前段時(shí)間，中東石油土豪們來國內(nèi)談了大業(yè)務(wù)，對(duì)石油煉化公司大手筆買買買。而除了發(fā)力舊能源之外，據(jù)說中東土豪們也要發(fā)力新能源：在沙漠中搭建光伏板，繼而把光伏發(fā)電用來電解水制氫，再把氫氣賣給歐洲。實(shí)現(xiàn)從舊能源霸主到新能源巨頭的華麗轉(zhuǎn)身。

這真的是有錢人還勤奮、還居安思危。那這個(gè)方案可行嗎？

電解水制氫可行嗎？

(資料圖)

氫，和煤炭、石油之類可以直接開采的能源不同，它作為二次能源，需要以各種方式進(jìn)行制取生產(chǎn)。按照來源劃分，主要可以分為三類：（奶奶）灰、（天真）藍(lán)、（股市）綠。

灰氫，指通過煤炭、天然氣等化石原料以及工業(yè)副產(chǎn)來制取氫，這種方式成本低，但碳排放相對(duì)較高。灰氫為目前的主流，占比達(dá)到99%左右，包括天燃?xì)庵茪洹⒚褐茪洹⒐I(yè)副氫等。這其中，美國以天然氣制氫（95%）為主、歐洲以天然氣制氫為主（55%），我國以煤制氫（60%）為主。

全球氫氣來源

藍(lán)氫，是指在灰氫生產(chǎn)過程中，加入了“無碳”技術(shù)，包括碳捕捉、利用、封存等，從而實(shí)現(xiàn)了低碳甚至零碳排放。這種方式大概會(huì)提升成本10%-40%。

綠氫，是指電解槽制取的氫，它的特點(diǎn)是所使用的電能，主要是光伏、風(fēng)電等可再生清潔能源。還有用核能生產(chǎn)的氫，被稱為（芭比）粉氫，規(guī)模可以忽略不計(jì)。

綠氫規(guī)模小，也不是沒有原因的。相比之下，能源效率不高，在55%左右，低于灰氫；最終產(chǎn)品的成本也比較高，目前是14-27元/kg，而灰氫僅為9.5-15元/kg。

灰藍(lán)綠氫的對(duì)比，來源：華安證券

又貴又不好用，那么為什么要發(fā)展綠氫呢？

發(fā)展綠氫的必要性，毫無疑問，是“碳排放”，時(shí)代規(guī)則的變化來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨著全球碳稅的推廣、ESG標(biāo)準(zhǔn)的普及，能源轉(zhuǎn)型是大趨勢。如果要在全球做生意，就必須接受新規(guī)則。這也是中東土豪們“居安思危”的出發(fā)點(diǎn)。

發(fā)展綠氫的可行性有三：首先，發(fā)展綠氫可以驅(qū)動(dòng)能源行業(yè)從“資源壟斷型”向“技術(shù)提升型”發(fā)展。

其次，發(fā)展綠氫，也是完成光伏普及的拼圖之一。光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，是“打娘胎”里帶來的。因此，必須有儲(chǔ)能作為配合，而氫就是儲(chǔ)能的方式之一。把光轉(zhuǎn)換為電，再把電轉(zhuǎn)化為氫，看似流程繁瑣、能源效率降低了，但是，考慮到光照資源是白白來的，只要轉(zhuǎn)化成本可控，何樂不為呢。

再次，綠氫如果能完成對(duì)灰氫的取代，存量空間，也足夠吸引人。商用車用氫價(jià)格在25元/kg以下，就會(huì)對(duì)柴油體現(xiàn)出成本優(yōu)勢；工業(yè)用氫價(jià)格在15元/kg以下，也會(huì)體現(xiàn)出成本優(yōu)勢。

這就是“歷史進(jìn)程和個(gè)人奮斗”的產(chǎn)業(yè)故事。但，關(guān)鍵還是在于，綠氫的技術(shù)性價(jià)比，何時(shí)體現(xiàn)？

成本如何下降？

綠氫制取的成本大頭是“電費(fèi)”。通過測算可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電解水制氫所用的電力成本到達(dá)0.15元/度的時(shí)候，綠氫的單位總成本就會(huì)和灰氫差不多。這就意味著，灰氫會(huì)被綠氫取代。

綠氫成本彈性測算，來源：華安證券

電力成本的下降，主要得益于光伏電池技術(shù)發(fā)展。地面光伏發(fā)電的LCOE度電成本，在1800小時(shí)下，已經(jīng)達(dá)到0.2元/度，隨著硅料價(jià)格下降、電池效率提升，這個(gè)成本還會(huì)繼續(xù)下降。而中東等日照充足的地方，光伏發(fā)電也會(huì)更加有效。

國內(nèi)例如寶豐能源公告資料顯示，公司“國家級(jí)太陽能電解水制氫綜合示范項(xiàng)目”綜合制氫成本可以控制在1.54元/ m3，折合17元/kg，相對(duì)于天然氣制氫，已經(jīng)體現(xiàn)出成本優(yōu)勢了。

而除了電力成本下降之外，綠氫成本的下降，也得益于生產(chǎn)設(shè)備“電解槽”的技術(shù)迭代：

一方面，電解槽使用壽命不斷延長，報(bào)告顯示，當(dāng)電解槽工作時(shí)長從2000小時(shí)增加到4000小時(shí)，就會(huì)對(duì)氫氣總成本帶來4.6%下降。另一方面，通過技改降低耗電量。隆基發(fā)布的電解槽新品，就使得耗電量下降了20%。

在提效方面，則是一個(gè)更值得關(guān)注的領(lǐng)域，新技術(shù)取代成熟品：質(zhì)子交換膜、固體氧化物等新技術(shù)，取代堿性電解槽。

華安證券測算，在樂觀情況下，綠氫成本甚至?xí)_(dá)到5.8元/kg，大幅低于灰氫成本，開啟全面取代。

電解槽的“存量替換”

主流的電解水制氫技術(shù)有四種：堿性水電解（ALK）、質(zhì)子交換膜電解（PEM）、高溫固體氧化物電解（SOEC）、固體聚合物陰離子交換膜電解（AEM）。

堿性電解技術(shù)ALK，以氫氧化鉀水溶液等堿性環(huán)境為電解質(zhì)，以石棉為隔膜，分離出氫氣和氧氣。和其他技術(shù)相比，一個(gè)重要優(yōu)勢是陰陽電極板中不含有貴金屬，因此，電解槽成本比較低，發(fā)展時(shí)間久、技術(shù)、商業(yè)生態(tài)也最為成熟。目前占比80%左右。

劣勢在于，難以快速啟動(dòng)和變化，對(duì)電力要求穩(wěn)定，不適配光伏、風(fēng)電這種波動(dòng)大的電力。這就意味著沒辦法參與到“風(fēng)光”發(fā)展的風(fēng)光潮流中。

國內(nèi)堿性電解槽生產(chǎn)企業(yè)較多，也完成了國產(chǎn)化，降本路徑主要是單品產(chǎn)能擴(kuò)大。報(bào)告顯示，1臺(tái)1000N m3/h電解水制氫裝置的成本，并不是2臺(tái)500N m3/h成本的一倍，而只是其70%-75%。

固體氧化物電解水制氫SOE，采用氧化鋯等固體氧化物作為電解質(zhì)，在高溫下進(jìn)行工作。核心壁壘在于陰極、陽極的材料研發(fā)，長期處于實(shí)驗(yàn)室階段。最近有一些落地突破。

國內(nèi)公司上海翌晶氫能科技公司已經(jīng)有SOE方案的電堆自動(dòng)化產(chǎn)線下線。上海應(yīng)用物理研究所、北京質(zhì)子動(dòng)力公司，也都有相關(guān)產(chǎn)品小規(guī)模驗(yàn)證。

陰離子交換膜電解水制氫AEM也處于實(shí)驗(yàn)室階段，后續(xù)要看相關(guān)材料的突破。目前看，有望取代ALK的就是質(zhì)子交換膜電解槽PEM。

PEM電解槽包括質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層和雙極板等零部件，優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)快，可適配風(fēng)光等電力的靈活性。其中，質(zhì)子交換膜生產(chǎn)壁壘比較高，主要由海外企業(yè)杜邦、旭化成等提供，國內(nèi)東岳集團(tuán)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。氣體擴(kuò)散層，也是海外企業(yè)為主。

而電極、催化劑等又對(duì)銥、鉑、鈦等貴金屬依賴度高。因此，整體而言，PEM方案和ALK相比，缺點(diǎn)是成本比較高，從全生命周期成本來看，PEM為23元/kg，高于ALK的17.7元/kg。

ALK和PEM成本對(duì)比，來源：華安證券

當(dāng)然，PEM也在努力降本，包括技術(shù)研發(fā)、國產(chǎn)替代、規(guī)模化效應(yīng)等等。但和ALK相比，PEM電解槽更加緊湊，同等制氫規(guī)模占地面積縮小一半，這也成為現(xiàn)實(shí)部署時(shí)的一個(gè)考量。

考慮到適配風(fēng)光電力穩(wěn)定性的需求來看，未來在大規(guī)模制氫領(lǐng)域，例如化工冶金等，則會(huì)采用ALK堿性電解槽；而在風(fēng)光充足的地區(qū)，則偏向PEM質(zhì)子交換膜電解槽。

在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇中，有兩種形式，一種是“存量替代”，新技術(shù)、新產(chǎn)品替代舊技術(shù)、舊產(chǎn)品，單純從已有的市場來搶就夠了；另一種是“開天辟地”，催生了新的市場、新的需求。

就像智能機(jī)期待功能機(jī)，手機(jī)替換是存量市場，但各類移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上的產(chǎn)品、服務(wù)，又是新需求。電動(dòng)車取代燃油車，是存量替代模式，但后續(xù)希望開展的車內(nèi)場景消費(fèi)，就是新需求。

而回到制氫這個(gè)話題來看，目前發(fā)生的是一個(gè)連環(huán)嵌套的“替換”的趨勢：氫能，取代石油；綠氫取代灰氫；PEM取代ALK。自上而下，是發(fā)展的背景，自下而上是發(fā)展的關(guān)鍵。這其中，一定不是一蹴而就，但核心突破，就會(huì)帶來新的增長機(jī)遇。

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