攻克燃料电池难点：哪种制氢技术更好？

燃料电池汽车是未来新能源汽车的重要的发展趋势，而氢气是新能源汽车中燃料电池的基础，也是为理想的清洁能源来源。氢气的制取是当前燃料电池汽车产业面临的一大难点，虽然氢气制取的技术较为成熟，制取氢气的方式也有很多，但是成本、效率与可持续性的属性不尽相同。

下文则将从主流的制氢方法中，不同制氢技术的成本、效率与可持续性来判断哪种制氢技术更好。详细分析见深圳一览众咨询有限公司撰写的《2018-2023年燃料电池产业发展及投资前景调研报告》。

主要的制氢方法

根据一览众咨询报告，制氢方法根据氢气原料的不同，可分为可再生制氢和非再生制氢，可再生制氢的原料是水或可再生物质，非再生制氢的原料是化石燃料。具体来讲，主要分为五种技术路线：工业尾气制氢、化工原料制氢、石化原料制氢、电解水制氢和新型制氢方法等。

图表 1  主要的制氢方法

上面五种主要的制氢方法，在范围内都有运用，但是每种方法制取氢气的产能占总产能的比重大小不同。从范围来看，当前主要的制氢方法主要采用的是石化资源制氢，其次是化工原料制氢。

具体来看，制氢原料来源多的是天然气，比重达到48%，其次是醇类，比重为30%。两者对应的制氢方法分别是石化资源制氢和化工原料制氢占比。而原料来源于电解水的比重只占4%，目前采用电解水制氢的方法还很少。而新型制氢法几乎没怎么应用于大规模的制氢。

图表 2  制氢原料主要来源

从上面分析可以得出，主流的选择是化石原料制氢和化工原料制氢。之所以如此，主要原因在于化石原料制氢和化工原料制氢的成本较低，具有盈利空间。

从成本看，化石原料制氢成本低

通过收集整理不同制氢方法的成本数据，可以发现，制氢成本比较低的有煤气化制氢和天然气制氢，这两种制氢方式相对于石油的市场价格，具有较大利润空间。而甲醇裂解的成本较高，这能解释为什么化工原料制氢的比重比化石原料制氢的比重要小。而水电解制氢的成本很高，在国内应用则几乎不可能盈利。

图表 3   主要制氢方法成本对比（美元/千克）

数据来源：一览众咨询

从当前技术、资源条件来看，我国主要采用化石原料制氢法。虽然在煤制氢工艺过程中，二氧化碳的排放水平较高，但可以引入二氧化碳捕捉技术(CCS)，降低碳排放。

长期来看，电解水制氢法优势将现

虽然煤气化制氢和天然气制氢可以盈利，在我国可以实现大规模制氢。但是这两种制氢方式需要消耗的资源，不可持续。并且这两种方法碳排放量高，在煤气化制氢过程中二氧化碳排放量高达193kg/GJ，天然气制氢有69 kg/GJ，不利于环保。而电解水制氢的二氧化碳排放高不超过30 kg/GJ，对环境的污染低，并且可以持续。

图表 4  典型制氢工艺中各类能源转换效率与CO₂排放

资料来源：公开资料、一览众咨询整理

可以说，电解水制氢是清洁、可持续的制氢方式，并且是未来制氢的发展的重要方向。当前制氢技术比较发达的日本，主要采用的制氢方法就是电解水制氢。

日本主要的制氢产能主要来自于电解水制氢，该方式的制氢产能占总制氢产能的63%，而化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢的制氢产能占比都比较小。而我国则可以学习日本的电解水制氢的发展经验，发展电解水制氢技术。

图表 5  日本不同制氢方法的制氢产能比重

发展电解水制氢，需要降低用电成本

电解水制氢的成本很高，因此，如果要大规模发展电解水制氢，降成本将是首要任务。当前，电解水制氢成本主要来源于固定资产投资、用电成本和固定生产运维成本，其中电价占总成本的77%，电价高是造成电解水成本高的主要原因。要发展电解水制氢就需要降低用电成本。

除此之外，还需要提高电解水制氢的效率，降低规模化制氢的成本。

图表 6  电解水制氢成本构成

有效利用弃水弃风的电量

发展电解水制氢需要其它能源的支持。电解水制氢的能源来源有水力、潮汐能、太阳能和风能等再生能源，而我国的再生能源丰富，但是在利用的过程中会有很多的浪费。

例如，我国拥有水力资源丰富，年发电量近3000亿千瓦时，但是水能发电需要丰水器和调峰，会产生大量的弃水电能，浪费很大。例如，我国可利用风能巨大，相当于水力资源的2/3。但风电不太稳定，上网比较难，因此每年的弃风限电的电量规模庞大。

如果将弃风弃水的电量充分利用起来，用于电解水制氢，将有利于电解水制氢产业的发展。

结语

以上从主流的制氢路线展开，从成本和原料的可得性分析出化石原料制氢是当前ju有可行性的制氢方法。但是这种制氢方法不可持续，并且不符合环保的要求，因此未来还是要发展清洁、环保、可持续的电解水制氢。发展电解水制氢，需要降低电解水制氢成本，其中降低成本的方向是降低电价成本。再利用电力方面，如果充分利用弃风弃水的电量，则有利于电解水制氢产业的发展。