再生能源發(fā)電成本的降低，以及隨著(zhù)技術(shù)迭代和規模增長(cháng)帶來(lái)的設備成本降低。預計到2025年、2035年、2050年，我國新增光伏裝機發(fā)電成本將降至0.3元/kWh、0.2元/kWh和0.13元/kWh;預計到2030年我國電解水制氫設備成本將降低60%-80%;隨著(zhù)規模的增長(cháng)，單位運營(yíng)成本和制氫系統的耗電量亦將有所降低，整體推動(dòng)綠氫的經(jīng)濟性逐步凸顯?？稍偕茉措娊馑茪涫俏磥?lái)實(shí)現綠氫生產(chǎn)的重點(diǎn)環(huán)節，除電解槽以及核心零部件的研發(fā)、制造以提升電解效率、降低能耗外，不同電解水技術(shù)之間的搭配使用亦將促成大規模綠氫生產(chǎn)。

目前堿性電解槽和PEM電解槽均實(shí)現商業(yè)化，堿性電解適用于可再生能源電網(wǎng)制氫，而PEM電解能夠更好地適配波動(dòng)性更強的可再生能源離網(wǎng)制氫，兩者組合可適用于不同場(chǎng)景，實(shí)現陸上和海上的電解制氫，提升整體制氫規模。