垃圾制氫成為綠氫發展的一個新趨勢，目前，歐洲、美國、日本等地，突然流行垃圾制取氫氣，這是一種比“綠氫”更環保的方式，而且成本更低，在一些地方還能獲得額外的垃圾處理費，所以也可以稱為“零成本”制綠氫。
一噸垃圾產氫100公斤
垃圾發電耦合制氫，是在處理垃圾的過程中，直接對其進行熱解氣化，獲得氫氣。
根據盧森堡的一家科技公司創始人Jan Grimbrandt 介紹，利用垃圾耦合發電技術每噸廢棄物將產生大約100公斤的負碳氫氣，并且每噸所需的可再生電力只是水電解產生綠氫的六分之一。
垃圾制氫不僅可以解決城市垃圾問題，而且從制氫成本來看，也是比較低的。
垃圾制氫的經濟性評價包括制氫成本、設備折舊、稅金、人工以及各項稅費、合理利潤，目前每千克氫氣生產成本在合理的原材料價格和電價的前提下，煤制氫約10元/千克，天然氣、石腦油、重油、甲醇制氫約17元/千克，工業副產氫回收提純21元/千克，電解水制氫約30元/千克。
在不計算垃圾處理補貼的情況下，合成氣凈化、制備高純氫工段氫氣的制備成本為14.94元/千克，而在垃圾氣化工段，純氫制造成本為13.80元/千克。因此，生活垃圾制備高純氫氣的總生產成本約為28.74元/千克。在計算垃圾處理補貼的情況下，垃圾制氫的成本還會進一步下降。
廚余垃圾制氫成為新趨勢
另外，相較化石能源制氫，生活垃圾制氫的碳排放更低，環保效益顯著。餐廚垃圾制氫項目不斷推出，經濟性+減碳性兼備的再生資源新方向。2022年以來，各企業開展“餐廚垃圾制備氫氣”項目的消息不斷推出：
城康氫碳新材料在湖北襄陽投建“垃圾制氫+碳資源化”綠氫綠碳工廠，預計于年內建成;
瀚藍環境宣布年內將在佛山南海建設約2200噸/年的餐廚垃圾制氫項目等。
餐廚垃圾制備氫氣兼具經濟性及減碳性，是再生資源的重要細分領域;且“焚燒+”企業具備資金優勢和原材料成本優勢，若開拓該細分方向可為企業帶來增長新驅動。
“十四五”期間“無廢城市”建設需求釋放在即，餐廚垃圾制氫為重要細分方向，可打開固廢及再生再生資源企業成長天花板。2021年底，18部委聯合印發《“十四五”時期“無廢城市”建設工作方案》，“無廢城市”從2019年的11+5試點到2022年的百余座城市目標，隨之延伸出的環衛、再生資源、危廢等超萬億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“經濟性”與“減碳性”的新路徑，值得重點關注。“焚燒+”企業具備餐廚垃圾資源優勢及資金優勢，若能夠拓展制氫業務，其營收及業績可獲得新增長動能，打開成長天花板。
1噸餐廚垃圾可產生69立方米沼氣，最終可轉化為90立方米氫氣。
“餐廚垃圾發酵產生沼氣，沼氣提純制備氫氣”是較為主流的餐廚垃圾制氫工藝。根據《餐廚垃圾能源化研究進展》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酵法，主流工藝有2種：
兩步法：餐廚垃圾發酵先產生沼氣(同時會產生含量較低的氫氣，通常直接排放)，沼氣提純后再制備氫氣，該工藝產業化應用較多;
一步法：通過改變催化劑、反應條件、反應物配比等，餐廚垃圾厭氧發酵時盡可能多的同時產出氫氣及甲烷，但目前該工藝多停留在實驗室階段。
垃圾制氫收益超12%
1噸餐廚垃圾平均產生69立方米沼氣，按65%甲烷含量計算，對應約45立方米甲烷。根據《污泥餐廚垃圾不同混配比厭氧發酵產氫產甲烷》，餐廚垃圾的組成成分(如面食、蔬菜、肉類等占比)、污泥含量、含水量等均會影響厭氧發酵反應速率及產生的沼氣量。根據統計，市場上7個餐廚垃圾資源化項目平均來看，1噸餐廚垃圾對應產生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應產生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生2立方米氫氣，則1噸餐廚垃圾最終可轉化為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用的技術。其主要流程包括：原料氣預處理、蒸汽轉化、CO變換、氫氣提純。根據《天然氣制氫工藝介紹及成本分析》提到的實際運行情況，平均1立方米甲烷對應約產生2立方米氫氣。
即使氫價較去年下跌35%，項目內部收益率IRR仍超12%!
餐廚垃圾制氫項目經濟性測算：假設項目年產2200噸氫氣，對應餐廚垃圾處置產能為740噸/日。假設制氫項目年產2200噸(即2447萬m3)氫氣，該制氫項目約需要27萬噸/年的餐廚垃圾量(即產能為740噸/日的項目運行365天)。各個費用估算結果如下：
初始投資：測算項目初始總投資約9421萬元。僅考慮“沼氣制氫”階段的投資額，根據《沼氣制氫工藝技術研究》、《天然氣制氫工藝介紹及成本分析》，產氫1575噸/年的項目(假設2000m3/小時的制氫項目運行24h×365天)對應的總投資額約為6745萬元。基于此，2200噸/年的制氫項目需要的總投資約為9421萬元。
成本端：餐廚垃圾制氫單噸氫氣對應的成本為1.55萬元/噸，其中折舊/能源消耗/直接人工/發電成本分別占18%/28%/6%/48%。從單噸制氫成本來看，折舊、能源消耗、直接人工、發電成本分別為2855、4348、909、7390元/噸，合計單噸制氫成本為1.55萬元/噸。
費用端：單噸制氫費用合計為2835元/噸。包括財務費用、銷售、管理、研發費用等。單噸制氫費用合計為2835元/噸，財務、銷售、管理、研發費用分別占比7%、19%、50%、24%。
若未來氫價在2021年均價基礎上下跌35%，餐廚垃圾制氫項目IRR仍可達12.6%。根據百川盈孚數據，2021年中國高純氫全年均價為3.25元/立方米，以此為樂觀情景下的氫氣價格。考慮到未來氫氣市場價回落、或伴隨技術突破氫能走向平價，中性、悲觀的氫氣價格分別為樂觀情景下的65%、55%。在中性情況下，2200噸/年餐廚垃圾制氫項目的收入約5170萬元/年，毛利率、凈利率分別為34.1%、16.2%，項目IRR為12.6%。考慮到當前氫能技術出現實質性突破仍需時間，預計氫能價格在2022年的基礎上大幅下跌的可能性較小，同時伴隨項目規模擴大，成本端規模效應將逐漸凸顯。
各國都在積極布局垃圾制氫
近日，英國政府公布了一個最新的政府資助項目：提供500萬英鎊初期資金，支持高等院校、科研機構以及初創企業進行新技術研發，發展可回收生物質制氫和垃圾制氫。與此同時，日本汽車制造商豐田、工業氣體生產商巖谷徹和工程設計公司JGC也宣布，將合作研究塑料垃圾制氫技術，推動可持續氫經濟發展。
實際上，不僅英國，在過去的數年里，中國、美國、日本、德國等國都已經開始嘗試商業化垃圾制氫項目。上述由日本豐田、巖谷徹等公司合作投資的垃圾制氫項目就計劃使用居民和工業塑料垃圾，到2025年建成一座清潔制氫工廠。另外，法國巴黎地區也已經規劃了一座垃圾制氫工廠，計劃氫氣產能為500千克/日，預計到2022年底正式投產。
中國企業也成為了垃圾制氫領域的“先行者”。2021年9月，東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司與重慶市潼南區人民政府簽訂了垃圾發電耦合制氫及氫能示范項目合作意向書，將環保和氫能結合到一起，建成后有望成為中國首個商業化垃圾制氫示范項目。
氫能中長期規劃推動綠氫制備，餐廚垃圾制氫項目具備一定的成本優勢。今年3月底《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》發布，強調到2025年，可再生能源制氫量達到10~20萬噸/年。
氫能行業綱領性文件出臺，重點強調可再生能源制氫(包括電解水、生物質制氫等)為主攻制氫方向。餐廚垃圾制氫具備一定的成本優勢，伴隨著2025年10-20萬噸/年的可再生能源制氫空間將釋放，餐廚垃圾制氫有望占據一席之地。
海外餐廚垃圾制氫已有案例在先，國內產能緊隨其后。海外有技術路線更加成熟、產氫效率更高的應用案例：美國Ways2H公司與日本藍色能源公司(JBEC)合作，在加州建立垃圾制氫工廠，采用獨創的氣化+碳捕捉方案，每天處理8-50噸垃圾，每噸垃圾平均產生40-50kg氫氣(約500m3氫氣)，且整個過程實現“負碳排放”。此外，Bayo Tech和IBMS集團宣布達成協議，啟動英國首個“餐廚垃圾→甲烷→氫氣”項目，項目日產氫氣1噸。
值得注意的是，在德國、日本、美國等國家，生活垃圾熱解氣化技術的應用已經從中溫氣化發展到了環保性更好的高溫氣化，而熱解氣化技術在國內還不夠成熟，產業化應用仍處于起步階段，需要持續關注。
素材來源：廣發證券、中國能源報等
