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，如：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、1噸餐廚垃圾可產生69m3沼氣，最終可轉化為90m3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。

 

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。

 

 

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。本文旨在測算餐廚垃圾發電企業拓展至制氫項目的經濟性，假設制氫項目年產2200噸（即2447萬m3）氫氣，參考前文中提到的比例關系，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/m3，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。

 

 

當前制氫主流方式有煤制氫、天然氣制氫、電解水制氫、工業副產氫四種，根據《中國氫能產業發展（2020）》中的各類工藝制氫成本，我們比較發現，與天然氣制氫、電解水制氫、合成氨等工業副產氫方式相比，餐廚垃圾制氫成本（單噸成本1.55萬元/噸）優勢顯著：

 

（1）煤制氫、天然氣制氫：伴隨原材料價格上漲，制氫成本水漲船高。工藝成熟，制氫成本與煤價、天然氣價格掛鉤，而2021年以來，原料動力煤、天然氣價格大幅上漲，2種工藝的經濟性優勢被削弱。以2020-2022年至今的價格為基準，煤制氫、天然氣制氫的單噸制氫成本平均為1.08萬元/噸、2.02萬元/噸。

 

（2）工業副產氫：多為企業自用，整體成本高于餐廚垃圾制氫。指生產化工產品的同時得到氫氣，主要有焦爐煤氣、氯堿化工、輕烴利用、合成氨合成甲醇等，基本為企業自用，平均制氫成本在1.2萬元/噸——1.8萬元/噸不等，且大部分工業副產氫的成本均高于餐廚垃圾制氫。

 

（3）電解水制氫：規模效應尚未顯現，制氫成本最高。主要工藝方式有堿性電解、PEM電解兩條技術路線，對應的制氫成本分別為2.16萬元/噸、3.17萬元/噸。當前我國電解水制氫規模仍處于兆瓦級別，規模效應尚未發揮，目前電解水制氫仍不具備經濟性。

 

餐廚垃圾處置項目布局在加氫站附近可降低運氫成本。根據《中國規模化氫能供應鏈的經濟性分析》，我國“干線門站”模式將會成為大規模輸氫的主導，即通過多重儲運方式及管道輸氫，進入城市后通過加氫站等完成“最后一公里”的運輸。考慮到餐廚垃圾項目多布局在城市人口密集區，項目所在城市加氫站數量成為決定運氫成本的重要因素。若餐廚垃圾處置項目當地加氫站布局也較多，該類項目的運氫成本會明顯降低。

 

廣東省加氫站數量全國第一，山東、浙江、江蘇等經濟發達地區位居其后。統計數據顯示，在國家政策的重磅加碼下，截至2021年我國加氫站建成數量達230座，其中2021年新建數量達101座。分地域來看，廣東省加氫站數量位列第一，達45座；其次是山東、浙江及江蘇省。分規模來看，加注能力1000kg/日及以上、500-1000kg/日的加氫站分別占比32%、54%。根據加氫站加注能力的占比情況，截至2021年底，全國加氫站總加注能力為192噸/日。

 

 

1、氫能中長期規劃推動，餐廚垃圾制氫可成為“無廢城市”新路徑

 

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。近日《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。

 

 

 

十四五期間為無廢城市的快速復制期，類似餐廚垃圾制氫的賽道潛力將被不斷發掘，打開固廢企業成長天花板。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》，強調：

 

（1）大力推進減量化、資源化、無害化，發揮減污降碳協同效應；

 

（2）明確減污降碳協同增效為促進經濟社會發展全面綠色轉型的總抓手，在中國“30·60”雙碳目標下減污與降碳同樣重要等。

 

在“無廢城市”一張網下，可綜合利用的城市固廢種類眾多，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、報廢汽車、廢電池，廢塑料、危廢等。伴隨著“無廢城市”建設步入快速復制階段，類似餐廚垃圾制氫的“小眾”賽道的潛力將被不斷發掘，進一步打開固廢及再生資源企業的成長天花板。