燃料電池汽車是未來(lái)新能源汽車的重要的發(fā)展趨勢(shì)，而氫氣是新能源汽車中燃料電池的基礎(chǔ)，也是為理想的清潔能源來(lái)源。氫氣的制取是當(dāng)前燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)面臨的一大難點(diǎn)，雖然氫氣制取的技術(shù)較為成熟，制取氫氣的方式也有很多，但是成本、效率與可持續(xù)性的屬性不盡相同。

下文則將從主流的制氫方法中，不同制氫技術(shù)的成本、效率與可持續(xù)性來(lái)判斷哪種制氫技術(shù)更好。詳細(xì)分析見(jiàn)深圳一覽眾咨詢有限公司撰寫(xiě)的《2018-2023年燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展及投資前景調(diào)研報(bào)告》。

主要的制氫方法

根據(jù)一覽眾咨詢報(bào)告，制氫方法根據(jù)氫氣原料的不同，可分為可再生制氫和非再生制氫，可再生制氫的原料是水或可再生物質(zhì)，非再生制氫的原料是化石燃料。具體來(lái)講，主要分為五種技術(shù)路線：工業(yè)尾氣制氫、化工原料制氫、石化原料制氫、電解水制氫和新型制氫方法等。

圖表 1  主要的制氫方法

上面五種主要的制氫方法，在范圍內(nèi)都有運(yùn)用，但是每種方法制取氫氣的產(chǎn)能占總產(chǎn)能的比重大小不同。從范圍來(lái)看，當(dāng)前主要的制氫方法主要采用的是石化資源制氫，其次是化工原料制氫。

具體來(lái)看，制氫原料來(lái)源多的是天然氣，比重達(dá)到48%，其次是醇類，比重為30%。兩者對(duì)應(yīng)的制氫方法分別是石化資源制氫和化工原料制氫占比。而原料來(lái)源于電解水的比重只占4%，目前采用電解水制氫的方法還很少。而新型制氫法幾乎沒(méi)怎么應(yīng)用于大規(guī)模的制氫。

圖表 2  制氫原料主要來(lái)源

從上面分析可以得出，主流的選擇是化石原料制氫和化工原料制氫。之所以如此，主要原因在于化石原料制氫和化工原料制氫的成本較低，具有盈利空間。

從成本看，化石原料制氫成本低

通過(guò)收集整理不同制氫方法的成本數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，制氫成本比較低的有煤氣化制氫和天然氣制氫，這兩種制氫方式相對(duì)于石油的市場(chǎng)價(jià)格，具有較大利潤(rùn)空間。而甲醇裂解的成本較高，這能解釋為什么化工原料制氫的比重比化石原料制氫的比重要小。而水電解制氫的成本很高，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用則幾乎不可能盈利。

圖表 3   主要制氫方法成本對(duì)比（美元/千克）

數(shù)據(jù)來(lái)源：一覽眾咨詢

從當(dāng)前技術(shù)、資源條件來(lái)看，我國(guó)主要采用化石原料制氫法。雖然在煤制氫工藝過(guò)程中，二氧化碳的排放水平較高，但可以引入二氧化碳捕捉技術(shù)(CCS)，降低碳排放。

長(zhǎng)期來(lái)看，電解水制氫法優(yōu)勢(shì)將現(xiàn)

雖然煤氣化制氫和天然氣制氫可以盈利，在我國(guó)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制氫。但是這兩種制氫方式需要消耗的資源，不可持續(xù)。并且這兩種方法碳排放量高，在煤氣化制氫過(guò)程中二氧化碳排放量高達(dá)193kg/GJ，天然氣制氫有69 kg/GJ，不利于環(huán)保。而電解水制氫的二氧化碳排放高不超過(guò)30 kg/GJ，對(duì)環(huán)境的污染低，并且可以持續(xù)。

圖表 4  典型制氫工藝中各類能源轉(zhuǎn)換效率與CO?排放

資料來(lái)源：公開(kāi)資料、一覽眾咨詢整理

可以說(shuō)，電解水制氫是清潔、可持續(xù)的制氫方式，并且是未來(lái)制氫的發(fā)展的重要方向。當(dāng)前制氫技術(shù)比較發(fā)達(dá)的日本，主要采用的制氫方法就是電解水制氫。

日本主要的制氫產(chǎn)能主要來(lái)自于電解水制氫，該方式的制氫產(chǎn)能占總制氫產(chǎn)能的63%，而化石原料制氫、化工原料制氫、工業(yè)尾氣制氫的制氫產(chǎn)能占比都比較小。而我國(guó)則可以學(xué)習(xí)日本的電解水制氫的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展電解水制氫技術(shù)。

圖表 5  日本不同制氫方法的制氫產(chǎn)能比重

發(fā)展電解水制氫，需要降低用電成本

電解水制氫的成本很高，因此，如果要大規(guī)模發(fā)展電解水制氫，降成本將是首要任務(wù)。當(dāng)前，電解水制氫成本主要來(lái)源于固定資產(chǎn)投資、用電成本和固定生產(chǎn)運(yùn)維成本，其中電價(jià)占總成本的77%，電價(jià)高是造成電解水成本高的主要原因。要發(fā)展電解水制氫就需要降低用電成本。

除此之外，還需要提高電解水制氫的效率，降低規(guī)模化制氫的成本。

圖表 6  電解水制氫成本構(gòu)成

有效利用棄水棄風(fēng)的電量

發(fā)展電解水制氫需要其它能源的支持。電解水制氫的能源來(lái)源有水力、潮汐能、太陽(yáng)能和風(fēng)能等再生能源，而我國(guó)的再生能源豐富，但是在利用的過(guò)程中會(huì)有很多的浪費(fèi)。

例如，我國(guó)擁有水力資源豐富，年發(fā)電量近3000億千瓦時(shí)，但是水能發(fā)電需要豐水器和調(diào)峰，會(huì)產(chǎn)生大量的棄水電能，浪費(fèi)很大。例如，我國(guó)可利用風(fēng)能巨大，相當(dāng)于水力資源的2/3。但風(fēng)電不太穩(wěn)定，上網(wǎng)比較難，因此每年的棄風(fēng)限電的電量規(guī)模龐大。

如果將棄風(fēng)棄水的電量充分利用起來(lái)，用于電解水制氫，將有利于電解水制氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

以上從主流的制氫路線展開(kāi)，從成本和原料的可得性分析出化石原料制氫是當(dāng)前ju有可行性的制氫方法。但是這種制氫方法不可持續(xù)，并且不符合環(huán)保的要求，因此未來(lái)還是要發(fā)展清潔、環(huán)保、可持續(xù)的電解水制氫。發(fā)展電解水制氫，需要降低電解水制氫成本，其中降低成本的方向是降低電價(jià)成本。再利用電力方面，如果充分利用棄風(fēng)棄水的電量，則有利于電解水制氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。