2021年7月，歐洲最大的質子膜交換電解（PEM）制氫項目在德國科隆市萊茵煉廠（REFHYNE）投運，該項目裝配了由ITM Power提供的10MW級PEM電解槽，每年可生產(chǎn)多達1300噸的綠氫，同時該項目還將擴產(chǎn)至100MW的第二期工程規(guī)劃提上日程。
“綠色氫氣”作為實現(xiàn)氣候目標的新興領域，正成為行業(yè)焦點。截止2020年底，全球已有約70個在建的綠氫項目。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、經(jīng)濟和政策等方面的挑戰(zhàn)。氫能產(chǎn)業(yè)在制氫、分銷（儲運、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)濟可行性并實現(xiàn)商業(yè)規(guī)?；瘧?。
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《氫能的綠色科技機遇》，詳細分析了綠氫產(chǎn)業(yè)鏈特點，并指出了各細分領域的發(fā)展機遇及挑戰(zhàn)。本文結合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、競爭格局進行梳理，希望能夠幫助有意或已經(jīng)進入該領域的企業(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)常以顏色進行區(qū)分，諸如灰氫、藍氫、綠氫。其中，滿足低碳氫的碳排放閾值的氫氣同時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)應用端減排潛力最大的領域為冶金和交通。根據(jù)評估，到2050年，清潔氫氣通過在化工、交通、制造業(yè)等領域的應用，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年全部綠色技術減排量的15%左右。在眾多終端應用領域中，冶金領域氫氣煉鋼、交通領域的地面交通燃料電池和合成燃料的應用的減排量最大，三大應用領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。
電解水制氫技術主要分為堿性水電解槽（ALK）、質子交換膜水電解槽（PEM）和固體氧化物水電解槽（SOE）三類。三種技術的原理及技術特點見圖表3。
電解制氫設備居高不下主要包括以下原因：
電解槽中的關鍵組件（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、陽極側為銥或釕的材料。各大研究機構正在探索如何在減少所需貴金屬量的情況下，保持設備的耐用性。
電解槽設備制造成本較高。電解槽制造所需精度高，自動化程度低，且缺乏相應的質量標準，這使得設備的制造成本較高。
電解水制氫項目規(guī)模小，輔助系統(tǒng)成本較高。完整的電解制氫系統(tǒng)除了電解槽設備還需要大量外圍輔助設備系統(tǒng)（包括壓縮機、泵、緩沖罐、冷卻設施等），目前單個項目的電解制氫裝機容量相對較小，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動力。根據(jù)BCG的測算，如果電解槽設備產(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準化，就可將制造堿性水電解槽設備的成本降低30~40%，并將外圍設備成本減少20~30%，這樣整個系統(tǒng)的成本將降至280~350美元/kW。而對于PEM電解槽，則需要將設備成本下降40~50%，外圍設備成本下降20~30%，才能將整個系統(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備未來的投資方向。例如通過改進材料可以將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)，同時也創(chuàng)造了巨大的投資空間。根據(jù)BCG的預測，到2050年，全球綠氫產(chǎn)業(yè)鏈中每個環(huán)節(jié)所需的設備和組件投資總需求將達到2000億美元/年，其中電解水制氫及外圍輔助系統(tǒng)的設備及組件投資需求最高，達到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，全球目前僅電解槽設備的活躍供應商就超百家，其中2/3是2020年剛剛進入該領域的。另外，目前活躍的電解槽設備制造企業(yè)中，有將近半數(shù)聚焦發(fā)展PEM設備。眾多公司選擇PEM技術路線，也說明業(yè)內(nèi)普遍認可PEM是最有前景的電解水制氫技術。
總而言之，由于氫能市場細分程度高，并且在商業(yè)模式、技術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)進入或計劃進入氫能市場的企業(yè)需要確保擁有核心專業(yè)技術，并基于技術、市場、區(qū)域等多種因素綜合考慮，制定合理的市場進入策略。
企業(yè)進入綠氫市場的建議
目前，在氫能領域出現(xiàn)了眾多合作伙伴和合資企業(yè)，每個合作伙伴的發(fā)展領域和戰(zhàn)略目標都不盡相同，總結起來可大體分為以下四類：
優(yōu)勢互補聯(lián)手擴大規(guī)模。這種模式主要是相同應用領域中互補組件制造商之間為了擴大規(guī)模而進行的合作。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)。
能力互補合作，構建完整系統(tǒng)。不同領域制造商還可以聯(lián)合起來利用其互補能力構建完整的制造體系。一般是相關行業(yè)內(nèi)的老牌公司通過與氫能價值鏈中的零部件供應商合作，以獲得專有技術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相結合。
多方合作構建價值鏈網(wǎng)絡。兩個或多個參與者可以形成類似財團的合作伙伴關系，以提供價值鏈上的各種互聯(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設施。
創(chuàng)建本地網(wǎng)絡。燃料電池等設備制造商可以與客戶合作建立獨立的、以本地客戶為中心的網(wǎng)絡。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。
因此以持續(xù)穩(wěn)定增長為目標的公司應專注于氫能產(chǎn)業(yè)鏈中最有前景的環(huán)節(jié)。尤其是具有核心技術的特定組件（例如閥門）供應商和完整系統(tǒng)（例如電解槽設備、加氫站或移動應用）供應商。而首次進入氫能市場的公司則應盡快尋找潛在合作伙伴并進行投資或并購活動。
因此，氫促會建議已經(jīng)進入氫能產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，應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提升，最大限度的降低成本并提高單個組件的效率；另一方面，企業(yè)可以在服務上力求卓越。目前“設備即服務”等新型商業(yè)模式正在探索中。例如，有企業(yè)計劃按小時出租氫動力卡車，還有企業(yè)正在為配送中心運營商開發(fā)提供用于叉車的燃料電池及加氫基礎設備和服務的集成解決方案。
可以預計，這些新型運營模式的探索應用將為氫能產(chǎn)業(yè)注入新的活力。
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