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厨余垃圾大用途,用来制氢收益率超12%!

日期:2022-05-12    来源:国际能源网/氢能汇

能源财经

2022
05/12
17:03
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关键词: 垃圾发电 垃圾制氢 垃圾耦合发电技术

垃圾制氢成为绿氢发展的一个新趋势,目前,欧洲、美国、日本等地,突然流行垃圾制取氢气,这是一种比“绿氢”更环保的方式,而且成本更低,在一些地方还能获得额外的垃圾处理费,所以也可以称为“零成本”制绿氢。

一吨垃圾产氢100公斤

垃圾发电耦合制氢,是在处理垃圾的过程中,直接对其进行热解气化,获得氢气。

根据卢森堡的一家科技公司创始人Jan Grimbrandt 介绍,利用垃圾耦合发电技术每吨废弃物将产生大约100公斤的负碳氢气,并且每吨所需的可再生电力只是水电解产生绿氢的六分之一。

垃圾制氢不仅可以解决城市垃圾问题,而且从制氢成本来看,也是比较低的。

垃圾制氢的经济性评价包括制氢成本、设备折旧、税金、人工以及各项税费、合理利润,目前每千克氢气生产成本在合理的原材料价格和电价的前提下,煤制氢约10元/千克,天然气、石脑油、重油、甲醇制氢约17元/千克,工业副产氢回收提纯21元/千克,电解水制氢约30元/千克。

在不计算垃圾处理补贴的情况下,合成气净化、制备高纯氢工段氢气的制备成本为14.94元/千克,而在垃圾气化工段,纯氢制造成本为13.80元/千克。因此,生活垃圾制备高纯氢气的总生产成本约为28.74元/千克。在计算垃圾处理补贴的情况下,垃圾制氢的成本还会进一步下降。

厨余垃圾制氢成为新趋势

另外,相较化石能源制氢,生活垃圾制氢的碳排放更低,环保效益显著。餐厨垃圾制氢项目不断推出,经济性+减碳性兼备的再生资源新方向。2022年以来,各企业开展“餐厨垃圾制备氢气”项目的消息不断推出:

城康氢碳新材料在湖北襄阳投建“垃圾制氢+碳资源化”绿氢绿碳工厂,预计于年内建成;

瀚蓝环境宣布年内将在佛山南海建设约2200吨/年的餐厨垃圾制氢项目等。

餐厨垃圾制备氢气兼具经济性及减碳性,是再生资源的重要细分领域;且“焚烧+”企业具备资金优势和原材料成本优势,若开拓该细分方向可为企业带来增长新驱动。

“十四五”期间“无废城市”建设需求释放在即,餐厨垃圾制氢为重要细分方向,可打开固废及再生再生资源企业成长天花板。2021年底,18部委联合印发《“十四五”时期“无废城市”建设工作方案》,“无废城市”从2019年的11+5试点到2022年的百余座城市目标,随之延伸出的环卫、再生资源、危废等超万亿元的综合固废需求有望全面释放。其中餐厨垃圾制氢为兼具“经济性”与“减碳性”的新路径,值得重点关注。“焚烧+”企业具备餐厨垃圾资源优势及资金优势,若能够拓展制氢业务,其营收及业绩可获得新增长动能,打开成长天花板。

1吨餐厨垃圾可产生69立方米沼气,最终可转化为90立方米氢气。

“餐厨垃圾发酵产生沼气,沼气提纯制备氢气”是较为主流的餐厨垃圾制氢工艺。根据《餐厨垃圾能源化研究进展》及《厌氧消化处理餐厨垃圾工艺》,餐厨垃圾制备氢气主要采用厌氧发酵法,主流工艺有2种:

两步法:餐厨垃圾发酵先产生沼气(同时会产生含量较低的氢气,通常直接排放),沼气提纯后再制备氢气,该工艺产业化应用较多;

一步法:通过改变催化剂、反应条件、反应物配比等,餐厨垃圾厌氧发酵时尽可能多的同时产出氢气及甲烷,但目前该工艺多停留在实验室阶段。

垃圾制氢收益超12%

1吨餐厨垃圾平均产生69立方米沼气,按65%甲烷含量计算,对应约45立方米甲烷。根据《污泥餐厨垃圾不同混配比厌氧发酵产氢产甲烷》,餐厨垃圾的组成成分(如面食、蔬菜、肉类等占比)、污泥含量、含水量等均会影响厌氧发酵反应速率及产生的沼气量。根据统计,市场上7个餐厨垃圾资源化项目平均来看,1吨餐厨垃圾对应产生69立方米沼气。考虑到沼气中甲烷含量一般为50%-80%,若取平均值65%,1吨餐厨垃圾最终可对应产生45立方米甲烷。

甲烷制氢多采用蒸汽重整法,1立方米甲烷平均约产生2立方米氢气,则1吨餐厨垃圾最终可转化为90立方米氢气。甲烷蒸汽重整法(SMR)是目前甲烷制氢最为广泛应用的技术。其主要流程包括:原料气预处理、蒸汽转化、CO变换、氢气提纯。根据《天然气制氢工艺介绍及成本分析》提到的实际运行情况,平均1立方米甲烷对应约产生2立方米氢气。

即使氢价较去年下跌35%,项目内部收益率IRR仍超12%!

餐厨垃圾制氢项目经济性测算:假设项目年产2200吨氢气,对应餐厨垃圾处置产能为740吨/日。假设制氢项目年产2200吨(即2447万m3)氢气,该制氢项目约需要27万吨/年的餐厨垃圾量(即产能为740吨/日的项目运行365天)。各个费用估算结果如下:

初始投资:测算项目初始总投资约9421万元。仅考虑“沼气制氢”阶段的投资额,根据《沼气制氢工艺技术研究》、《天然气制氢工艺介绍及成本分析》,产氢1575吨/年的项目(假设2000m3/小时的制氢项目运行24h×365天)对应的总投资额约为6745万元。基于此,2200吨/年的制氢项目需要的总投资约为9421万元。

成本端:餐厨垃圾制氢单吨氢气对应的成本为1.55万元/吨,其中折旧/能源消耗/直接人工/发电成本分别占18%/28%/6%/48%。从单吨制氢成本来看,折旧、能源消耗、直接人工、发电成本分别为2855、4348、909、7390元/吨,合计单吨制氢成本为1.55万元/吨。

费用端:单吨制氢费用合计为2835元/吨。包括财务费用、销售、管理、研发费用等。单吨制氢费用合计为2835元/吨,财务、销售、管理、研发费用分别占比7%、19%、50%、24%。

若未来氢价在2021年均价基础上下跌35%,餐厨垃圾制氢项目IRR仍可达12.6%。根据百川盈孚数据,2021年中国高纯氢全年均价为3.25元/立方米,以此为乐观情景下的氢气价格。考虑到未来氢气市场价回落、或伴随技术突破氢能走向平价,中性、悲观的氢气价格分别为乐观情景下的65%、55%。在中性情况下,2200吨/年餐厨垃圾制氢项目的收入约5170万元/年,毛利率、净利率分别为34.1%、16.2%,项目IRR为12.6%。考虑到当前氢能技术出现实质性突破仍需时间,预计氢能价格在2022年的基础上大幅下跌的可能性较小,同时伴随项目规模扩大,成本端规模效应将逐渐凸显。

各国都在积极布局垃圾制氢

近日,英国政府公布了一个最新的政府资助项目:提供500万英镑初期资金,支持高等院校、科研机构以及初创企业进行新技术研发,发展可回收生物质制氢和垃圾制氢。与此同时,日本汽车制造商丰田、工业气体生产商岩谷彻和工程设计公司JGC也宣布,将合作研究塑料垃圾制氢技术,推动可持续氢经济发展。

实际上,不仅英国,在过去的数年里,中国、美国、日本、德国等国都已经开始尝试商业化垃圾制氢项目。上述由日本丰田、岩谷彻等公司合作投资的垃圾制氢项目就计划使用居民和工业塑料垃圾,到2025年建成一座清洁制氢工厂。另外,法国巴黎地区也已经规划了一座垃圾制氢工厂,计划氢气产能为500千克/日,预计到2022年底正式投产。

中国企业也成为了垃圾制氢领域的“先行者”。2021年9月,东方电气集团东方锅炉股份有限公司与重庆市潼南区人民政府签订了垃圾发电耦合制氢及氢能示范项目合作意向书,将环保和氢能结合到一起,建成后有望成为中国首个商业化垃圾制氢示范项目。

氢能中长期规划推动绿氢制备,餐厨垃圾制氢项目具备一定的成本优势。今年3月底《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》发布,强调到2025年,可再生能源制氢量达到10~20万吨/年。

氢能行业纲领性文件出台,重点强调可再生能源制氢(包括电解水、生物质制氢等)为主攻制氢方向。餐厨垃圾制氢具备一定的成本优势,伴随着2025年10-20万吨/年的可再生能源制氢空间将释放,餐厨垃圾制氢有望占据一席之地。

资料来源广发证券

海外餐厨垃圾制氢已有案例在先,国内产能紧随其后。海外有技术路线更加成熟、产氢效率更高的应用案例:美国Ways2H公司与日本蓝色能源公司(JBEC)合作,在加州建立垃圾制氢工厂,采用独创的气化+碳捕捉方案,每天处理8-50吨垃圾,每吨垃圾平均产生40-50kg氢气(约500m3氢气),且整个过程实现“负碳排放”。此外,Bayo Tech和IBMS集团宣布达成协议,启动英国首个“餐厨垃圾→甲烷→氢气”项目,项目日产氢气1吨。

值得注意的是,在德国、日本、美国等国家,生活垃圾热解气化技术的应用已经从中温气化发展到了环保性更好的高温气化,而热解气化技术在国内还不够成熟,产业化应用仍处于起步阶段,需要持续关注。

素材来源:广发证券、中国能源报等

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