在氢气产业链系列(一)的文章中说到制约氢能商业化很重要的一个因素在于经济成本较高,作为产业链的上游,根据中商产业研究院数据,氢气原材料能占到国内加氢站氢气售价成本的50%左右,所以如何能够降低制氢的价格对于氢能商业化至关重要。
根据中国煤炭加工利用协会数据,2020年,我国氢气的主要产出来源中,煤制氢占比高达62%,天然气制氢约为19%,工业副产氢约为18%,电解水制氢只有约1%的份额。
之所以形成这样的现状,不仅与技术水平、经济效益有关,也与我国目前的国情息息相关,从资源分布上,我国是一个富煤、贫油、少气的国家,在现有的所有制氢技术中煤制氢路线最为成熟高效,可大规模稳定制备,是当前成本最低的制氢方式。
而国内由于天然气主要来自进口,采用该路径将使得氢气生产成本上升,所以国内天然气制氢占比较低,而反观中东、俄罗斯、北美等国家,由于天然气成本较低,天然气制氢成为这些国家的主要路径。
然而目前占比最高煤制氢和天然气制氢两种方式均不适用于未来的发展。这是因为氢能开发的初衷是降低碳排放,据测算,按照当前中国氢源结构中煤制氢占比,若2050年实现1亿吨氢气的终端应用,需要消耗超过5亿吨标准煤,排放二氧化碳接近12亿-18亿吨。
这将使得氢能产业反而会成为最大的耗能和碳排放领域,这无疑是与实现中国能源绿色低碳转型的目标南辕北辙。
天然气制氢方面,2018年我国天然气进口量超过45%,已超过能源安全警戒线,且天然气制氢后再利用效率与经济性反倒降低,不符合资源的合理配置。
与煤制氢和天然气制氢对比来看,工业副产制氢不仅碳排放量相对较低,每千克氢生产仅需排放少于5千克的二氧化碳,从制氢工艺的生产成本上看,工业副产氢的成本也比较低,处于煤制氢和天然气制氢的中间水平。
所谓工业副产制氢就是将富含氢气的工业尾气作为原料,主要采用变压吸附法(PSA 法),回收提纯制氢气,这种方案在国内之所以可能的原因在于我国是全球第一大产氢国,现有工业制氢产能 2500 万吨/年。
虽然这其中有很大一部分焦炉煤气难以净化且内部工业流程中已经消耗很少对外,但仅考虑氯碱副产制氢和轻烃裂解制氢两种提纯难度小、杂质含量低的方式已经能够分别产生约65-71万吨/年氢气,按每辆氢燃料电池车每天加注5公斤氢气计算,这些副产氢气理论上可供应35万辆氢燃料汽车行驶。
根据高工产研氢电研究所数据,2019年我国氢燃料产量为3018辆,根据中汽协对燃料电池车发展的远期展望来看,2025年达到约十万辆级,2030年达到百万辆级,工业副产制氢已经能够能满足下游的中短期需求。
但是工业副产氢也存在区域性限制,运输半径经济性的问题。以氯碱化工企业为例,单个企业可利用的放空氢量均不超过1万吨,且产能分散。在目前氢气运输瓶颈尚未完全突破、成本较高的情况下,经济覆盖半径在200-300km以内。
此外,由于是工业副氢,中国大部分传统化工产品都已经产能过剩,这种制取方式无法通过鼓励开发的方式进行生产,因为那有可能造成企业提高化工品产量,从而造成更严重的产能过剩问题。
因此工业副产制氢是未来2-5年内值得重点关注的制氢方向,但由于主产品产能限制瓶颈,绝非最终路径。