何為綠氫？

綠氫，是通過光伏、風電等可再生能源發(fā)電電解水制取的氫氣，在生產(chǎn)制備過程中沒有二氧化碳排放，是真正意義上的“零碳氫氣”。

當前，綠氫制取技術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成本最低，是國內(nèi)市場主流制氫技術，眾多制氫項目均采用堿性電解水制氫路線；同時，質(zhì)子交換膜電解水制氫技術也在大力發(fā)展之中，但成本是堿性電解水制氫技術的3-4倍，未來，隨著技術的革新和關鍵零部件的國產(chǎn)化，質(zhì)子交換膜電解水制氫技術成本有望大幅下降。

根據(jù)權威機構預測，綠氫將滿足未來全球15%的能源需求。目前全球每年產(chǎn)氫約7000萬噸，其中98%是化石燃料制備的灰氫，因為全球有豐富又廉價煤炭和天然氣制備原料來支撐。同時氫能消費市場又相對小眾，90%的氫氣用于煉油和化工行業(yè)。

在碳排放急需減少的當下，全球能源界達成共識：未來氫氣主流將會選擇綠氫。

綠氫的成本構成

目前，電解水制氫成本大概在4-8美元/公斤，而藍氫與灰氫的成本價格只有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)項目競爭力較低，國內(nèi)目前還處于示范階段，國外更多的則將綠氫進一步與化工產(chǎn)業(yè)結合。

據(jù)市場預測，到2030年，伴隨產(chǎn)能增加、技術進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。

目前國內(nèi)最成熟的電解水制氫技術為堿性電解，整個制氫成本主要在于電費和設備折舊，其中電費占比70%-90%，折舊占比10%-30%。按照年生產(chǎn)時間2000小時，電耗5kwh/標方，電價0.3元/kwh，1000標方的電解槽制氫成本為25元/kg；理想情況下，按照電耗4kwh/標方，電價0.15元/kwh，對應成本為15元/kg，則基本可與天然氣制氫平價；若綠氫與風光、風電耦合，年利用小時提高至4000小時以上，則成本有望進一步下降至11元/kg以內(nèi)，則基本可以實現(xiàn)與煤制氫平價。遠期看，若電價達到0.1元/kwh，電耗下降至3.5kwh/標方，則綠氫成本可降至8元/kg，低于煤制氫。

由于電費占整個電解水制氫技術的一大部分，因此電解水制氫成本的關鍵在于耗能問題。電解水制氫成本可以從兩方面入手：

一是從電解槽設計與單電池材料入手，使用較少的關鍵材料，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。重新設計電解槽以實現(xiàn)更高的效率（更低的電力成本）、更高的耐久性（更長的壽命）以及更高的電流密度，可通過優(yōu)化膜厚度來降低歐姆電阻（同時還需兼顧氣體滲透問題），以提升電解效率，對多孔層傳輸層（PTL）、雙極板流道等關鍵部件的結構優(yōu)化，如優(yōu)化孔隙率、孔徑、厚度等PTL結構參數(shù)，采用三維網(wǎng)格結構流場等，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)模來提升應用經(jīng)濟性，通過執(zhí)行高通量、自動化的制造工藝，降低每個組件的成本。提升單槽規(guī)模可以帶來規(guī)模經(jīng)濟效益，盡管由于泄漏、大型組件制造限制、大型組件機械不穩(wěn)定、電池最大面積限制等問題，單槽規(guī)模的提升范圍有限，但仍舊可產(chǎn)生強大的經(jīng)濟效應。

綠氫規(guī)模化應用有望推動降本

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

2023年被稱為“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。在降低成本的關鍵階段，眾多制氫廠商均選擇ALK制氫路線，同時在制氫產(chǎn)量上“開卷”。

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

未來氫能有望打通可再生能源電力在交通、工業(yè)和建筑領域終端應用的滲透路徑，逐步降低化石能源在這些終端領域的消費比重。隨著材料和部件制備、系統(tǒng)集成等技術的突破，氫能綠色制取技術將朝著延長運行壽命、提升單體功率、降低安全風險和成本等方向發(fā)展，關鍵部件材料實現(xiàn)國產(chǎn)化，制氫單體功率將提升至10MW級，系統(tǒng)單位能耗不高于4kWh/m3。