煤炭行業(yè)氫能專題之一：工業(yè)用氫端及綠色轉(zhuǎn)型之路

證券研究報告相關(guān)研究《利好政策頻出，板塊基本面平穩(wěn)》《寒潮疊加事故，煤焦價格企穩(wěn)》市場表現(xiàn)煤炭煤炭海通綜指9.44%3.88%-1.68%-7.24%-12.81%2023/22023/52023/82023/11氫能專題之一：工業(yè)用氫端及綠色轉(zhuǎn)型之路.工業(yè)用氫：NZE情景下至2030年工業(yè)用氫量有望達(dá)7000萬噸，目前需求最大的領(lǐng)域為合成氨（50%）、甲醇（45%）和鋼鐵冶金（10%）。2022年全球工業(yè)用氫量約5300萬噸，同比+2%。碳中和（NZE）情景下，2030年全球工業(yè)用氫量要增長到7000萬噸，即未來幾年的氫氣產(chǎn)量年復(fù)合增長率要達(dá)到4%，（過去四年僅2%）。目前全球已經(jīng)有超過60萬噸工業(yè)用低碳?xì)漤椖浚饕性跉W洲（40%）、中國（28%）和中東（24%）。目前主要地區(qū)的支持政策包括：1）日本：致力于全面推進(jìn)氫、氨供應(yīng)鏈建設(shè)，計劃到2030年實現(xiàn)火電20%摻氨燃燒，計劃在未來15年公私共同投資15萬億日元推廣氫能應(yīng)用。2）韓國：將2022年作為氫氣氨氣發(fā)電元年，宣布投入400億韓元用于有關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。3）歐盟：修訂版《可再生能源指令》提出到2030年可再生能源消費比例達(dá)到42.5%，其中工業(yè)用氫中提出42%為綠氫的約束性目標(biāo)，并且對綠氫設(shè)定了嚴(yán)格的定義，涵蓋時間相關(guān)性和地理相關(guān)性。.氫制合成氨：合成氨位居我國化工行業(yè)碳排放首位，綠氨成本下降仍需要綠電成本的降低，摻氨混燃有望打開綠氨消費場景。1）市場和應(yīng)用：氨是世界上生產(chǎn)及應(yīng)用最廣泛的化學(xué)品之一，目前80%以上用于生產(chǎn)化肥。我國是最大的合成氨市場，產(chǎn)量約占全球的30%，消費主要用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、儲能。2）成本平價：目前綠氨成本（720-1400美元/噸）相較灰氨（110-340美元/噸）不具備競爭優(yōu)勢，到2030年有望實現(xiàn)平價，主要受益于可再生電力和電解槽成本的下降，以及Haber-Bosch過程效率的提升。3）規(guī)劃項目：北美、非洲、澳大利亞在清潔氨生產(chǎn)方面較為領(lǐng)先和積極，目前清潔氨項目合計產(chǎn)能約600萬噸。.氫制甲醇：甲醇為重要的工業(yè)原料和能源載體，有望成為代替燃油的碳中性基石能源。1）市場：2019年全球甲醇需求量約9800萬噸，其中約2/3主要用于生產(chǎn)如甲醛、乙酸和塑料其他化學(xué)品，其余用于車輛、船舶等燃料。2）成本平價：與目前的天然氣（100-200美元/噸）和煤制甲醇（150-250美元/噸）成本相比，綠色甲醇的生產(chǎn)成本相對較高（約800-1600美元/噸），未來有望下降至250-630美元/噸。甲醇相較多數(shù)石油燃料在能源含量方面已經(jīng)具備競爭力。3）需求潛力：IRENA估計到2050年綠色甲醇需求量有望達(dá)2.5億噸，對應(yīng)需要建設(shè)約280家產(chǎn)能為2500噸/天的甲醇工廠以及280GW的電解槽容量。.氫基煉鋼：氫提供生產(chǎn)近乎零碳鋼鐵的方法，可以作為高熱燃料和原料。1）工藝路線：氫提供了一種生產(chǎn)近乎零碳鋼鐵的方法，即使灰氫煉鋼（1.87kgCO2/kg鋼）的碳排放量較傳統(tǒng)的煤基煉鋼（0.7kgCO2/kg鋼）也低很多。2）需求潛力：根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2060年，在鋼鐵行業(yè)中，被用作高熱燃料和原料的氫氣需求將分別達(dá)2000萬噸和1500萬噸。2022年12月河鋼集團(tuán)完成全球首例采用“焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)的氫冶金工程。.煉油用氫：NZE情景下到2030年全球煉油用氫量或低于3500萬噸，且低碳?xì)鋪碓凑急瘸?5%（其中綠氫：藍(lán)氫=2：1），目前已宣布項目產(chǎn)氫量僅占NZE情景要求的約25%。1）應(yīng)用場景：目前氫氣主要用在煉油工藝中的催化裂化和熱裂化過程，以降低有害雜質(zhì)和溫室氣體排放。2022年全球煉油用氫4100萬噸，增長主要來自北美和中東地區(qū)（約3/4），其中低碳?xì)湔急炔坏?%。2）在建綠氫煉化項目：中石化新疆庫車綠氫示范項目（我國首個萬噸級綠氫煉化項目）、歐洲REFHYNE2項目（將在德國的能源和化工園區(qū)運營歐洲最大的綠氫PEM電解槽）、丹麥HySynergy項目（歐盟的綠氫旗艦項目）等。3）成本平價：煉油工藝新增CCUS設(shè)施的成本為0.25~0.5美元/桶，高于目前的碳價（0~0.1美元/桶這使得煉油廠更傾向于支付碳稅而非安裝CCUS設(shè)備。因此未來大規(guī)模推廣仍然需要大量政府補(bǔ)貼。.風(fēng)險提示。下游需求不及預(yù)期，政策推動不及預(yù)期。2行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)2 1.工業(yè)用氫 61.1工業(yè)用氫量 61.2工業(yè)用低碳?xì)漤椖?61.2.1建設(shè)中項目 61.2.2新宣布項目 91.3應(yīng)用場景 1.3.1氫制合成氨 1.3.2氫制甲醇 1.3.3氫基煉鋼 1.4政策 1.4.1日本：積極開發(fā)氫基煉鋼、摻氨混燃技術(shù)，全面推進(jìn)氫氨供應(yīng)鏈建設(shè)191.4.2韓國：加強(qiáng)電力國企和民企合作，成立官方綠氨理事會 201.4.3歐盟：RED提出42%工業(yè)綠氫比例約束性目標(biāo) 211.4.4中國：促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)與綠氫項目耦合 232.煉油用氫 232.1當(dāng)前使用現(xiàn)狀 242.1.1目前主要在建項目 252.2未來需求潛力 262.3煉油用氫平價情況 273.風(fēng)險提示 273行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)3 圖12019-2030年工業(yè)用氫需求量分行業(yè) 6圖22019-2030年工業(yè)用氫需求量分來源 6圖3OCI有望在荷蘭Delfzijl發(fā)展可持續(xù)甲醇 7圖4OCI將擴(kuò)大其在美國的綠色甲醇產(chǎn)能 7圖5H2GreenSteel加入指數(shù)路線圖倡議 7圖6H2GreenSteel和RobaMetals簽訂7年綠色鋼鐵協(xié)議 7圖7Yara計劃通過CCS減少氨生產(chǎn)的碳排放 9圖8普拉格能源計劃在芬蘭建設(shè)三個綠氫工廠 9圖91900-2020年全球氨需求量 圖102000-2020年全球氨需求用途 圖112020-2050年中國合成氨消費量及預(yù)測（百萬噸） 圖122020年中國化工產(chǎn)業(yè)不同行業(yè)碳排放量（千萬噸） 圖13綠氨生產(chǎn)過程 圖142023-2030年已宣布的綠氨出口量（百萬噸） 圖15目前全球合成氨終端產(chǎn)能（千噸） 圖16目前和未來綠氨和灰氨生產(chǎn)成本對比 圖17不同化石燃料生產(chǎn)氨的成本對比 圖18目前和未來綠氨和灰氨生產(chǎn)成本對比 圖192050年可再生氨生產(chǎn)成本熱力圖 圖20綠色甲醇產(chǎn)業(yè)鏈圖 圖212001-2019年全球甲醇的需求和生產(chǎn)能力 圖222019年全球甲醇需求 圖23甲醇成本與氫氣和CO2成本的關(guān)系 圖24生物甲醇和綠色甲醇當(dāng)前和未來生產(chǎn)成本 圖25可再生甲醇與其他燃料的單位能源價格比較 圖26冰島CRI的GeorgeOlah可再生CO2制甲醇工廠 圖27可再生甲醇產(chǎn)量預(yù)測 圖28煤基煉鋼和氫基煉鋼的三種鋼鐵生產(chǎn)技術(shù) 圖29不同煉鋼技術(shù)生產(chǎn)一公斤鋼的碳排放量 圖30不同鋼水生產(chǎn)工藝路線二氧化碳排放量的比較 4行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)4圖31Midrex工藝流程圖 圖32HYL-III工藝流程圖 圖33日本氫氣氨氣發(fā)展道路 圖34烘焙廠能源流向示意圖 20圖35工廠生產(chǎn)流程中引進(jìn)氫氣示意圖 20圖36JERA凈零碳排放路線圖 20圖37韓國成立綠氨組織聯(lián)盟 21圖38零碳氨的生產(chǎn)和使用 21圖39歐盟各行業(yè)可再生能源目標(biāo) 22圖40石油產(chǎn)品中的含硫量 23圖412019-2030年全球煉油用氫量分區(qū)域 24圖422019-2030年全球煉油用氫量分來源 24圖432018年全球及美國、歐洲、中國煉油用氫來源 24圖44催化重整流程圖 25圖45歐洲REFHYNE2項目示意圖 25圖46中石化新疆庫車綠氫示范項目 26圖47歐洲REFHYNE2項目工廠 26圖482020-2030年全球煉油用低碳綠氫量（百萬噸） 26圖492020-2030年全球煉油用低碳藍(lán)氫量（百萬噸） 26圖502030年不同地區(qū)使用與不使用CCUS的天然氣制氫成本 275行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)5表目錄表1全球典型綠色甲醇項目 8表2全球典型綠氨項目 8表3中國新宣布?xì)淠茼椖窟M(jìn)展 9表4國內(nèi)CO2加氫制甲醇技術(shù)開發(fā)進(jìn)展 表5高爐富氫技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用 表6歐盟RED對綠氫額外性的定義 22表7我國綠氫與煤化工耦合發(fā)展政策 236行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)62022年全球工業(yè)用氫量約5300萬噸（同比+2%），主要用于合成氨（60%）、甲醇（30%）、鋼鐵冶金（10%）領(lǐng)域。2022年全球工業(yè)用氫量約5300萬噸，同比增長2%，其中60%用于合成氨，30%用于甲醇，10%用于鋼鐵冶金DRI工藝。分地域來看，歐洲因為2022年俄烏沖突導(dǎo)致氨的產(chǎn)量下滑20%，從而使得歐洲地區(qū)工業(yè)用氫量下滑18%。在2022年中期，氨的價格相比2020年平均水平飆升6倍，然而23H1下滑至疫情前水平。NZE情景下，2030年全球工業(yè)用氫量要增長到7000萬噸，即未來幾年復(fù)合增長率要達(dá)到4%。碳中和（NZE）情景下，2030年全球工業(yè)用氫量要增長到7000萬噸，這意味著未來幾年的氫氣產(chǎn)量年復(fù)合增長率要達(dá)到4%，而過去四年的年均復(fù)合增長率僅為2%。此外，為達(dá)到降碳目標(biāo)，到2030年工業(yè)用氫量的約1/3需要為低碳來源，這意味著大部分新增氫的產(chǎn)量都要為低碳?xì)洹Ｄ壳坝谐^60萬噸工業(yè)用低碳?xì)漤椖空诮ㄔO(shè)中或已經(jīng)宣布，主要集中在歐洲（40%）、中國（28%）和中東（24%）地區(qū)。目前全球范圍內(nèi)建設(shè)中的主要項目包括：中國：位于包頭達(dá)茂旗的國際氫能冶金化工產(chǎn)業(yè)示范項目，項目總投資400億元，由水木明拓氫能源科技有限公司投資建設(shè)，建設(shè)年產(chǎn)30萬噸新能源制氫、120萬噸綠氨、110萬噸氫直接還原鐵及配套建設(shè)500萬千瓦風(fēng)力發(fā)電綠色冶金化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)。項目包括50萬千瓦風(fēng)電，5.8萬標(biāo)方/小時制氫站（2.8萬噸/年）、75噸/小時合成無碳燃料（綠氨39萬噸/年）生產(chǎn)線。配套建設(shè)0.5萬千瓦屋頂光伏，電化學(xué)75MW/150MWh（2h儲氫30000Nm3（2h）。美國：2022年9月，埃及歐瑞斯克姆建筑工業(yè)集團(tuán)（OCI）宣布和Navigator以及Enerflex達(dá)成合作，對位于美國愛荷華州的氨肥廠進(jìn)行碳捕捉和隔離，項目計劃于2025Q1竣工，第一階段有望實現(xiàn)降低40%的碳排放量。2023年9月，OCI和總7行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)7部位于紐約的能源公司NewFortressEnergy簽署了美國首個綠氫收購協(xié)議，將使用其在德克薩斯州ZeroPark1項目生產(chǎn)的所有綠氫（使用PEM電解槽200MW第一階段到2025年在位于德克薩斯州Beaumont工廠年產(chǎn)8萬噸綠氨，第二階段從2026年開始將增加到年產(chǎn)16萬噸。瑞典：瑞典綠色鋼鐵公司（H2GreenSteel）在2023年歐洲最大的私募中通過股權(quán)融資約15億歐元，將用于建設(shè)該公司位于瑞典博登（Boden）的大型綠色鋼鐵廠和歐洲第一座千兆級電解槽。該項目將通過歐洲最大的電解槽生產(chǎn)綠氫，然后在鋼材的生產(chǎn)過程中使用氫氣替代煤炭，將于2025年底投產(chǎn)，全生產(chǎn)流程大約可以減少至高95%的二氧化碳排放。2023年9月，瑞典綠色鋼鐵公司先后和宜家、沃爾沃簽訂提供綠色鋼鐵協(xié)議；10月和荷蘭的RobaMetals簽訂為期7年的提供綠色鋼鐵的協(xié)議。印度：2022年8月，印度綠色氫解決方案的初創(chuàng)公司Hygenco與全球最大的不銹鋼集團(tuán)之一JindalStainless（JSL）簽署了印度首個綠色氫長期承購協(xié)議，Hygenco將建造、擁有、運營綠色氫能設(shè)施20年。2023年10月，印度光學(xué)儀器公司STL（NSE:STLTECH）規(guī)劃印度首批實現(xiàn)綠氫工業(yè)應(yīng)用的項目，和Hygenco合作實現(xiàn)綠氫的供應(yīng)。埃及：埃及國有石油公司埃及亞歷山大國家煉油石化公司已經(jīng)與挪威可再生能源開發(fā)商斯卡泰克公司達(dá)成合作協(xié)議，計劃在埃及達(dá)米埃塔港口建立一座綠色甲醇生產(chǎn)工廠，預(yù)計每年能夠生產(chǎn)4萬噸綠色甲醇。下一步年產(chǎn)能可提高至20萬噸。根據(jù)埃及石油與礦業(yè)資源部公開發(fā)布的聲明，該綠色甲醇生產(chǎn)項目將配套建設(shè)發(fā)電容量為4萬千瓦的光伏電站和12萬千瓦的風(fēng)電場，再配套建設(shè)一座海水淡化廠和甲醇燃料儲存站，并將配備裝機(jī)容量為60兆瓦的綠氫產(chǎn)能。8行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)8備注備注目目零碳產(chǎn)業(yè)園體化項目9行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)9芬蘭：規(guī)劃三個綠氫項目用于生產(chǎn)綠氨和綠色鋼鐵，使用普拉格能源的PEM電解槽，目標(biāo)到2030年裝機(jī)量2.2GW。利用芬蘭當(dāng)?shù)刎S富的核能、風(fēng)能、水電資源，目標(biāo)到2030年電解槽裝機(jī)量達(dá)到2.2GW，實現(xiàn)綠氫產(chǎn)量85噸/天。運用普拉格的PEM電解槽和液化技術(shù)，實現(xiàn)綠氫的生產(chǎn)，用于生產(chǎn)綠氨和DRI綠色鋼鐵。其中規(guī)劃有三個綠氫項目：1）Kokkola：綠氫產(chǎn)能85噸/天，綠氨產(chǎn)能70萬噸/年，電解槽裝機(jī)量1GW。液體綠氫將供當(dāng)?shù)厥褂靡约巴ㄟ^Kokkola港口運送綠氫和綠氨到西歐。2）Kristinestad：在煤電廠附近建設(shè)1GW電解槽裝機(jī)供綠色鋼鐵的生產(chǎn)（DRI/HBI產(chǎn)能200萬噸/年通過Kristinestad港口實現(xiàn)出口。3）Porvoo：到2030年實現(xiàn)綠氫產(chǎn)能100噸/天，出產(chǎn)的氫供當(dāng)?shù)厥褂靡约巴ㄟ^管道運送到西歐。荷蘭：規(guī)劃歐洲首個跨境開源二氧化碳運輸和存儲基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，通過CCS降低生產(chǎn)氨的碳排放。Yara和NorthernLights簽署商業(yè)協(xié)議，至2025年初每年從荷蘭氨氣和化肥廠YaraSluiskil將高達(dá)80萬噸的二氧化碳運輸至挪威西海岸儲存在海床2600米處。NorthernLights為挪威國家石油公司（Equinor）、法國道達(dá)爾公司（Total）和殼牌成立的合資公司，負(fù)責(zé)為挪威CCS項目提供運輸和存儲服務(wù)，該CCS項目80%由挪威政府資助。國內(nèi)方面，2023年以來8個超百億級的氫能項目都取得進(jìn)展，項目總投資額超2000承建企業(yè)松原綠色氫氨醇一體化司投產(chǎn)），行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)氨是世界上生產(chǎn)及應(yīng)用最廣泛的化學(xué)品之一，目前80%以上用于生產(chǎn)化肥，2020年全球產(chǎn)能和需求量分別為2.43億噸和1.83億噸。2020年全球氨的產(chǎn)能約2.43億噸，全球氨的需求量約1.83億噸，目前產(chǎn)量中幾乎90%為就地消納，通過船舶運輸?shù)暮铣砂绷績H約1800-2000萬噸。氨是世界上生產(chǎn)及應(yīng)用最廣泛的化學(xué)品之一（僅次于硫酸目前80%以上的氨用于生產(chǎn)尿素、硝酸銨等化肥，支持全球約一半人口的食物生產(chǎn)。我國是最大的合成氨市場，產(chǎn)量約占全球的30%，消費主要用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、儲能，合成氨為高排放行業(yè)，位居我國化工行業(yè)碳排放的首位。2021年我國合成氨總產(chǎn)量5189萬噸，約占全球合成氨產(chǎn)量的約30%。氨的生產(chǎn)為全球碳排放的大戶，約占全球碳排放的1.8%，根據(jù)Statista數(shù)據(jù)，2020年中國化工行業(yè)中氨的碳排放量為2.2億噸，位居首位。分消費場景來看，氨主要用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、儲能三大用量占比分別約71%和29%，隨著未來化肥效能的提升，工業(yè)和儲能用量占比有望提升。北美、非洲、澳大利亞在清潔氨生產(chǎn)方面較為領(lǐng)先和積極，目前清潔氨項目合計產(chǎn)能約600萬噸。氫氣是合成氨的主要生產(chǎn)原料，根據(jù)制氫過程中碳排放量的不同，可以分為灰氨、藍(lán)氨和綠氨等。RystadEnergy的統(tǒng)計，目前全球約有220個清潔氨項目，合計產(chǎn)能約600萬噸，其中北美、非洲、澳大利亞較為領(lǐng)先和積極。澳大利亞致力于成為清潔氨出口的領(lǐng)導(dǎo)者，但目前僅有約7個項目，終端儲存能力為17.3萬噸。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)目前綠氨成本（720-1400美元/噸）相較灰氨（110-340美元/噸）不具備競爭優(yōu)勢，到2030年有望實現(xiàn)平價。目前綠氨成本仍然較高，相較灰氨不具備競爭優(yōu)勢。根據(jù)IRENA，2020年生產(chǎn)綠氨的成本區(qū)間約720-1400美元/噸，而通過天然氣和煤炭等化石燃料生產(chǎn)灰氨的成本僅110-340美元/噸，增加CCS裝臵會額外增加100-150美元/噸的成本。隨著可再生能源發(fā)電成本的下降及風(fēng)光電氫氨一體化技術(shù)的成熟，綠氨的成本將顯著降低。根據(jù)IRENA，到2025年綠氨的生產(chǎn)成本有望下降至300-400美元/噸，到2040年有望進(jìn)一步下降至250美元/噸，主要受益于可再生電力和電解槽成本的下降，以及Haber-Bosch過程效率的提升。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)未來綠氨成本下降90%來自電力成本的降低，當(dāng)綠電成本下降到20美元/MWh，對應(yīng)綠氨的電力成本有望下降至200美元/噸。未來綠氨成本下降主要來自規(guī)模效應(yīng)導(dǎo)致的電解槽成本的降低、可再生電力成本的降低、攤銷的資本成本的下降，其中電力成本下降占成本降幅的90%。對于傳統(tǒng)堿性綠氨工廠而言，生產(chǎn)綠氨消耗電量約10MWh/噸，因此電價每上漲10美元/MWh，綠氨成本相應(yīng)上漲約$100/噸。2021年全球平均光伏電價和陸風(fēng)電價分別為39美元/MWh和43美元/MWh，對應(yīng)綠氨的電力成本約390-430美元/噸，當(dāng)可再生電力成本下降到20美元/MWh，對應(yīng)綠氨的電力成本有望下降至200美元/噸。就區(qū)域而言，綠氨生產(chǎn)成本較低的區(qū)域主要分布在光伏、風(fēng)電等資源豐富的地區(qū)，如澳大利亞、智利、毛里求斯、納米比亞等。甲醇作為重要的工業(yè)原料和能源載體，綠色甲醇可以通過二氧化碳加氫氣在催化條件下合成，為代替燃油的碳中性基石能源。甲醇在傳統(tǒng)化學(xué)領(lǐng)域和能源領(lǐng)域均有重要應(yīng)用，傳統(tǒng)化學(xué)領(lǐng)域的油漆、溶劑、合成纖維等都是甲醇的終端產(chǎn)品；能源領(lǐng)域中，甲醇是清潔的燃燒燃料，與傳統(tǒng)化石燃料相比，可實現(xiàn)二氧化碳減排59%，且在規(guī)模效應(yīng)下經(jīng)濟(jì)性與燃油車相當(dāng)。綠色甲醇為在生產(chǎn)過程中碳排放極低或為零時制得的甲醇。與傳統(tǒng)煤制甲醇生產(chǎn)工藝不同，二氧化碳加氫氣可在催化條件下合成甲醇，可以實現(xiàn)二氧化碳資源化利用，每生產(chǎn)5噸甲醇可消耗7.5噸二氧化碳。根據(jù)國內(nèi)目前甲醇消耗情況測算，全國每年至少有2000萬噸的綠色甲醇需求量，相當(dāng)于每年可直接消納二氧化碳3000萬噸，間接消納二氧化碳1億噸。甲醇可以作為氫長期儲存的載體，轉(zhuǎn)化過程的能量損失相對液態(tài)儲氫和高壓儲氫較低。作為氫的載體，可以長期儲存，儲氫密度13%wt，安全等級等同汽油，且可以直接作為燃料、原料，轉(zhuǎn)化過程的能量損失約15%。對比而言，液態(tài)儲氫方式需要在高壓超低溫條件下儲存，長期存儲能耗高，且儲氫密度只有6%wt，液化1kg氫需要消耗6度電，能量損失約40%。高壓儲氫方式長期存儲有損耗，儲氫密度僅1.5%wt，壓縮會損耗約20%的能量，且存在高壓爆炸風(fēng)險。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)2019年全球甲醇需求量約9800萬噸，其中約三分之二主要用于生產(chǎn)如甲醛、乙酸和塑料等化學(xué)品，其余用于車輛、船舶、工業(yè)鍋爐及烹飪?nèi)剂稀?009-2019年全球甲醇的年產(chǎn)量幾乎翻番達(dá)到約9800萬噸，其中很大一部分增長源自中國的煤制甲醇。IRENA“能源轉(zhuǎn)型情景”預(yù)計甲醇需求將繼續(xù)增長，2025年達(dá)到1.2億噸，2050年達(dá)到5億噸。目前三分之二的甲醇主要用于生產(chǎn)例如甲醛、乙酸和塑料等化學(xué)品，其余主要應(yīng)用于車輛、船舶、工業(yè)鍋爐及烹飪?nèi)剂?。?1世紀(jì)初中期以來，甲醇本身或與汽油混合作為燃料、應(yīng)用于生物柴油生產(chǎn)或作為甲基叔丁基醚（MTBE）和二甲醚（DME）的使用量也迅速增長。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)綠色甲醇的生產(chǎn)成本主要取決于氫氣和CO2成本，此外受碳信用額的影響。據(jù)IRENA估計，當(dāng)前使用氫和CO2生產(chǎn)綠色甲醇的成本約為800-1600美元/噸，很大程度上取決于氫氣和CO2的成本，其中CO2的成本將取決于獲取來源（生物、DAC、工業(yè)等氫氣成本主要取決于生產(chǎn)氫氣的電力成本和電解槽裝臵的利用率及其成本。碳信用額的應(yīng)用還可以大幅降低生物甲醇和綠色甲醇的成本。與用天然氣制甲醇相比，估計每噸可再生甲醇的CO2當(dāng)量排放量可減少1.6-1.7噸，意味著如果CO2當(dāng)量信用額為100美元/噸，可再生甲醇的成本可降低160-170美元/噸。目前綠色甲醇的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于天然氣和煤制甲醇，未來成本下降主要來源于可再生能源成本的下降，此外甲醇相較多數(shù)石油燃料在能源含量方面已經(jīng)具備競爭力。與目前的天然氣（100-200美元/噸）和煤制甲醇（150-250美元/噸）成本相比，綠色甲醇的生產(chǎn)成本相對較高（約800-1600美元/噸）。未來受益于可再生能源的下降，即使沒有碳信用額綠色甲醇的生產(chǎn)成本也有望下降至250-630美元/噸。此外，與大多數(shù)石油燃料（汽油、柴油、取暖油等）相比，化石基甲醇在能量含量方面已具有一定的競爭力：甲醇的價格為10-20美元/GJ，而汽油、柴油、噴氣燃料和取暖油的價格為17美元/GJ。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)到2050年綠色甲醇需求量有望達(dá)2.5億噸，對應(yīng)需要建設(shè)約280家產(chǎn)能為2500噸/天的甲醇工廠以及280GW的電解槽容量。IRENA根據(jù)能源轉(zhuǎn)型環(huán)境預(yù)計到2050年全球甲醇產(chǎn)量將從目前的1億噸增長至5億噸，其中綠色甲醇約2.5億噸，這將需要約3.5億噸CO2和4800萬噸的氫氣。假設(shè)電解制氫耗電量為50MWh/噸，總共需要約240萬GWh的電量（8.6EJ熱量對應(yīng)需要約275GW機(jī)組的連續(xù)發(fā)電量和280GW的電解槽容量。如果電力來自太陽能將需要約920GW的裝機(jī)容量（容量系數(shù)為30%），來自風(fēng)力發(fā)電則將需要約500GW的裝機(jī)容量（某些海上風(fēng)電場的容量系數(shù)為55%）。CO2最好可以通過可再生的生物來源或DAC回收。2.5億噸意味著將需要建設(shè)約280家產(chǎn)能為2500噸/天（90萬噸/年）的甲醇工廠，目前綠色甲醇工廠的建設(shè)大約需要2到3年的時間，如果實現(xiàn)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，建設(shè)時間會更少。使用CO2和H2生產(chǎn)綠色甲醇與當(dāng)前使用化石燃料合成氣生產(chǎn)甲醇非常相似，技術(shù)相對成熟，因此可以進(jìn)行推廣。隨著水電解技術(shù)正擴(kuò)大到千兆瓦規(guī)模，未來有望廣泛用于大規(guī)模綠色氫氣的生產(chǎn)。研發(fā)機(jī)構(gòu)研發(fā)階段研發(fā)機(jī)構(gòu)研發(fā)階段將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鐵步驟在煤基煉鋼過程中約占總碳排放量的80%，DRI技術(shù)通過氫與鐵礦石直接反應(yīng)能夠顯著降低碳排放。煉鋼主要包括兩個步驟：1）將從地下開采的鐵礦石還原為純鐵，2）將鐵轉(zhuǎn)化為鋼，這兩個過程需要非常高的溫度，因此需要能源來產(chǎn)生熱量。在傳統(tǒng)工藝中，煤既被用作將鐵礦石還原為鐵的原料，又被用作產(chǎn)生熱量的能源。目前將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鐵的第一步是能源和碳密集度最高的階段，在以煤基煉鋼過程中約占其碳排放量的80%。氫提供了完全重新設(shè)計煉鋼過程的可能性。通過氫與鐵礦石直接還原鐵（DRI產(chǎn)生鐵和水，而不是鐵和二氧化碳，另一個好處是主反應(yīng)在較低的溫度（約1000℃的豎爐）下進(jìn)行，因此需要較少的能量。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)16氫提供了一種生產(chǎn)近乎零碳鋼鐵的方法，即使灰氫煉鋼的碳排放量較傳統(tǒng)的煤基煉鋼也低很多。鋼鐵生產(chǎn)的二氧化碳排放量在不同的生產(chǎn)技術(shù)之間差異很大。根據(jù)ING的計算，假設(shè)CCS的捕集率為煤基煉鋼為80%、生產(chǎn)藍(lán)氫為85%，瑞典的電網(wǎng)排放量類似完全基于可再生能源的電網(wǎng)（10kgCO2/MWh），荷蘭的電網(wǎng)排放量類似基于天然氣的電網(wǎng)（325kgCO2/MWh波蘭的電網(wǎng)排放量類似基于煤炭的電網(wǎng)（735kgCO2/MWh）。結(jié)果表明1）CCS提供了一種從根本上降低傳統(tǒng)煤基煉鋼碳排放的方法，一公斤鋼的碳含量可以從1.87公斤CO2減少到0.38公斤，減排高達(dá)80%。2）氫提供了一種從根本上改變生產(chǎn)過程的方法，使其幾乎不排放任何CO2。如果使用由光伏、風(fēng)電、水電等生產(chǎn)的“完全綠色”的氫，鋼的碳含量幾乎為零；如果采用燃?xì)獍l(fā)電廠供電的電網(wǎng)供電，鋼的碳含量將從每公斤1.87公斤CO2減少到1.28公斤，減排30%；如果電解槽由以燃煤電廠為主的電網(wǎng)供電，鋼的含碳量將增加50%以上。3）與傳統(tǒng)的煤基煉鋼（0.7kgCO2/kg鋼）相比，用灰氫煉鋼（1.87kgCO2/kg鋼）的碳排放要低得行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)采用高爐噴吹焦?fàn)t改制煤氣進(jìn)行還原，計劃在2承德鋼鐵德國蒂森克虜伯鋼鐵“以氫代煤”項目寶鋼工程煉鐵事業(yè)部以EPC方式承接的寶鋼氣目前鋼鐵行業(yè)主要初級生產(chǎn)路線包括BF-BOF工藝和DRI-EAF工藝，用氫氣取代CO作為還原劑將有效減少碳排放。目前鋼鐵行業(yè)主要初級生產(chǎn)路線為高爐-堿性氧氣爐（BF-BOF）工藝和直接還原鐵-電弧爐直接還原（DRI-EAF）工藝，前者采用氫氣與其他氣體混合產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣作為副產(chǎn)氣生產(chǎn)鋼鐵，后者采用氫氣與一氧化碳的混合物作為還原劑。根據(jù)《冶金雜志》中報告《無碳煉鐵的曲折之路》，按照以經(jīng)合組織歐洲成員國排放水平的測算，在工藝中使用天然氣的直接還原-電弧爐路線與傳統(tǒng)的高爐-堿性氧氣轉(zhuǎn)爐路線相比，鋼水生產(chǎn)的碳排放量可以減少幾乎50%，如果改用綠色環(huán)保的氫氣，減排幅度可達(dá)75%。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)2022年12月河鋼集團(tuán)完成全球首例采用“焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)的氫冶金工程，2023年12月寶鋼國內(nèi)首套百萬噸級氫基豎爐實現(xiàn)投產(chǎn)。2022年12月16日，河鋼集團(tuán)120萬噸氫冶金示范工程一期全線貫通，該工程是全球首例采用“焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)的氫冶金工程，標(biāo)志著我國邁出了向“氫冶金”進(jìn)發(fā)的關(guān)鍵一步。2022年2月15日，寶鋼股份湛江鋼鐵百萬噸級氫基豎爐項目開工建設(shè)，2023年12月實現(xiàn)投產(chǎn)，為國內(nèi)首套百萬噸級氫基豎爐，氫基豎爐建成后相對傳統(tǒng)高爐減碳至少60%以上，在將來綠氫、綠電廣泛應(yīng)用后，可達(dá)到減碳90%的效果。氫氣除了可以作為鋼鐵煉油過程中的還原劑，還可以作為高熱燃料為鋼鐵行業(yè)供能。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2060年，在鋼鐵行業(yè)中，被用作高熱燃料的氫氣需求為2000萬噸/年，而作為鋼鐵制造業(yè)原料的氫氣需求量將達(dá)1500萬噸/年。圖31Midrex工藝流程圖研究所圖32HYL-III工藝流程圖研究所行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)日本致力于全面推進(jìn)氫、氨供應(yīng)鏈建設(shè)，計劃到2030年實現(xiàn)火電20%摻氨燃燒，23年修訂基本戰(zhàn)略計劃在未來15年公私共同投資15萬億日元推廣氫能應(yīng)用。2021年10月日本在發(fā)布的《第六次能源基本計劃》中提出全面推進(jìn)氫、氨供應(yīng)鏈建設(shè)，提出在2030年前實現(xiàn)燃煤摻燒20%氨的目標(biāo)。2023年2月，日本資源能源廳發(fā)布《碳中和時代氫氣政策的今后方向性》，提出盡早構(gòu)建氫氣氨氣的大規(guī)模商用供應(yīng)鏈，包括1）供應(yīng)鏈構(gòu)建：著眼于與現(xiàn)有燃料的價格差引進(jìn)支援措施，2）國內(nèi)基地整備：與整備約3個大規(guī)?；亍?個中規(guī)?；?，在產(chǎn)業(yè)部門將氫作為原料和燃料利用，開展面向工業(yè)生產(chǎn)流程中熱需求脫碳的多項措施。2023年6月，日本政府召開部長會議修訂《氫能基本戰(zhàn)略》，計劃到2040年氫能用量增長6倍至1200萬噸，并且提出公共和私營部門將在未來15年共同投資15萬億日元推廣氫能應(yīng)用。日本正在積極開發(fā)氫基煉鋼、工業(yè)脫碳等工業(yè)用氫技術(shù)。在鋼鐵領(lǐng)域，日本正在開發(fā)用氫替代碳而作為還原劑利用的氫還原煉鐵技術(shù)，以及氫氣作為工業(yè)生產(chǎn)流程中所需的高溫?zé)嵩矗淮送庹陂_展利用水電解裝臵，并使用在現(xiàn)場制造的氫氣，面向工業(yè)生產(chǎn)流程中熱需求的脫碳化的多項措施。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)日本最大的火電公司JERA積極開發(fā)摻氨混燃技術(shù)以及清潔氨的生產(chǎn)和分銷。日本最大的火力發(fā)電公司捷熱能源（JERA）在2020年發(fā)表的凈零排放路線圖中，規(guī)劃到2030年關(guān)閉所有亞超臨界的低效火電廠，到2035年左右火力發(fā)電廠實現(xiàn)20%混燒氨氣，2040年實現(xiàn)100%氨氣發(fā)電。2020年3月，JERA和IHI、日本丸紅公司（Marubeni）、澳大利亞Woodside能源公司合作，與新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）聯(lián)合簽署合同，參與火電廠摻氨混燃的可行性研究。2022年NEDO將2030年摻氨混燃目標(biāo)比例提升至50%。2022年6月，JERA和全球氨和化肥巨頭Yara、日本第二大石油產(chǎn)公司出光興產(chǎn)（IdemitsuKosan）簽署諒解備忘錄，以探索建立國內(nèi)清潔氨分銷網(wǎng)絡(luò)和燃料供應(yīng)業(yè)務(wù)，計劃將生產(chǎn)的清潔氨用于碧南火電廠20%摻氨混燃，項目計劃到2027年投入使用。1.4.2韓國：加強(qiáng)電力國企和民企合作，成立官方綠氨理事會韓國將2022年作為氫氣氨氣發(fā)電元年，并宣布投入400億韓元用于有關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。2021年12月7日，韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部主持召開第二次氫氣和氨氣發(fā)電推進(jìn)會議上，韓政府宣布將2022年作為氫氣氨氣發(fā)電元年，并制定發(fā)展計劃和路線圖，打造全球第一大氫氣和氨氣發(fā)電國。會議宣布共將投入400億韓元用于有關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并于2023年前制定“氫氣和氨氣發(fā)電指南”，推廣有關(guān)技術(shù)在LNG發(fā)電站使行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)韓國加強(qiáng)電力國企和民企合作，2021年成立官方綠氨理事會，計劃在2024年后推動氫氣氨氣混合發(fā)電技術(shù)商用化。為推動氫氣氨氣混合發(fā)電技術(shù)發(fā)展，韓國加強(qiáng)電力國企和民企合作。2021年7月，由韓國能源技術(shù)研究院、韓國化學(xué)研究院等五家機(jī)構(gòu)以及斗山重工業(yè)、樂天化學(xué)、三星工程、浦項鋼鐵等13家企業(yè)組建綠氨組織聯(lián)盟，計劃全面開發(fā)“綠氨生產(chǎn)-運輸-提取-利用”的全周期技術(shù)。韓政府計劃從2022年1月起開展無碳環(huán)保氨氣發(fā)電技術(shù)聯(lián)合研發(fā)。此外，韓國南部發(fā)電計劃22年起利用氫氣氨氣混合發(fā)電技術(shù)，并在2024年后推動氫氣氨氣混合發(fā)電技術(shù)商用化。1.4.3歐盟：RED提出42%工業(yè)綠氫比例約束性目標(biāo)歐盟委員會發(fā)布《綠色協(xié)議產(chǎn)業(yè)計劃》和《凈零工業(yè)法案》，加速工業(yè)領(lǐng)域綠色轉(zhuǎn)型。2023年2月1日，歐盟委員會發(fā)布《綠色協(xié)議產(chǎn)業(yè)計劃》，希望通過采取四大行動計劃提高歐洲工業(yè)的競爭力，加速推進(jìn)歐洲綠色轉(zhuǎn)型，包括1）出臺凈零工業(yè)法案，以支持歐盟關(guān)鍵技術(shù)工業(yè)制造；2）出臺關(guān)鍵原材料法案，確保供應(yīng)鏈安全可靠；3）建立歐洲能源平臺，確保能源安全；4）加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。2023年3月16日，歐盟委員會發(fā)布《凈零工業(yè)法案》提案，提出到2030年歐盟戰(zhàn)略性凈零技術(shù)的本土制造能力將接近或達(dá)到年度部署需求的40%。歐盟修訂版《可再生能源指令》提出到2030年可再生能源消費比例達(dá)到42.5%，其中工業(yè)用氫提出42%為綠氫的約束性目標(biāo)。2023年3月30日，歐盟提出再生能源指令（RenewablesEnergyDirective，RED）》，計劃到2030年將可再生能源在歐盟整體能源消費中的比例從之前的32%提高到42.5%，并額外增加2.5%的指示性補(bǔ)充，以實現(xiàn)45%的目標(biāo)，該提案于2023年10月9日正式通過。其中工業(yè)領(lǐng)域提出到2030年工業(yè)用氫氣中42%應(yīng)來自非生物來源可再生燃料（RFNBOs到2035年比例提升至60%。但存在兩種例外情況可以將RENBO在工業(yè)應(yīng)用中的比例減少20%：1）如果成員國對歐盟約束性總體目標(biāo)的國家貢獻(xiàn)達(dá)到其預(yù)期貢獻(xiàn)；2）成員國消耗的化石燃料來源氫的比例在2030年不超過23%，在2035年不超過20%。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)歐盟對綠氫設(shè)定了嚴(yán)格的定義，包括三種場景，并且涵蓋時間相關(guān)性和地理相關(guān)性。歐盟的《可再生能源指令》對綠氫設(shè)定了額外的定義：1）電解槽直接連接離網(wǎng)式可再生能源發(fā)電設(shè)施所生產(chǎn)的氫氣；2）在可再生能源比例超過90%的地區(qū)采用電網(wǎng)供電所生產(chǎn)的氫氣；3）在低二氧化碳排放限制的地區(qū)簽訂可再生能源電力購買協(xié)議后采用電網(wǎng)供電生產(chǎn)的氫氣。與非生物來源的可再生燃料（RFNBO）生產(chǎn)工廠直接連接的發(fā)電如果電解槽位于競標(biāo)區(qū)，上一日歷年可再生能源電力的平均比重超過），），行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)我國在“十四五”期間出臺相關(guān)政策，積極促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)與綠氫項目耦合。我國煤化工行業(yè)于“十一五”期間完成工業(yè)化示范，開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段；并在“十三五”時期提出對傳統(tǒng)煤化工技術(shù)進(jìn)行改造和升級，促進(jìn)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展。時至今日，高端化、多元化、低碳化成為煤化工企業(yè)發(fā)展主調(diào)，為促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型改造，我國政府部門在“十四五”期間出臺相關(guān)政策，促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)與綠氫項目耦合，降低生產(chǎn)過程中的碳排放，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局。發(fā)布時間發(fā)布部門信部、生態(tài)環(huán)境應(yīng)急管理部、國信部、自然資源《關(guān)于“十四五”推動石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》目前氫氣主要用在煉油工藝中的催化裂化和熱裂化過程。目前氫氣主要用在煉油工藝中的催化裂化和熱裂化過程中，通過將石油中的不飽和烴和硫、氮等雜質(zhì)和氫氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，降低有害雜質(zhì)和溫室氣體排放。目前煉油工藝已經(jīng)能夠去除石油中的約70%的含硫雜質(zhì)，2020年石油產(chǎn)品中的含硫量較2005年已經(jīng)降低約40%。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)2022年全球煉油用氫4100萬噸，增長主要來自北美和中東地區(qū)（約3/4），其中低碳?xì)湔急炔坏?%。2022年全球煉油用氫4100萬噸，超過2018年的歷史最高值（約4000萬噸），增長主要來自北美和中東地區(qū)，合計占2022年全球煉油用氫增量的3/4（超100萬噸中國因疫情因素2022年煉油用氫量下降約50萬噸。目前大多數(shù)煉油用氫仍然主要為灰氫，2022年低碳?xì)溆昧績H約25萬噸，占比不到1%，主要由于2021年和2022年分別只有50kW和2.4MW的小型電解槽示范項目部署，煉油用綠氫量幾乎為零，而煉油用藍(lán)氫幾乎都來自加拿大和美國的四個精煉廠的CCUS設(shè)備。2022年全球煉油用氫產(chǎn)生約2.4-3.8億噸CO2（2021年產(chǎn)生超2億噸CO2）。美國、中國和歐洲為最大的煉油用氫市場，約占全球煉油用氫市場的一半。分供氫方式來看，煉油用氫主要來自1）重整副產(chǎn)氫、2）自制氫以及3）商業(yè)化供氫。1）重整副產(chǎn)氫：主要來自石腦油催化重整過程，在一定溫度、壓力、臨氫和催化劑存在的條件下，使石腦油轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓紵N的重整生成油，并且副產(chǎn)氫氣；平均約占煉油用氫量的約1/3。2）自制氫：包括蒸汽甲烷重組制氫和其他的重組方式，約占全球煉油用氫量的約40%。3）商業(yè)化供氫：約占全球煉油用氫量的約25%，主要在已有輸氫管道地區(qū)通（Amsterdam-Rotterdam-Antwerp）三港區(qū)域。行業(yè)研究〃煤炭行業(yè)25催化重整是石油加工過程中重要的二次加工手段，在加熱、加壓和催化劑存在的條件下，將原油蒸餾所得的輕汽油餾分轉(zhuǎn)變成富含芳烴的高辛烷值汽油，