土豪造氫，帶來什么機會？

Callejon

前段時間，中東石油土豪們來國內談了大業務，對石油煉化公司大手筆買買買。而除了發力舊能源之外，據說中東土豪們也要發力新能源：在沙漠中搭建光伏板，繼而把光伏發電用來電解水制氫，再把氫氣賣給歐洲。實現從舊能源霸主到新能源巨頭的華麗轉身。

這真的是有錢人還勤奮、還居安思危。那這個方案可行嗎？

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電解水制氫可行嗎？

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氫，和煤炭、石油之類可以直接開采的能源不同，它作為二次能源，需要以各種方式進行制取生產。按照來源劃分，主要可以分為三類：（奶奶）灰、（天真）藍、（股市）綠。

灰氫，指通過煤炭、天然氣等化石原料以及工業副產來制取氫，這種方式成本低，但碳排放相對較高。灰氫為目前的主流，占比達到99%左右，包括天燃氣制氫、煤制氫、工業副氫等。這其中，美國以天然氣制氫（95%）為主、歐洲以天然氣制氫為主（55%），我國以煤制氫（60%）為主。

全球氫氣來源

藍氫，是指在灰氫生產過程中，加入了“無碳”技術，包括碳捕捉、利用、封存等，從而實現了低碳甚至零碳排放。這種方式大概會提升成本10%-40%。

綠氫，是指電解槽制取的氫，它的特點是所使用的電能，主要是光伏、風電等可再生清潔能源。還有用核能生產的氫，被稱為（芭比）粉氫，規模可以忽略不計。

綠氫規模小，也不是沒有原因的。相比之下，能源效率不高，在55%左右，低于灰氫；最終產品的成本也比較高，目前是14-27元/kg，而灰氫僅為9.5-15元/kg。

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灰藍綠氫的對比，來源：華安證券

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又貴又不好用，那么為什么要發展綠氫呢？

發展綠氫的必要性，毫無疑問，是“碳排放”，時代規則的變化來驅動產業發展。隨著全球碳稅的推廣、ESG標準的普及，能源轉型是大趨勢。如果要在全球做生意，就必須接受新規則。這也是中東土豪們“居安思危”的出發點。

發展綠氫的可行性有三：首先，發展綠氫可以驅動能源行業從“資源壟斷型”向“技術提升型”發展。

其次，發展綠氫，也是完成光伏普及的拼圖之一。光伏發電的不穩定性，是“打娘胎”里帶來的。因此，必須有儲能作為配合，而氫就是儲能的方式之一。把光轉換為電，再把電轉化為氫，看似流程繁瑣、能源效率降低了，但是，考慮到光照資源是白白來的，只要轉化成本可控，何樂不為呢。

再次，綠氫如果能完成對灰氫的取代，存量空間，也足夠吸引人。商用車用氫價格在25元/kg以下，就會對柴油體現出成本優勢；工業用氫價格在15元/kg以下，也會體現出成本優勢。

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這就是“歷史進程和個人奮斗”的產業故事。但，關鍵還是在于，綠氫的技術性價比，何時體現？

成本如何下降？

綠氫制取的成本大頭是“電費”。通過測算可以發現，當電解水制氫所用的電力成本到達0.15元/度的時候，綠氫的單位總成本就會和灰氫差不多。這就意味著，灰氫會被綠氫取代。

綠氫成本彈性測算，來源：華安證券

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電力成本的下降，主要得益于光伏電池技術發展。地面光伏發電的LCOE度電成本，在1800小時下，已經達到0.2元/度，隨著硅料價格下降、電池效率提升，這個成本還會繼續下降。而中東等日照充足的地方，光伏發電也會更加有效。

國內例如寶豐能源公告資料顯示，公司“國家級太陽能電解水制氫綜合示范項目”綜合制氫成本可以控制在1.54元/ m3，折合17元/kg，相對于天然氣制氫，已經體現出成本優勢了。

而除了電力成本下降之外，綠氫成本的下降，也得益于生產設備“電解槽”的技術迭代：

一方面，電解槽使用壽命不斷延長，報告顯示，當電解槽工作時長從2000小時增加到4000小時，就會對氫氣總成本帶來4.6%下降。另一方面，通過技改降低耗電量。隆基發布的電解槽新品，就使得耗電量下降了20%。

在提效方面，則是一個更值得關注的領域，新技術取代成熟品：質子交換膜、固體氧化物等新技術，取代堿性電解槽。

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華安證券測算，在樂觀情況下，綠氫成本甚至會達到5.8元/kg，大幅低于灰氫成本，開啟全面取代。

電解槽的“存量替換”
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主流的電解水制氫技術有四種：堿性水電解（ALK）、質子交換膜電解（PEM）、高溫固體氧化物電解（SOEC）、固體聚合物陰離子交換膜電解（AEM）。

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堿性電解技術ALK，以氫氧化鉀水溶液等堿性環境為電解質，以石棉為隔膜，分離出氫氣和氧氣。和其他技術相比，一個重要優勢是陰陽電極板中不含有貴金屬，因此，電解槽成本比較低，發展時間久、技術、商業生態也最為成熟。目前占比80%左右。

劣勢在于，難以快速啟動和變化，對電力要求穩定，不適配光伏、風電這種波動大的電力。這就意味著沒辦法參與到“風光”發展的風光潮流中。

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國內堿性電解槽生產企業較多，也完成了國產化，降本路徑主要是單品產能擴大。報告顯示，1臺1000N m3/h電解水制氫裝置的成本，并不是2臺500N m3/h成本的一倍，而只是其70%-75%。

固體氧化物電解水制氫SOE，采用氧化鋯等固體氧化物作為電解質，在高溫下進行工作。核心壁壘在于陰極、陽極的材料研發，長期處于實驗室階段。最近有一些落地突破。

國內公司上海翌晶氫能科技公司已經有SOE方案的電堆自動化產線下線。上海應用物理研究所、北京質子動力公司，也都有相關產品小規模驗證。

陰離子交換膜電解水制氫AEM也處于實驗室階段，后續要看相關材料的突破。目前看，有望取代ALK的就是質子交換膜電解槽PEM。

PEM電解槽包括質子交換膜、催化劑、氣體擴散層和雙極板等零部件，優點是啟動快，可適配風光等電力的靈活性。其中，質子交換膜生產壁壘比較高，主要由海外企業杜邦、旭化成等提供，國內東岳集團已經實現了國產化。氣體擴散層，也是海外企業為主。

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而電極、催化劑等又對銥、鉑、鈦等貴金屬依賴度高。因此，整體而言，PEM方案和ALK相比，缺點是成本比較高，從全生命周期成本來看，PEM為23元/kg，高于ALK的17.7元/kg。

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ALK和PEM成本對比，來源：華安證券

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當然，PEM也在努力降本，包括技術研發、國產替代、規模化效應等等。但和ALK相比，PEM電解槽更加緊湊，同等制氫規模占地面積縮小一半，這也成為現實部署時的一個考量。

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考慮到適配風光電力穩定性的需求來看，未來在大規模制氫領域，例如化工冶金等，則會采用ALK堿性電解槽；而在風光充足的地區，則偏向PEM質子交換膜電解槽。

在產業發展的機遇中，有兩種形式，一種是“存量替代”，新技術、新產品替代舊技術、舊產品，單純從已有的市場來搶就夠了；另一種是“開天辟地”，催生了新的市場、新的需求。

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就像智能機期待功能機，手機替換是存量市場，但各類移動互聯網上的產品、服務，又是新需求。電動車取代燃油車，是存量替代模式，但后續希望開展的車內場景消費，就是新需求。

而回到制氫這個話題來看，目前發生的是一個連環嵌套的“替換”的趨勢：氫能，取代石油；綠氫取代灰氫；PEM取代ALK。自上而下，是發展的背景，自下而上是發展的關鍵。這其中，一定不是一蹴而就，但核心突破，就會帶來新的增長機遇。

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