2021年7月，歐洲最大的質(zhì)子膜交換電解（PEM）制氫項(xiàng)目在德國科隆市萊茵煉廠（REFHYNE）投運(yùn)，該項(xiàng)目裝配了由ITM Power提供的10MW級PEM電解槽，每年可生產(chǎn)多達(dá)1300噸的綠氫，同時(shí)該項(xiàng)目還將擴(kuò)產(chǎn)至100MW的第二期工程規(guī)劃提上日程。
“綠色氫氣”作為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的新興領(lǐng)域，正成為行業(yè)焦點(diǎn)。截止2020年底，全球已有約70個(gè)在建的綠氫項(xiàng)目。大量來自政府和私人投資者的資金開始流入該行業(yè)，包括傳統(tǒng)能源巨頭、裝備制造企業(yè)以及初創(chuàng)公司等超萬家企業(yè)正在迅速切入綠氫產(chǎn)業(yè)鏈。
毋庸置疑，綠氫產(chǎn)業(yè)的確擁有廣闊的發(fā)展空間，但同時(shí)也面臨艱巨的降本挑戰(zhàn)。在氫能真正能夠成為具有成本效益的減排能源之前，仍然存在諸如技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和政策等方面的挑戰(zhàn)。氫能產(chǎn)業(yè)在制氫、分銷（儲運(yùn)、加注）和終端使用方面都必須做到更便宜、更高效，才具備經(jīng)濟(jì)可行性并實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模化應(yīng)用。
2021年4月，世界知名企業(yè)管理咨詢公司Boston Consulting Group（BCG）發(fā)布了《氫能的綠色科技機(jī)遇》，詳細(xì)分析了綠氫產(chǎn)業(yè)鏈特點(diǎn)，并指出了各細(xì)分領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇及挑戰(zhàn)。本文結(jié)合BCG的分析，對綠氫產(chǎn)業(yè)，尤其是電解水制氫產(chǎn)業(yè)的潛力、競爭格局進(jìn)行梳理，希望能夠幫助有意或已經(jīng)進(jìn)入該領(lǐng)域的企業(yè)找到正確的發(fā)展方向。
綠氫產(chǎn)業(yè)鏈減排潛力巨大
氫氣可以采用多種工藝和能源制取，業(yè)界經(jīng)常以顏色進(jìn)行區(qū)分，諸如灰氫、藍(lán)氫、綠氫。其中，滿足低碳?xì)涞奶寂欧砰撝档臍錃馔瑫r(shí)滿足制備能源為可再生能源，則該氫氣可定義為“綠氫”。
綠氫產(chǎn)業(yè)應(yīng)用端減排潛力最大的領(lǐng)域?yàn)橐苯鸷徒煌ā?/strong>根據(jù)評估，到2050年，清潔氫氣通過在化工、交通、制造業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，每年至少可減少50~60億噸的溫室氣體排放量。這一減排量約占2050年全部綠色技術(shù)減排量的15%左右。在眾多終端應(yīng)用領(lǐng)域中，冶金領(lǐng)域氫氣煉鋼、交通領(lǐng)域的地面交通燃料電池和合成燃料的應(yīng)用的減排量最大，三大應(yīng)用領(lǐng)域的年減排潛力占綠氫產(chǎn)業(yè)年減排潛力的3/4左右。
降本——既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇
目前可再生能源制氫主要使用電解水制氫，高成本是電解水制氫技術(shù)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。電解水制氫的成本比煤、天然氣使用的蒸汽重整制氫和工業(yè)副產(chǎn)氣純化制氫高出2~3倍。
電解水制氫技術(shù)主要分為堿性水電解槽（ALK）、質(zhì)子交換膜水電解槽（PEM）和固體氧化物水電解槽（SOE）三類。三種技術(shù)的原理及技術(shù)特點(diǎn)見圖表3。
電解制氫設(shè)備居高不下主要包括以下原因：
電解槽中的關(guān)鍵組件（膜、雙極）需要大量貴金屬材料。以PEM電解槽為例，目前需要使用陰極為鉑、陽極側(cè)為銥或釕的材料。各大研究機(jī)構(gòu)正在探索如何在減少所需貴金屬量的情況下，保持設(shè)備的耐用性。
電解槽設(shè)備制造成本較高。電解槽制造所需精度高，自動化程度低，且缺乏相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這使得設(shè)備的制造成本較高。
電解水制氫項(xiàng)目規(guī)模小，輔助系統(tǒng)成本較高。完整的電解制氫系統(tǒng)除了電解槽設(shè)備還需要大量外圍輔助設(shè)備系統(tǒng)（包括壓縮機(jī)、泵、緩沖罐、冷卻設(shè)施等），目前單個(gè)項(xiàng)目的電解制氫裝機(jī)容量相對較小，所需配備的外圍組件系統(tǒng)成本占比就相對較高。
降低電解槽及外圍設(shè)備的成本，和提高制氫系統(tǒng)的效率成為綠氫降本的主要驅(qū)動力。根據(jù)BCG的測算，如果電解槽設(shè)備產(chǎn)量從每年的50件增加至1000件，通過降低材料成本并提高制造的自動化和標(biāo)準(zhǔn)化，就可將制造堿性水電解槽設(shè)備的成本降低30~40%，并將外圍設(shè)備成本減少20~30%，這樣整個(gè)系統(tǒng)的成本將降至280~350美元/kW。而對于PEM電解槽，則需要將設(shè)備成本下降40~50%，外圍設(shè)備成本下降20~30%，才能將整個(gè)系統(tǒng)的成本降至320~400美元/kw。除了降低成本以外，提高效率也是電解槽設(shè)備未來的投資方向。例如通過改進(jìn)材料可以將PEM電解槽的系統(tǒng)效率從60%提高到70%。
降本是電解水制氫的最大挑戰(zhàn)，同時(shí)也創(chuàng)造了巨大的投資空間。根據(jù)BCG的預(yù)測，到2050年，全球綠氫產(chǎn)業(yè)鏈中每個(gè)環(huán)節(jié)所需的設(shè)備和組件投資總需求將達(dá)到2000億美元/年，其中電解水制氫及外圍輔助系統(tǒng)的設(shè)備及組件投資需求最高，達(dá)到500~600億美元/年，占總投資需求的1/4。
前景看好迎來眾多投資者入場
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球目前僅電解槽設(shè)備的活躍供應(yīng)商就超百家，其中2/3是2020年剛剛進(jìn)入該領(lǐng)域的。另外，目前活躍的電解槽設(shè)備制造企業(yè)中，有將近半數(shù)聚焦發(fā)展PEM設(shè)備。眾多公司選擇PEM技術(shù)路線，也說明業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可PEM是最有前景的電解水制氫技術(shù)。
總而言之，由于氫能市場細(xì)分程度高，并且在商業(yè)模式、技術(shù)路線和政策支持度等方面都存在一定的不確定性，因此眾多已經(jīng)進(jìn)入或計(jì)劃進(jìn)入氫能市場的企業(yè)需要確保擁有核心專業(yè)技術(shù)，并基于技術(shù)、市場、區(qū)域等多種因素綜合考慮，制定合理的市場進(jìn)入策略。
企業(yè)進(jìn)入綠氫市場的建議
目前，在氫能領(lǐng)域出現(xiàn)了眾多合作伙伴和合資企業(yè)，每個(gè)合作伙伴的發(fā)展領(lǐng)域和戰(zhàn)略目標(biāo)都不盡相同，總結(jié)起來可大體分為以下四類：
優(yōu)勢互補(bǔ)聯(lián)手?jǐn)U大規(guī)模。這種模式主要是相同應(yīng)用領(lǐng)域中互補(bǔ)組件制造商之間為了擴(kuò)大規(guī)模而進(jìn)行的合作。如主要生產(chǎn)燃料電池堆/系統(tǒng)以及高壓罐的EKPO FuelCell Technologies公司就是兩家汽車零部件制造商Elring Klinger和Plastic Omnium的合資企業(yè)。
能力互補(bǔ)合作，構(gòu)建完整系統(tǒng)。不同領(lǐng)域制造商還可以聯(lián)合起來利用其互補(bǔ)能力構(gòu)建完整的制造體系。一般是相關(guān)行業(yè)內(nèi)的老牌公司通過與氫能價(jià)值鏈中的零部件供應(yīng)商合作，以獲得專有技術(shù)并融合自有資源以占有一定的市場份額。例如，Bosch通過與Power Cell合作，將其生產(chǎn)制造的專業(yè)知識和現(xiàn)有客戶群與燃料電池的電堆技術(shù)相結(jié)合。
多方合作構(gòu)建價(jià)值鏈網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè)或多個(gè)參與者可以形成類似財(cái)團(tuán)的合作伙伴關(guān)系，以提供價(jià)值鏈上的各種互聯(lián)產(chǎn)品。例如，氫動力系統(tǒng)制造商可以通過與開發(fā)完整氫生態(tài)系統(tǒng)的公司合資來推廣他們的產(chǎn)品。例如Hyundai Hydrogen Mobility（Hyundai Motor和H2 Energy的合資企業(yè)）與Hydrospider合作制造和租賃基于燃料電池的卡車，并為他們提供必要的加氫站基礎(chǔ)設(shè)施。
創(chuàng)建本地網(wǎng)絡(luò)。燃料電池等設(shè)備制造商可以與客戶合作建立獨(dú)立的、以本地客戶為中心的網(wǎng)絡(luò)。例如，Plug Power旨在通過其多元化的客戶群交叉銷售其H2生產(chǎn)、燃料電池和加油技術(shù)。
因此以持續(xù)穩(wěn)定增長為目標(biāo)的公司應(yīng)專注于氫能產(chǎn)業(yè)鏈中最有前景的環(huán)節(jié)。尤其是具有核心技術(shù)的特定組件（例如閥門）供應(yīng)商和完整系統(tǒng)（例如電解槽設(shè)備、加氫站或移動應(yīng)用）供應(yīng)商。而首次進(jìn)入氫能市場的公司則應(yīng)盡快尋找潛在合作伙伴并進(jìn)行投資或并購活動。
因此，氫促會建議已經(jīng)進(jìn)入氫能產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，應(yīng)考慮通過兩種途徑來增加其在氫能市場中的份額：一方面可以通過核心技術(shù)提升，最大限度的降低成本并提高單個(gè)組件的效率；另一方面，企業(yè)可以在服務(wù)上力求卓越。目前“設(shè)備即服務(wù)”等新型商業(yè)模式正在探索中。例如，有企業(yè)計(jì)劃按小時(shí)出租氫動力卡車，還有企業(yè)正在為配送中心運(yùn)營商開發(fā)提供用于叉車的燃料電池及加氫基礎(chǔ)設(shè)備和服務(wù)的集成解決方案。
可以預(yù)計(jì)，這些新型運(yùn)營模式的探索應(yīng)用將為氫能產(chǎn)業(yè)注入新的活力。
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