氫氣雖然是一種清潔環(huán)保且高效的能源，在產(chǎn)生能量的過程中不會產(chǎn)生碳排放，是未來替代礦物資源的有效選擇之一，目前氫能汽車與化學(xué)燃料電池正在逐步拉動未來的高純度氫氣需求。但是由于目前的工藝制取氫氣成本過高且可復(fù)制性不強(qiáng)導(dǎo)致氫能的推廣遇到了技術(shù)上的阻礙。目前以四類制氫方式為主：化石燃料（例如煤）制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、電解水制氫、生物質(zhì)及其他制氫方式，雖然制氫方法多樣，但各存優(yōu)劣。

一、電解水制氫

電解水制氫氣是通過電能給水提供能量，破壞水分子的氫氧鍵來制取氫氣的方法。工藝過程簡單且無碳排放，制取效率一般在75%至85%之間，但是電費(fèi)一般占全部成本的80%左右。要想在電解水的過程中降低成本，一般從兩個方面著手：提高電解效率和尋找電價洼地。主要的電解技術(shù)包括堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水(PEM)制氫和固態(tài)氧化物電解水(SOEC)制氫，其中SOEC技術(shù)和PEM技術(shù)能有效提高電解效率，但是其前期投入成本也相應(yīng)提高，SOEC電解槽的成本是堿水法的兩倍到三倍，而PEM技術(shù)電解槽的成本是堿水法的三到五倍。

而規(guī)避高電價也是一種可操作性較強(qiáng)的方式，根據(jù)2019年年中各省大工業(yè)電價情況來看，青海、新疆、甘肅等地的電價僅為東部地區(qū)的60%左右，遠(yuǎn)低于全國平均電價0.5288元/千瓦時的平均水平。

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而西北地區(qū)電價相對較低的原因在于風(fēng)電和光伏發(fā)電快速發(fā)展導(dǎo)致其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電網(wǎng)承載能 力，新能源消耗矛盾十分突出。2019年新疆、內(nèi)蒙古棄風(fēng)電量超過50億千瓦時，全國平均風(fēng)電利用時間數(shù)2082小時。我國目前正大力推進(jìn)可再生能源，由大 量棄風(fēng)、棄水產(chǎn)生的棄電是發(fā)展電解水制氫的有利條件。 以目前全國工業(yè)用電平均電價0.53元每千瓦時計(jì)算，1Nm的氫氣成本一般維持在2.6到2.7元之間，但是這就提高了運(yùn)輸成本。

資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

二、煤制氫技術(shù)

煤制氫技術(shù)主要有催化重整制氫技術(shù)與煤氣化制氫技術(shù)兩種，技術(shù)最為成熟。由于我國煤炭采掘以及加工行業(yè)發(fā)達(dá)，因此煤制氫技術(shù)在我國的運(yùn)用范圍較廣，而氫氣多屬于這些煉化企業(yè)的中間或者附屬產(chǎn)品。焦?fàn)t制氫技術(shù)得到的氫氣純度相對較低，煤經(jīng)過干燥、預(yù)熱、軟化等過程被煉制成焦炭，副產(chǎn)品的焦?fàn)t煤氣中含有氫氣，但煤氣中也有甲烷一氧化碳等氣體。焦?fàn)t煤氣制氫雖然規(guī)模較大，但所制氫氣純度不高（含硫），且制氫的過程耗時長、對環(huán)境造成污染，如果再經(jīng)過脫硫脫硝的步驟則增加了制氫的成本。而煤氣化制氫技術(shù)目前是更加主流的制氫方法，其主要原理是先將煤炭與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，在與水反應(yīng)得到以氫氣和一氧化碳為主的煤氣后，再進(jìn)行脫硫凈化，一氧化碳與水蒸氣繼續(xù)反應(yīng)后生產(chǎn)更多氫氣，最后經(jīng)過分離提純得到一定純度的產(chǎn)品氫。

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相關(guān)報告：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2020-2025年中國氫氣行業(yè)投資研究分析及發(fā)展前景預(yù)測報告》；

在煤氣化過程中生產(chǎn)1噸氫氣需要消耗接近 7.5 噸左右的 6000 大卡煤炭，若換算成 5000 大卡原煤，約對應(yīng) 8.8～9 噸。我國煤炭產(chǎn)量約為37.5億噸，煤制氫技術(shù)所耗煤炭大約占煤炭產(chǎn)量的2%至3%左右。煤制氫技術(shù)的最大優(yōu)勢在于成本較低，但是煤炭制氫技術(shù)的問題在于煤制氫工藝二氧化碳排放量約是天然氣制氫的4倍。且無論是天然氣制氫還是煤制氫，都會遇到反應(yīng)不完全所殘留的一氧化碳、二氧化碳等雜質(zhì)。若要符合燃料電池要求的氣體標(biāo)準(zhǔn)，還需要再進(jìn)一步提純，這就導(dǎo)致煤制氫技術(shù)的成本進(jìn)一步增加。

三、工業(yè)副產(chǎn)氫

工業(yè)副產(chǎn)氫氣主要分布在鋼鐵、化工等行業(yè)，其實(shí)煤制氫中的焦?fàn)t制氫也是工業(yè)副產(chǎn)氫的一種形式，主要來源包括氯堿副產(chǎn)品制氫、輕烴裂解副產(chǎn)氫等幾種方式。氯堿制氫的原料是常見的氯化鈉，通過離子膜或者石棉隔膜電解槽后可獲得燒堿、氯氣以及副產(chǎn)品氫氣，在通過去除雜質(zhì)后純度高達(dá)99.99%，1m的純氫氣生產(chǎn)成本只需1.3元，但是離子膜法的主要成本依然來自于電價。根據(jù)氯堿平衡表，燒堿與氫氣的產(chǎn)量 配比為 40:1，2019年全國燒堿產(chǎn)量為3464.4萬噸，那么理論上2019年氯堿行業(yè)的氫氣產(chǎn)量為86.61萬噸。

資料來源：國家統(tǒng)計(jì)局，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

丙烷脫氫（PDH）是另一種目前潛力較大的制氫方式，輕烴的原料組分決定其氫氣雜質(zhì)含量遠(yuǎn)低于煤制氫和焦?fàn)t氣制氫，因此氫氣純度較高，提純難度小。丙烷脫氫項(xiàng)目近兩年來在建與規(guī)劃的數(shù)量超過20個，主要集中分布在山東、江蘇等省份。預(yù)計(jì)到2023年將新增氫氣產(chǎn)能37萬噸，每年可供20萬輛氫能汽車行駛。

資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

四、未來的氫能行業(yè)需求

以目前的角度來看由于現(xiàn)在氫氣主要的需求方是化工企業(yè)，一般而言化工企業(yè)內(nèi)部都可以通過一體化的裝置以及企業(yè)配套產(chǎn)業(yè)鏈解決基本的用氫需求。綜合幾種方式的成本來看電解水＞煤制氫＞化工副產(chǎn)氫，短期來看，化工副產(chǎn)氫的成本、工藝、純度都適合進(jìn)行大面積推廣，足以滿足早期推廣階段化工行業(yè)以及氫能汽車的用氫需求，但是也要看到化工副產(chǎn)制氫的產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及煤炭、天然氣等化石燃料制氫方法，未來將會遭遇產(chǎn)能瓶頸，而煤制氫在解決純度問題后可推廣性較強(qiáng)且成本較低，是中遠(yuǎn)期主要的氫氣供應(yīng)主力。電解氫目前成本最高但是原料易得、節(jié)能環(huán)保，若未來技術(shù)突破帶動成本大幅下降，或者依靠政府的強(qiáng)力補(bǔ)助政策，也必然被更多的化工企業(yè)所接納。相關(guān)技術(shù)的發(fā)展目前仍是研究界關(guān)注的重點(diǎn)，隨著時間的推移更多經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新技術(shù)將被人們所應(yīng)用，未來制氫行業(yè)將進(jìn)入多元供給格局。

資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理