2022年以來(lái)，各企業(yè)開(kāi)展“餐廚垃圾制備氫氣”項(xiàng)目的消息不斷推出，如：城康氫碳新材料在湖北襄陽(yáng)投建“垃圾制氫+碳資源化”綠氫綠碳工廠(chǎng)，預(yù)計(jì)于年內(nèi)建成；瀚藍(lán)環(huán)境宣布年內(nèi)將在佛山南海建設(shè)約2200噸/年的餐廚垃圾制氫項(xiàng)目等。

 

餐廚垃圾制備氫氣兼具經(jīng)濟(jì)性及減碳性，是再生資源的重要細(xì)分領(lǐng)域；且“焚燒+”企業(yè)具備資金優(yōu)勢(shì)和原材料成本優(yōu)勢(shì)，若開(kāi)拓該細(xì)分方向可為企業(yè)帶來(lái)增長(zhǎng)新驅(qū)動(dòng)。

 

 

“十四五”期間“無(wú)廢城市”建設(shè)需求釋放在即，餐廚垃圾制氫為重要細(xì)分方向，可打開(kāi)固廢及再生再生資源企業(yè)成長(zhǎng)天花板。2021年底，18部委聯(lián)合印發(fā)《“十四五”時(shí)期“無(wú)廢城市”建設(shè)工作方案》，“無(wú)廢城市”從2019年的11+5試點(diǎn)到2022年的百余座城市目標(biāo)，隨之延伸出的環(huán)衛(wèi)、再生資源、危廢等超萬(wàn)億元的綜合固廢需求有望全面釋放。其中餐廚垃圾制氫為兼具“經(jīng)濟(jì)性”與“減碳性”的新路徑，值得重點(diǎn)關(guān)注。“焚燒+”企業(yè)具備餐廚垃圾資源優(yōu)勢(shì)及資金優(yōu)勢(shì)，若能夠拓展制氫業(yè)務(wù)，其營(yíng)收及業(yè)績(jī)可獲得新增長(zhǎng)動(dòng)能，打開(kāi)成長(zhǎng)天花板。

 

 

1、1噸餐廚垃圾可產(chǎn)生69m3沼氣，最終可轉(zhuǎn)化為90m3氫氣

 

“餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，沼氣提純制備氫氣”是較為主流的餐廚垃圾制氫工藝。根據(jù)《餐廚垃圾能源化研究進(jìn)展》及《厭氧消化處理餐廚垃圾工藝》，餐廚垃圾制備氫氣主要采用厭氧發(fā)酵法，主流工藝有2種：

 

兩步法：餐廚垃圾發(fā)酵先產(chǎn)生沼氣（同時(shí)會(huì)產(chǎn)生含量較低的氫氣，通常直接排放），沼氣提純后再制備氫氣，該工藝產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較多；

 

一步法：通過(guò)改變催化劑、反應(yīng)條件、反應(yīng)物配比等，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵時(shí)盡可能多的同時(shí)產(chǎn)出氫氣及甲烷，但目前該工藝多停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

 

1噸餐廚垃圾平均產(chǎn)生69立方米沼氣，按65%甲烷含量計(jì)算，對(duì)應(yīng)約45立方米甲烷。根據(jù)《污泥餐廚垃圾不同混配比厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷》，餐廚垃圾的組成成分（如面食、蔬菜、肉類(lèi)等占比）、污泥含量、含水量等均會(huì)影響厭氧發(fā)酵反應(yīng)速率及產(chǎn)生的沼氣量。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，市場(chǎng)上7個(gè)餐廚垃圾資源化項(xiàng)目平均來(lái)看，1噸餐廚垃圾對(duì)應(yīng)產(chǎn)生69立方米沼氣。考慮到沼氣中甲烷含量一般為50%-80%，若取平均值65%，1噸餐廚垃圾最終可對(duì)應(yīng)產(chǎn)生45立方米甲烷。

 

甲烷制氫多采用蒸汽重整法，1立方米甲烷平均約產(chǎn)生2立方米氫氣，則1噸餐廚垃圾最終可轉(zhuǎn)化為90立方米氫氣。甲烷蒸汽重整法（SMR）是目前甲烷制氫最為廣泛應(yīng)用的技術(shù)。其主要流程包括：原料氣預(yù)處理、蒸汽轉(zhuǎn)化、CO變換、氫氣提純。根據(jù)《天然氣制氫工藝介紹及成本分析》提到的實(shí)際運(yùn)行情況，平均1立方米甲烷對(duì)應(yīng)約產(chǎn)生2立方米氫氣。

 

 

餐廚垃圾制氫項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性測(cè)算：假設(shè)項(xiàng)目年產(chǎn)2200噸氫氣，對(duì)應(yīng)餐廚垃圾處置產(chǎn)能為740噸/日。本文旨在測(cè)算餐廚垃圾發(fā)電企業(yè)拓展至制氫項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，假設(shè)制氫項(xiàng)目年產(chǎn)2200噸（即2447萬(wàn)m3）氫氣，參考前文中提到的比例關(guān)系，該制氫項(xiàng)目約需要27萬(wàn)噸/年的餐廚垃圾量（即產(chǎn)能為740噸/日的項(xiàng)目運(yùn)行365天）。各個(gè)費(fèi)用估算結(jié)果如下。

 

初始投資：測(cè)算項(xiàng)目初始總投資約9421萬(wàn)元。僅考慮“沼氣制氫”階段的投資額，根據(jù)《沼氣制氫工藝技術(shù)研究》、《天然氣制氫工藝介紹及成本分析》，產(chǎn)氫1575噸/年的項(xiàng)目（假設(shè)2000m3/小時(shí)的制氫項(xiàng)目運(yùn)行24h×365天）對(duì)應(yīng)的總投資額約為6745萬(wàn)元。基于此，2200噸/年的制氫項(xiàng)目需要的總投資約為9421萬(wàn)元。

 

成本端：餐廚垃圾制氫單噸氫氣對(duì)應(yīng)的成本為1.55萬(wàn)元/噸，其中折舊/能源消耗/直接人工/發(fā)電成本分別占18%/28%/6%/48%。從單噸制氫成本來(lái)看，折舊、能源消耗、直接人工、發(fā)電成本分別為2855、4348、909、7390元/噸，合計(jì)單噸制氫成本為1.55萬(wàn)元/噸。

 

費(fèi)用端：?jiǎn)螄嵵茪滟M(fèi)用合計(jì)為2835元/噸。包括財(cái)務(wù)費(fèi)用、銷(xiāo)售、管理、研發(fā)費(fèi)用等。單噸制氫費(fèi)用合計(jì)為2835元/噸，財(cái)務(wù)、銷(xiāo)售、管理、研發(fā)費(fèi)用分別占比7%、19%、50%、24%。

 

若未來(lái)氫價(jià)在2021年均價(jià)基礎(chǔ)上下跌35%，餐廚垃圾制氫項(xiàng)目IRR仍可達(dá)12.6%。根據(jù)百川盈孚數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)高純氫全年均價(jià)為3.25元/m3，以此為樂(lè)觀情景下的氫氣價(jià)格。考慮到未來(lái)氫氣市場(chǎng)價(jià)回落、或伴隨技術(shù)突破氫能走向平價(jià)，中性、悲觀的氫氣價(jià)格分別為樂(lè)觀情景下的65%、55%。在中性情況下，2200噸/年餐廚垃圾制氫項(xiàng)目的收入約5170萬(wàn)元/年，毛利率、凈利率分別為34.1%、16.2%，項(xiàng)目IRR為12.6%。考慮到當(dāng)前氫能技術(shù)出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性突破仍需時(shí)間，預(yù)計(jì)氫能價(jià)格在2022年的基礎(chǔ)上大幅下跌的可能性較小，同時(shí)伴隨項(xiàng)目規(guī)模擴(kuò)大，成本端規(guī)模效應(yīng)將逐漸凸顯。

 

 

當(dāng)前制氫主流方式有煤制氫、天然氣制氫、電解水制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫四種，根據(jù)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展（2020）》中的各類(lèi)工藝制氫成本，我們比較發(fā)現(xiàn)，與天然氣制氫、電解水制氫、合成氨等工業(yè)副產(chǎn)氫方式相比，餐廚垃圾制氫成本（單噸成本1.55萬(wàn)元/噸）優(yōu)勢(shì)顯著：

 

（1）煤制氫、天然氣制氫：伴隨原材料價(jià)格上漲，制氫成本水漲船高。工藝成熟，制氫成本與煤價(jià)、天然氣價(jià)格掛鉤，而2021年以來(lái)，原料動(dòng)力煤、天然氣價(jià)格大幅上漲，2種工藝的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)被削弱。以2020-2022年至今的價(jià)格為基準(zhǔn)，煤制氫、天然氣制氫的單噸制氫成本平均為1.08萬(wàn)元/噸、2.02萬(wàn)元/噸。

 

（2）工業(yè)副產(chǎn)氫：多為企業(yè)自用，整體成本高于餐廚垃圾制氫。指生產(chǎn)化工產(chǎn)品的同時(shí)得到氫氣，主要有焦?fàn)t煤氣、氯堿化工、輕烴利用、合成氨合成甲醇等，基本為企業(yè)自用，平均制氫成本在1.2萬(wàn)元/噸——1.8萬(wàn)元/噸不等，且大部分工業(yè)副產(chǎn)氫的成本均高于餐廚垃圾制氫。

 

（3）電解水制氫：規(guī)模效應(yīng)尚未顯現(xiàn)，制氫成本最高。主要工藝方式有堿性電解、PEM電解兩條技術(shù)路線(xiàn)，對(duì)應(yīng)的制氫成本分別為2.16萬(wàn)元/噸、3.17萬(wàn)元/噸。當(dāng)前我國(guó)電解水制氫規(guī)模仍處于兆瓦級(jí)別，規(guī)模效應(yīng)尚未發(fā)揮，目前電解水制氫仍不具備經(jīng)濟(jì)性。

 

餐廚垃圾處置項(xiàng)目布局在加氫站附近可降低運(yùn)氫成本。根據(jù)《中國(guó)規(guī)模化氫能供應(yīng)鏈的經(jīng)濟(jì)性分析》，我國(guó)“干線(xiàn)門(mén)站”模式將會(huì)成為大規(guī)模輸氫的主導(dǎo)，即通過(guò)多重儲(chǔ)運(yùn)方式及管道輸氫，進(jìn)入城市后通過(guò)加氫站等完成“最后一公里”的運(yùn)輸。考慮到餐廚垃圾項(xiàng)目多布局在城市人口密集區(qū)，項(xiàng)目所在城市加氫站數(shù)量成為決定運(yùn)氫成本的重要因素。若餐廚垃圾處置項(xiàng)目當(dāng)?shù)丶託湔静季忠草^多，該類(lèi)項(xiàng)目的運(yùn)氫成本會(huì)明顯降低。

 

廣東省加氫站數(shù)量全國(guó)第一，山東、浙江、江蘇等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)位居其后。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在國(guó)家政策的重磅加碼下，截至2021年我國(guó)加氫站建成數(shù)量達(dá)230座，其中2021年新建數(shù)量達(dá)101座。分地域來(lái)看，廣東省加氫站數(shù)量位列第一，達(dá)45座；其次是山東、浙江及江蘇省。分規(guī)模來(lái)看，加注能力1000kg/日及以上、500-1000kg/日的加氫站分別占比32%、54%。根據(jù)加氫站加注能力的占比情況，截至2021年底，全國(guó)加氫站總加注能力為192噸/日。

 

 

1、氫能中長(zhǎng)期規(guī)劃推動(dòng)，餐廚垃圾制氫可成為“無(wú)廢城市”新路徑

 

氫能中長(zhǎng)期規(guī)劃推動(dòng)綠氫制備，餐廚垃圾制氫項(xiàng)目具備一定的成本優(yōu)勢(shì)。近日《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》發(fā)布，強(qiáng)調(diào)到2025年，可再生能源制氫量達(dá)到10——20萬(wàn)噸/年。氫能行業(yè)綱領(lǐng)性文件出臺(tái)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)可再生能源制氫（包括電解水、生物質(zhì)制氫等）為主攻制氫方向。餐廚垃圾制氫具備一定的成本優(yōu)勢(shì)，伴隨著2025年10-20萬(wàn)噸/年的可再生能源制氫空間將釋放，餐廚垃圾制氫有望占據(jù)一席之地。

 

海外餐廚垃圾制氫已有案例在先，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能緊隨其后。海外有技術(shù)路線(xiàn)更加成熟、產(chǎn)氫效率更高的應(yīng)用案例：美國(guó)Ways2H公司與日本藍(lán)色能源公司（JBEC）合作，在加州建立垃圾制氫工廠(chǎng)，采用獨(dú)創(chuàng)的氣化+碳捕捉方案，每天處理8-50噸垃圾，每噸垃圾平均產(chǎn)生40-50kg氫氣（約500m3氫氣），且整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)“負(fù)碳排放”。此外，Bayo Tech和IBMS集團(tuán)宣布達(dá)成協(xié)議，啟動(dòng)英國(guó)首個(gè)“餐廚垃圾→甲烷→氫氣”項(xiàng)目，項(xiàng)目日產(chǎn)氫氣1噸。

 

 

 

十四五期間為無(wú)廢城市的快速?gòu)?fù)制期，類(lèi)似餐廚垃圾制氫的賽道潛力將被不斷發(fā)掘，打開(kāi)固廢企業(yè)成長(zhǎng)天花板。2021年底18部委聯(lián)合印發(fā)《“十四五”時(shí)期“無(wú)廢城市”建設(shè)工作方案》，強(qiáng)調(diào)：

 

（1）大力推進(jìn)減量化、資源化、無(wú)害化，發(fā)揮減污降碳協(xié)同效應(yīng)；

 

（2）明確減污降碳協(xié)同增效為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的總抓手，在中國(guó)“30·60”雙碳目標(biāo)下減污與降碳同樣重要等。

 

在“無(wú)廢城市”一張網(wǎng)下，可綜合利用的城市固廢種類(lèi)眾多，既包括生活垃圾、餐廚垃圾、建筑垃圾，又涵蓋廢有色金屬、廢電子電器、報(bào)廢汽車(chē)、廢電池，廢塑料、危廢等。伴隨著“無(wú)廢城市”建設(shè)步入快速?gòu)?fù)制階段，類(lèi)似餐廚垃圾制氫的“小眾”賽道的潛力將被不斷發(fā)掘，進(jìn)一步打開(kāi)固廢及再生資源企業(yè)的成長(zhǎng)天花板。