何為綠氫？

綠氫，是通過(guò)光伏、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電電解水制取的氫氣，在生產(chǎn)制備過(guò)程中沒(méi)有二氧化碳排放，是真正意義上的“零碳?xì)錃狻薄?/p>

當(dāng)前，綠氫制取技術(shù)主要有堿性電解水制氫（ALK）、質(zhì)子交換膜電解水制氫（PEM）、陰離子交換膜電解制氫（AEM）和高溫固體氧化物電解制氫（SOEC）四種。目前，堿性電解水制氫技術(shù)成本最低，是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流制氫技術(shù)，眾多制氫項(xiàng)目均采用堿性電解水制氫路線；同時(shí)，質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)也在大力發(fā)展之中，但成本是堿性電解水制氫技術(shù)的3-4倍，未來(lái)，隨著技術(shù)的革新和關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化，質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)成本有望大幅下降。

根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，綠氫將滿足未來(lái)全球15%的能源需求。目前全球每年產(chǎn)氫約7000萬(wàn)噸，其中98%是化石燃料制備的灰氫，因?yàn)槿蛴胸S富又廉價(jià)煤炭和天然氣制備原料來(lái)支撐。同時(shí)氫能消費(fèi)市場(chǎng)又相對(duì)小眾，90%的氫氣用于煉油和化工行業(yè)。

在碳排放急需減少的當(dāng)下，全球能源界達(dá)成共識(shí)：未來(lái)氫氣主流將會(huì)選擇綠氫。

綠氫的成本構(gòu)成

目前，電解水制氫成本大概在4-8美元/公斤，而藍(lán)氫與灰氫的成本價(jià)格只有2美元/公斤和1.5美元/公斤左右。較高的成本使得單純的綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力較低，國(guó)內(nèi)目前還處于示范階段，國(guó)外更多的則將綠氫進(jìn)一步與化工產(chǎn)業(yè)結(jié)合。

據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，到2030年，伴隨產(chǎn)能增加、技術(shù)進(jìn)步以及可再生能源電力成本的持續(xù)下降，綠氫的平均成本有望降至1.5~3美元之間。

目前國(guó)內(nèi)最成熟的電解水制氫技術(shù)為堿性電解，整個(gè)制氫成本主要在于電費(fèi)和設(shè)備折舊，其中電費(fèi)占比70%-90%，折舊占比10%-30%。按照年生產(chǎn)時(shí)間2000小時(shí)，電耗5kwh/標(biāo)方，電價(jià)0.3元/kwh，1000標(biāo)方的電解槽制氫成本為25元/kg；理想情況下，按照電耗4kwh/標(biāo)方，電價(jià)0.15元/kwh，對(duì)應(yīng)成本為15元/kg，則基本可與天然氣制氫平價(jià)；若綠氫與風(fēng)光、風(fēng)電耦合，年利用小時(shí)提高至4000小時(shí)以上，則成本有望進(jìn)一步下降至11元/kg以內(nèi)，則基本可以實(shí)現(xiàn)與煤制氫平價(jià)。遠(yuǎn)期看，若電價(jià)達(dá)到0.1元/kwh，電耗下降至3.5kwh/標(biāo)方，則綠氫成本可降至8元/kg，低于煤制氫。

由于電費(fèi)占整個(gè)電解水制氫技術(shù)的一大部分，因此電解水制氫成本的關(guān)鍵在于耗能問(wèn)題。電解水制氫成本可以從兩方面入手：

一是從電解槽設(shè)計(jì)與單電池材料入手，使用較少的關(guān)鍵材料，尤其是Pt、Ir等成本較高的貴金屬材料，或用非貴金屬材料（Ni、Fe等）取代。重新設(shè)計(jì)電解槽以實(shí)現(xiàn)更高的效率（更低的電力成本）、更高的耐久性（更長(zhǎng)的壽命）以及更高的電流密度，可通過(guò)優(yōu)化膜厚度來(lái)降低歐姆電阻（同時(shí)還需兼顧氣體滲透問(wèn)題），以提升電解效率，對(duì)多孔層傳輸層（PTL）、雙極板流道等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如優(yōu)化孔隙率、孔徑、厚度等PTL結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)流場(chǎng)等，以提升電解槽性能與壽命。

二是從增加單槽和工廠生產(chǎn)的規(guī)模來(lái)提升應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)執(zhí)行高通量、自動(dòng)化的制造工藝，降低每個(gè)組件的成本。提升單槽規(guī)?？梢詭?lái)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，盡管由于泄漏、大型組件制造限制、大型組件機(jī)械不穩(wěn)定、電池最大面積限制等問(wèn)題，單槽規(guī)模的提升范圍有限，但仍舊可產(chǎn)生強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

綠氫規(guī)模化應(yīng)用有望推動(dòng)降本

除了從電解水制氫過(guò)程本身降低成本之外，綠氫整體成本仍需政策支持、技術(shù)進(jìn)步以及規(guī)模應(yīng)用。綠氫目前已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)化初期階段，但仍然需要注意其各方投入。

2023年被稱(chēng)為“綠氫元年”。今年上半年，共有16款制氫電解槽下線，其中只有一款為AEM制氫電解槽，其余均為堿性電解水制氫電解槽。在降低成本的關(guān)鍵階段，眾多制氫廠商均選擇ALK制氫路線，同時(shí)在制氫產(chǎn)量上“開(kāi)卷”。

隨著市場(chǎng)的加速轉(zhuǎn)化，上半年落地開(kāi)工的制氫項(xiàng)目也是一大亮點(diǎn)。今年上半年，共有40余項(xiàng)規(guī)模較大或投資較大的制氫項(xiàng)目，集中在我國(guó)中西部地區(qū)。

未來(lái)氫能有望打通可再生能源電力在交通、工業(yè)和建筑領(lǐng)域終端應(yīng)用的滲透路徑，逐步降低化石能源在這些終端領(lǐng)域的消費(fèi)比重。隨著材料和部件制備、系統(tǒng)集成等技術(shù)的突破，氫能綠色制取技術(shù)將朝著延長(zhǎng)運(yùn)行壽命、提升單體功率、降低安全風(fēng)險(xiǎn)和成本等方向發(fā)展，關(guān)鍵部件材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，制氫單體功率將提升至10MW級(jí)，系統(tǒng)單位能耗不高于4kWh/m3。