氢能大范围使用之前，什么是氢气制取的最优解？

氢气虽然是一种清洁环保且高效的能源，在产生能量的过程中不会产生碳排放，是未来替代矿物资源的有效选择之一，目前氢能汽车与化学燃料电池正在逐步拉动未来的高纯度氢气需求。但是由于目前的工艺制取氢气成本过高且可复制性不强导致氢能的推广遇到了技术上的阻碍。目前以四类制氢方式为主：化石燃料（例如煤）制氢、工业副产物制氢、电解水制氢、生物质及其他制氢方式，虽然制氢方法多样，但各存优劣。

一、电解水制氢

电解水制氢气是通过电能给水提供能量，破坏水分子的氢氧键来制取氢气的方法。工艺过程简单且无碳排放，制取效率一般在75%至85%之间，但是电费一般占全部成本的80%左右。要想在电解水的过程中降低成本，一般从两个方面着手：提高电解效率和寻找电价洼地。主要的电解技术包括碱性电解水制氢、质子交换膜电解水(PEM)制氢和固态氧化物电解水(SOEC)制氢，其中SOEC技术和PEM技术能有效提高电解效率，但是其前期投入成本也相应提高，SOEC电解槽的成本是碱水法的两倍到三倍，而PEM技术电解槽的成本是碱水法的三到五倍。

而规避高电价也是一种可操作性较强的方式，根据2019年年中各省大工业电价情况来看，青海、新疆、甘肃等地的电价仅为东部地区的60%左右，远低于全国平均电价0.5288元/千瓦时的平均水平。

资料来源：公开信息整理

而西北地区电价相对较低的原因在于风电和光伏发电快速发展导致其远远超过电网承载能力，新能源消耗矛盾十分突出。2019年新疆、内蒙古弃风电量超过50亿千瓦时，全国平均风电利用时间数2082小时。我国目前正大力推进可再生能源，由大量弃风、弃水产生的弃电是发展电解水制氢的有利条件。以目前全国工业用电平均电价0.53元每千瓦时计算，1Nm的氢气成本一般维持在2.6到2.7元之间，但是这就提高了运输成本。

资料来源：华经产业研究院整理

二、煤制氢技术

煤制氢技术主要有催化重整制氢技术与煤气化制氢技术两种，技术最为成熟。由于我国煤炭采掘以及加工行业发达，因此煤制氢技术在我国的运用范围较广，而氢气多属于这些炼化企业的中间或者附属产品。焦炉制氢技术得到的氢气纯度相对较低，煤经过干燥、预热、软化等过程被炼制成焦炭，副产品的焦炉煤气中含有氢气，但煤气中也有甲烷一氧化碳等气体。焦炉煤气制氢虽然规模较大，但所制氢气纯度不高（含硫），且制氢的过程耗时长、对环境造成污染，如果再经过脱硫脱硝的步骤则增加了制氢的成本。而煤气化制氢技术目前是更加主流的制氢方法，其主要原理是先将煤炭与氧气发生燃烧反应，在与水反应得到以氢气和一氧化碳为主的煤气后，再进行脱硫净化，一氧化碳与水蒸气继续反应后生产更多氢气，最后经过分离提纯得到一定纯度的产品氢。

资料来源：公开信息整理

相关报告：华经产业研究院发布的《2020-2025年中国氢气行业投资研究分析及发展前景预测报告》；

在煤气化过程中生产1吨氢气需要消耗接近 7.5 吨左右的 6000 大卡煤炭，若换算成 5000 大卡原煤，约对应 8.8～9 吨。我国煤炭产量约为37.5亿吨，煤制氢技术所耗煤炭大约占煤炭产量的2%至3%左右。煤制氢技术的最大优势在于成本较低，但是煤炭制氢技术的问题在于煤制氢工艺二氧化碳排放量约是天然气制氢的4倍。且无论是天然气制氢还是煤制氢，都会遇到反应不完全所残留的一氧化碳、二氧化碳等杂质。若要符合燃料电池要求的气体标准，还需要再进一步提纯，这就导致煤制氢技术的成本进一步增加。

三、工业副产氢

工业副产氢气主要分布在钢铁、化工等行业，其实煤制氢中的焦炉制氢也是工业副产氢的一种形式，主要来源包括氯碱副产品制氢、轻烃裂解副产氢等几种方式。氯碱制氢的原料是常见的氯化钠，通过离子膜或者石棉隔膜电解槽后可获得烧碱、氯气以及副产品氢气，在通过去除杂质后纯度高达99.99%，1m的纯氢气生产成本只需1.3元，但是离子膜法的主要成本依然来自于电价。根据氯碱平衡表，烧碱与氢气的产量配比为 40:1，2019年全国烧碱产量为3464.4万吨，那么理论上2019年氯碱行业的氢气产量为86.61万吨。

资料来源：国家统计局，华经产业研究院整理

丙烷脱氢（PDH）是另一种目前潜力较大的制氢方式，轻烃的原料组分决定其氢气杂质含量远低于煤制氢和焦炉气制氢，因此氢气纯度较高，提纯难度小。丙烷脱氢项目近两年来在建与规划的数量超过20个，主要集中分布在山东、江苏等省份。预计到2023年将新增氢气产能37万吨，每年可供20万辆氢能汽车行驶。

资料来源：华经产业研究院整理

四、未来的氢能行业需求

以目前的角度来看由于现在氢气主要的需求方是化工企业，一般而言化工企业内部都可以通过一体化的装置以及企业配套产业链解决基本的用氢需求。综合几种方式的成本来看电解水＞煤制氢＞化工副产氢，短期来看，化工副产氢的成本、工艺、纯度都适合进行大面积推广，足以满足早期推广阶段化工行业以及氢能汽车的用氢需求，但是也要看到化工副产制氢的产量远远不及煤炭、天然气等化石燃料制氢方法，未来将会遭遇产能瓶颈，而煤制氢在解决纯度问题后可推广性较强且成本较低，是中远期主要的氢气供应主力。电解氢目前成本最高但是原料易得、节能环保，若未来技术突破带动成本大幅下降，或者依靠政府的强力补助政策，也必然被更多的化工企业所接纳。相关技术的发展目前仍是研究界关注的重点，随着时间的推移更多经济环保的新技术将被人们所应用，未来制氢行业将进入多元供给格局。