“绿氢”主要制取方式解析及相关的上市公司

　　引言：4月7日，工信部、国家发改委等六部委联合发布了《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》。《意见》提出，到2025年，石化化工行业基本形成自主创新能力强、结构布局合理、绿色安全低碳的高质量发展格局，并多次提及绿氢。《意见》要求，加快突破新型催化、绿色合成、功能-结构一体化高分子材料制造、“绿氢”规模化应用等关键技术；鼓励石化化工企业因地制宜、合理有序开发利用“绿氢”，推进炼化、煤化工与“绿电”“绿氢”等产业耦合示范。

　　近年来政府越来越重视环境保护，公民的环保意识也越来越强，各种环保政策和技术不断涌现。其中，使用清洁能源是保护环境的重要一环，而氢气是一种非常理想的清洁能源。氢气燃烧时产生的能量非常高，每公斤氢气燃烧可释放1.4亿焦耳的热量，而我们汽车燃油所能释放的热量也不0.46亿焦耳/公斤。除此之外，氢气的燃烧产物只有水，且不会产生温室气体或其他污染物，由此来看，氢气作为一种燃料来说是非常完美，在产生巨大热量时同时又毫无污染，既然氢气是一种理想的燃料，那为什么一直都没有得到广泛的应用？因为获取氢气的途径目前还存在很多困难，自然界存在的氢气十分稀少，我们想要获取大量的氢气，就只能通过化学方法人工制取。

　　氢气制取根据碳排放的程度可以分为绿氢、蓝氢、灰氢三种，而绿氢制取因为全过程没有大规模碳排放，符合低碳环保理念，所以国家将该方式定为长期制氢的主要方式。绿氢制取主要包括光伏制氢、风能制氢等可再生能源制氢和水电解制氢，而在自然允许的情况下，很多项目呈现“光风一体化”的趋势，但因为光伏发电相较于风能发电更易实现，所以光伏制氢占据了可再生能源制氢的主流。下面主要讲解电解水制氢和光伏制氢方法的优缺点和大规模应用的可行性。

　　电解水制氢是工业上绿氢制取的一种主要方法，这种方法具有原材料可再生、全程无污染的优点，但是，制约这一技术发展的主要问题是成本过高。

　　目前工业上以二氧化铱为催化剂，电解水制氢，原理我们都学过，水是由氢原子和氧原子构成的，在电解的过程中会产生氢气和氧气，然而这个反应的效率非常低，所以需要有催化剂来加快反应的进行，制氢过程中耗费的电能是目前氢能成本过高的一个原因。据热力学原理，电解水制备一立方米氢气和0.5立方米氧气的最低电耗为2.95度电，氢气的密度是0.0899千克/立方米，制取一千克氢气至少需要32.81度电，加上人工和设备成本，电解水制氢成本是33至38元/千克，而转化为相同能量所需的汽油成本是25至29元。工业生产中，考虑设备电解效率和设备自身电能损耗，实际耗电要比这还要高。

　　除了耗电之外，催化剂也是电解水制氢的主要成本之一，目前工业上制备氢气使用的主要是贵金属催化剂，例如二氧化铱，铱金属市价为240至250元每克，而且催化剂不会一直保持催化活性，所以是一种消耗品，由于耗电高和催化剂价格的原因，目前氢能的成本是要高于汽油的，所以目前大规模应用氢能仍不现实，尽管如此，我国的科学家正在研究和突破氢能技术，今年四月份，我国科学家在以钌元素为基础的催化剂研究上取得破性进步，钌金属市价为19.5至20.5元/克，但是，钌基催化剂在电解反应中稳定性很差。我国学者吴宇恩教授成功地将钌催化剂的稳定性提高了十倍。

　　相信随着电解设备的优化和高效廉价催化剂的开发，电解制氢方法取得突破后可以作为绿氢制取主要方法大规模应用。

　　光伏制氢目前在我国也已作为绿氢制造的主要方式之一加以应用，新疆库车绿氢示范项目是国内首次规模化利用光伏发电直接制氢的项目，总投资近30亿元，主要包括光伏发电、输变电、电解水制氢、储氢、输氢五大部分。项目将新建装机容量300兆瓦、年均发电量6.18亿千瓦时的光伏电站，年产能2万吨的电解水制氢厂，该项目建成后，将是世界上最大的光伏绿氢生产项目。

　　大家要知道的是，光伏制氢主流的方法是依然是使用电解水制氢，只不过电的来源是基于光伏发电。所以，在光照时间足够长的地区建立光伏发电站，光伏发电可以覆盖电解水的电力成本。我们可以算一下库车绿氢项目的制氢成本：一般光伏电站的设计使用寿命为25年，不算维护成本，库车年产氢能为2万吨，则25年可制氢50万吨，则每吨的成本为30亿元/50万=6000元，也就是6元/千克，比单纯的使用电解水的成本大大降低。在后后期维护上，主要是人工清理成本，50MW需要安装50万平方米的光伏板，则新疆库车项目需要（300MW/50万）*50=300万平方米的光伏板，光伏发电站10天清洗一次，一个工人一天大概可以清洗100平方米，则十天可以清洗1000平方米，则需要3000000/1000=3000人，算平均每人工资2000元，则每年的人工成本在：3000*2000*12=7200万元，运行25年的人工成本为18亿元，所以如果加上后期维护成本，则每吨的成本为：（30亿+18亿）/50万=9600元，也就是9.6元/千克，依然是相当划算的， 但后期如果使用机器人进行清洁，则可省去90%的人工成本费用。

　　光伏制氢9.6元/千克相较于纯电解水33元-38元/千克，光伏制氢大大降低地降低了成本，非常有可能成为绿氢的主要制取方式之一，目前世界上主要的光伏制氢项目除了新疆库车绿氢项目在建外，还有以下的大型绿氢项目。

　　随着国家对绿氢项目的重视和相关配套政策的出台，2021年国内已启动和新签绿氢项目23个，其中上市公司参与主体建设的有：新疆库车光伏绿氢（中国石化600028）、广西上思“风光储氢”项目（华润电力00836）、内蒙古鄂尔多斯绿氢项目（中国石化600028）、山东绿氢“风光一体化”项目（中国能建601868）、甘肃玉门东光伏制氢项目（中国石油601857）、内蒙古光伏发电项目（京能清洁能源00579），以上7家上市公司为光伏制氢（绿氢）领域的先行者，可重点关注。