餐厨垃圾制氢：“焚烧+”新尝试，固废龙头新选择

 

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，如：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、1吨餐厨垃圾可产生69m3沼气，最终可转化为90m3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。

 

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。

 

 

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。本文旨在测算餐厨垃圾发电企业拓展至制氢项目的经济性，假设制氢项目年产2200吨（即2447万m3）氢气，参考前文中提到的比例关系，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/m3，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。

 

 

当前制氢主流方式有煤制氢、天然气制氢、电解水制氢、工业副产氢四种，根据《中国氢能产业发展（2020）》中的各类工艺制氢成本，我们比较发现，与天然气制氢、电解水制氢、合成氨等工业副产氢方式相比，餐厨垃圾制氢成本（单吨成本1.55万元/吨）优势显著：

 

（1）煤制氢、天然气制氢：伴随原材料价格上涨，制氢成本水涨船高。工艺成熟，制氢成本与煤价、天然气价格挂钩，而2021年以来，原料动力煤、天然气价格大幅上涨，2种工艺的经济性优势被削弱。以2020-2022年至今的价格为基准，煤制氢、天然气制氢的单吨制氢成本平均为1.08万元/吨、2.02万元/吨。

 

（2）工业副产氢：多为企业自用，整体成本高于餐厨垃圾制氢。指生产化工产品的同时得到氢气，主要有焦炉煤气、氯碱化工、轻烃利用、合成氨合成甲醇等，基本为企业自用，平均制氢成本在1.2万元/吨——1.8万元/吨不等，且大部分工业副产氢的成本均高于餐厨垃圾制氢。

 

（3）电解水制氢：规模效应尚未显现，制氢成本最高。主要工艺方式有碱性电解、PEM电解两条技术路线，对应的制氢成本分别为2.16万元/吨、3.17万元/吨。当前我国电解水制氢规模仍处于兆瓦级别，规模效应尚未发挥，目前电解水制氢仍不具备经济性。

 

餐厨垃圾处置项目布局在加氢站附近可降低运氢成本。根据《中国规模化氢能供应链的经济性分析》，我国“干线门站”模式将会成为大规模输氢的主导，即通过多重储运方式及管道输氢，进入城市后通过加氢站等完成“最后一公里”的运输。考虑到餐厨垃圾项目多布局在城市人口密集区，项目所在城市加氢站数量成为决定运氢成本的重要因素。若餐厨垃圾处置项目当地加氢站布局也较多，该类项目的运氢成本会明显降低。

 

广东省加氢站数量全国第一，山东、浙江、江苏等经济发达地区位居其后。统计数据显示，在国家政策的重磅加码下，截至2021年我国加氢站建成数量达230座，其中2021年新建数量达101座。分地域来看，广东省加氢站数量位列第一，达45座；其次是山东、浙江及江苏省。分规模来看，加注能力1000kg/日及以上、500-1000kg/日的加氢站分别占比32%、54%。根据加氢站加注能力的占比情况，截至2021年底，全国加氢站总加注能力为192吨/日。

 

 

1、氢能中长期规划推动，餐厨垃圾制氢可成为“无废城市”新路径

 

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。近日《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。

 

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。

 

 

 

十四五期间为无废城市的快速复制期，类似餐厨垃圾制氢的赛道潜力将被不断发掘，打开固废企业成长天花板。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》，强调：

 

（1）大力推进减量化、资源化、无害化，发挥减污降碳协同效应；

 

（2）明确减污降碳协同增效为促进经济社会发展全面绿色转型的总抓手，在中国“30·60”双碳目标下减污与降碳同样重要等。

 

在“无废城市”一张网下，可综合利用的城市固废种类众多，既包括生活垃圾、餐厨垃圾、建筑垃圾，又涵盖废有色金属、废电子电器、报废汽车、废电池，废塑料、危废等。伴随着“无废城市”建设步入快速复制阶段，类似餐厨垃圾制氢的“小众”赛道的潜力将被不断发掘，进一步打开固废及再生资源企业的成长天花板。