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广发环保 | 餐厨垃圾制氢:“焚烧+”新尝试,固废龙头新选择

餐厨垃圾制氢项目不断推出,小众方向生机焕发;相较天然气、电解水制氢,餐厨垃圾制氢成本较低、且IRR较高,经济性+减碳性兼备的再生资源新方向;“无废城市”边界广阔,固废+再生资源企业为核心载体,餐厨垃圾制氢打开企业发展天花板。餐厨垃圾制氢项目不断推出,小众方向生机焕发。根据《中国氢能发展报告》,生物质制氢占比不足1%,为 .....

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餐厨垃圾制氢项目不断推出,小众方向生机焕发;相较天然气、电解水制氢,餐厨垃圾制氢成本较低、且IRR较高,经济性+减碳性兼备的再生资源新方向;“无废城市”边界广阔,固废+再生资源企业为核心载体,餐厨垃圾制氢打开企业发展天花板。

餐厨垃圾制氢项目不断推出,小众方向生机焕发。 根据《中国氢能发展报告》,生物质制氢占比不足1%,为制氢领域的小众方向。2022年以来各企业制氢项目不断推出,如城康氢碳新材料在湖北投建“垃圾制氢+碳资源化”绿氢绿碳工厂,预计年内建成;瀚蓝环境亦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;圣元环保亦设立氢能研究院探索风光制氢。

餐厨垃圾制氢成本较低、IRR较高,经济性+减碳性兼备的再生资源新方向。1.我们测算餐厨垃圾单吨制氢成本约为1.55万元/吨。当前天然气价高企,电解水制氢尚未形成规模效应的阶段,餐厨垃圾制氢成本仅为天然气制氢、电解水制氢的77%、58%;双碳背景下,成本+资源化优势凸显。2.我们对项目盈利能力进行敏感性测算:在中性假设下,餐厨垃圾制氢项目IRR仍可达12.6%。考虑到当前氢能技术出现实质性突破、进入平价时期仍需时间,同时伴随项目规模扩大,成本端规模效应将逐渐凸显,项目盈利能力看好。

“无废城市”边界广阔,固废+再生资源企业为核心载体,餐厨垃圾制氢打开企业发展天花板。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、废塑料、危废等;且垃圾焚烧和再生资源企业可几乎涵盖“城市固废的减量、资源化、无害化”中的各个细分环节。固废企业、再生资源企业依托现有的基地及固废处置产能,具备规模+资金+技术三重优势,预期将会成建设“无废城市”的核心载体。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。

氢气市场价格大幅下降风险;产能利用率爬坡不及预期;疫情影响停工停产风险;技术迭代风险等。

引言:餐厨垃圾制氢——小荷才露尖尖角

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,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。

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“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。

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一、低成本制绿氢,掘金再生资源新方向

1.1 1吨餐厨垃圾可产生69m³沼气,最终可转化为90 m³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,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。

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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、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。我们统计了市场上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。

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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。

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1.2 即使氢价较去年下跌35%,项目IRR仍超12%,盈利能力看好

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,我们假设制氢项目年产2200吨氢气,参考中提到的比例关系,该制氢项目约需要27万吨/年的餐厨垃圾量。

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初始投资:测算项目初始总投资约9421万元。由于测算对象为餐厨垃圾处置企业拓展制氢项目的经济性,我们不考虑餐厨垃圾处置装置,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/年的项目对应的总投资额约为6745万元。基于此,我们测算,2200吨/年的制氢项目需要的总投资约为9421万元。

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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%。从项目整体来看,折旧摊销:若折旧年限为15年,则项目年折旧额为628万元;能源消耗:生产1立方米氢气需要1.3kg去离子水、6kg冷却水、0.35千瓦时电能,考虑其他能耗,2200吨/年产氢项目对应约957万元/年能源消耗;直接人工:假设需要人员20人,人工工资合计约200万元/年。项目所需27万吨/年的餐厨垃圾若用于制氢,则会损失原本发电的收入,该成本约为1624万元。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。

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费用端:单吨制氢费用合计为2835元/吨。财务费用:假设初始投资9421万元中60%来自银行贷款,假设长期贷款利率为5.5%,则每年利息支出约311万元。销售、管理、研发费用:假设项目需要销售人员、管理人员、研发人员数量为3、5、5人,单位职工薪酬分别为10、12、15万元/年/人,且人工薪酬分别占总费用的70%、50%、50%;综合来看,销售、管理、研发费用分别为43、120、150万元/年。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%。

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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%,盈利能力看好。根据百川盈孚数据,2021年中国高纯氢全年均价为3.25元/m³,我们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,我们认为,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,项目盈利能力看好。

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1.3 相较天然气及电解水制氢等具备成本优势,布局加氢站附近可进一步降低成本

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》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,餐厨垃圾制氢成本优势显著:

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。

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。

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。

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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。我们认为,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,盈利能力可进一步提升。

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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。根据势银统计数据显示,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,我们粗略测算,截至2021年底,全国加氢站总加注能力为192吨/日。

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二、“无废城市”新路径,“焚烧+”企业赢在起跑线

2.1 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》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。

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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,且整个过程实现“负碳排放”。此外,BayoTech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。

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2.2 “无废城市”边界广阔,固废+再生资源企业为核心载体

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:大力推进减量化、资源化、无害化,发挥减污降碳协同效应;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。我们认为,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。

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“无废城市”边界广阔,固废+再生资源企业有望成为核心载体。垃圾焚烧和再生资源企业可几乎涵盖“城市固废的减量、资源化、无害化”中的各个细分环节。我们认为固废企业、再生资源企业依托现有的基地及固废处置产能,具备规模+资金+技术三重优势,预期将会成建设“无废城市”的核心载体。

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