根據生產過程中碳排放的強度,氫氣可分為由化石能源直接產生的“灰氫”,由化石能源和二氧化碳捕集儲存產生的“藍氫”,以及由可再生能源和核能的電解水產生的“綠氫”。
根據中國煤炭工業協會公布的數據,2020年我國氫氣產量將超過2500萬噸,其中煤炭占62%,天然氣占19%,工業副產氣占18%,電解水占1%。在全球範圍內,最常用的制氫方法是天然氣,占48%,其次是石油,占30%,煤炭,占18%,電解水,占4%,也很低。
無論是中國3060年二氧化碳排放峰值和碳中和的目標,還是歐盟等國家推動綠色氫發展的戰略,發展綠色氫都是長遠發展的戰略方向。預計到2060年,我國可再生能源生產的綠色氫氣將達到80%。但降低綠色氫氣的生產成本需要壹個過程,不僅是光伏、風電等可再生能源的成本,還有制氫的電解槽成本。所以灰氫到綠氫的轉化過程是不能快速直接叠代的。作為灰氫向綠氫的過渡階段,藍氫的發展主要依賴於碳捕集與封存技術的發展和成本的降低。但有科學家發現,藍氫在減少二氧化碳排放方面並不比灰氫好多少,其排放量僅比灰氫低9%-12%左右。世界主要氫能發展國家對藍氫的態度大相徑庭。鑒於目前我國氫能源的比例和發展階段,應該把藍氫作為重點。
氫能產業鏈包括從上遊制氫、中間儲氫和向下遊運氫。在制氫過程中,通過電解水獲得綠色氫,如果在化石燃料和工業副產品制氫中加入碳捕集與封存(CCS)裝置,則為藍色氫,如果不在此過程中,則為灰色氫。
除了煤炭和天然氣制氫,工業副產氫氣是我國第三大氫氣來源,也是適合我國自身工業基礎的制氫方式。工業副產氫氣包括焦爐煤氣副產、氯堿工業副產、合成氨副產和丙烷脫氫副產。
比如氫能概念股的龍頭美錦能源,就是以焦爐氣制氫為基礎,然後在產業鏈上打造加氫站和氫燃料電池的全產業鏈。
華斌有限公司在氯堿行業有654.38+0.6萬噸副產氫氣的產能,同時也在建設PDH項目,將有2.3萬噸丙烷脫氫副產氫氣。此外,金能科技、萬華化工和金發科技都有壹定的工業副產品氫氣作為副產品。
從碳中和的長遠要求來看,實現零排放,電解水制氫是未來發展的主要方向。目前,隆基股份、陽光電力、寶豐能源是可再生能源電解水制氫的主要路線。
與其他能源和燃料相比,氫氣的儲運難度更大,成本比明顯更大,這也是制約氫氣成本大幅下降的主要因素。在上中下遊各環節中,上遊制氫和下遊耗氫相對成熟,中遊儲運是制約氫能大規模發展的重要原因。
氫氣的儲存和運輸可分為三種:氣態、液態和固態。從技術成熟度來看,高壓氣態儲氫是最常用的。對應的運輸方式有長管拖車和管道。高壓儲氫安全性高,工藝相對簡單。但由於氫氣能量密度低,其儲氫量很低,長管拖車更適合短途運輸,耗氫量少。管道儲運在長距離運輸中會形成成本優勢,但管道建設成本高,初期投資大。
為了解決能量密度低的問題,世界各地都在發展低溫液氫儲存,低溫液氫儲存具有儲氫密度高的特點,儲存方式類似於儲存石油。運輸液氫可以減少車輛的運輸次數,提高單個加氫站的能源供給,適用於耗氫量大、運輸距離長的場合。但氫氣的液體儲存和運輸也有缺點,如氫氣液化成本高,長期儲存後氫氣會逸出。在我國,低溫液氫儲運主要用於軍事和航天領域,但由於法律限制,目前還不能用於民用領域。
固體儲氫以金屬氫化物、化學氫化物或納米材料為儲氫載體,通過化學吸附和物理吸附實現儲氫。固體儲氫密度更高,但成本也更高,技術也更復雜,目前還很難商業化。
根據中國氫能聯盟發布的《中國氫能與燃料電池產業白皮書(2019版)》(以下簡稱《白皮書》),長管拖車和固體儲運成本可觀,但經濟距離不超過150公裏;液體儲運經濟距離200公裏以上,成本是所有方式中最高的;管道運輸成本最低,經濟距離500公裏以上。
儲氫瓶是氣態儲氫方式的重要組成部分。國內公司中材科技率先研發完成國內最大的氫氣瓶,容積320L,已投入市場。除320L瓶外,其他氫瓶產品規格齊全,從1.5L到385L不等。此外,中材科技70 MPa IV瓶生產線目前正在建設中,年產能為65,438+0,000瓶。預計2021年底完成,2022年上半年取得證書,主要面向海外市場銷售。
在氫氣液化方面,國內發展滯後。根據氫氣液化概念股中泰股份上周投資者提問時的回答:目前公司擁有氫氣液化核心設備板翅式換熱器的設計制造技術,氫氣液化全流程仍在積極研發中。另壹只深冷概念股深冷股份也在幾天前公開暗示,公司沒有來自氫能的營收。
加氫站是氫氣產業鏈的重要組成部分。但由於氫燃料電池汽車尚未大規模商用,加氫站投資巨大,目前的建設成本和運營成本遠高於傳統的加油站和加氣站。在工業發展初期,建設獨立的加氫站並不經濟。站在投資人的角度,可以避免這種重資產、高投入、長期虧損的產業鏈環節。
燃料電池系統是壹個復雜的系統,其中電堆系統是最重要的。除了電池組,還有供氫系統、供氣系統和水熱管理系統。從價值上看,電堆系統占比最大,達到45-50%,其次是空壓機,約占25%。在電堆中,催化劑、雙極板、質子交換膜占比很大,這些核心材料和技術與歐美仍有壹定差距。
催化劑約占燃料電池系統總成本的18%,而這壹核心材料仍依賴進口,因此國內壹直沒有企業能夠制造催化劑。桂研鉑業是壹家前瞻性布局燃料電池用鉑催化劑的企業,被國家工信部列入第二批專項創新“小巨人”企業。然而,即使作為鉑催化劑的龍頭企業,貴研鉑業近日也在投資者互動平臺上表示:截至目前,公司的氫燃料電池用鉑催化劑仍處於實驗室階段,目前沒有商業化產品。
與催化劑類似,在雙極板、質子交換膜等領域,國內材料和技術與國際先進水平仍有壹定差距,國產化進程才剛剛開始,從技術突破和降低成本的角度看,還有很長的路要走。
在電池堆和整體燃料電池系統方面,由易華通、濰柴動力、新源動力和美錦能源旗下的郭虹氫能占據市場主導地位。我們之前寫過燃料電池系統,這裏就不多說了。
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