双碳深度之一： 二氧化碳加氢制甲醇有望迎来 产业化 国海证券研究所 李永磊 (分析师 ) 董伯骏 (分析师 ) S0350521080004 S0350521080009 15120081690 15210959531 证券研究报告 2021年 12月 17日 化工 1 -0.1021 0.0567 0.2155 0.3743 0.5331 0.6919 化工 沪深 300 相对沪深 300表现 表现 1M 3M 12M 化工 4.6% -13.0% 41.7% 沪深 300 2.5% 2.8% 1.2% 最近一年走势 相关报告 磷化工和钛白粉企业进军磷酸铁，大有可为（推荐） *化工 *董伯骏，李永 磊 2021-09-09 2 电价 7分 /度时 ， 二氧化碳 +绿氢制甲醇将具备经济性 ， 目前光伏制氢正逐渐接近这一水平 在煤价 800元 /吨时 ， 煤制甲醇的成本约为 1953元 /吨 。 在此甲醇成本之下 ， 若使用二氧化碳 +绿氢制甲醇 ， 对应的氢气成本需要 降 至 7.01元 /kg （ 0.63元 /Nm3） ， 电解水电价 下降至 0.07元 /度 。 根据宝丰能源计划新建的光伏制氢项目的经济可行性分析 ， 每方氢气的成本可控制在 0.7元 /Nm3， 已接近 0.63元 /Nm3， 这意味着二氧化碳 +绿氢 制 甲醇 逐渐 具备经济性 。 碳税将进一步提升二氧化碳 +绿氢制甲醇的经济性 二氧化碳和绿氢结合制甲醇在工艺端相比煤制甲醇可减少碳排放 3.44吨 。 按照 2021年 12月 10日全国碳市场碳排放配额 （ CEA） 收盘价 42.69元 / 吨计算 ， 二氧化碳和绿氢结合制甲醇在工艺端相比煤制甲醇所减排的 CO2价值 147元 。 据国际货币基金组织预测 ， 为实现 2030年 2 的控温目标 ， 每吨二氧化碳定价应在 75美元左右 ， 按照这一标准则减排二氧化碳的价值可高达 1677元 。 产业化渐行渐近 ， 关注 万华化学 、 中国化学 、 东方盛虹 、 宝丰能源 万华化学 、 中国化学 ：共同的子公司华陆工程科技有限公司完成了兰州新区液态阳光二氧化碳加氢制甲醇项目的工程设计 。 “ 液态太阳燃料合成 示范项目 ” 是中国科学院大连化学物理研究所李灿院士根据中国能源与生态环境现况在西部地区先行先试的一个项目 ， 是全球首套规模化 （ 千吨 级 ） 合成绿色甲醇示范装置 。 项目由太阳能光伏发电 、 电解水制氢和二氧化碳加氢合成甲醇三个基本技术单元构成 ， 配套建设总功率为 10兆瓦光 伏发电站 ， 为电解水制氢设备提供电能 。 该项目总占地约 289亩 ， 总投资约 1.4亿元 ， 其中光伏占地 259亩 ， 投资 5000万元 。 2020年 10月 15日 ， 千吨级 “ 液态太阳燃料合成示范项目 ” 在兰州新区通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定 。 东方盛虹 ： 2021年 9月 ， 公司拟收购的 斯尔邦石化与冰岛碳循环利用公司 签约了 “ 15万吨级二氧化碳捕集与综合利用项目 ” 。 该项目可以将工业 尾气中的二氧化碳进行回收 ， 生产光伏级 EVA树脂 。 项目设计回收二氧化碳规模为每年 15万吨 ， 并产出 2万吨光伏级 EVA树脂 。 宝丰能源 ：公司于 2019年启动了太阳能电解制氢储能及应用示范项目建设 ， 该项目被国家能源 局列为 国家级示范项目 ， 其中部分产能已于 2021 年 4月投运 ， 预计今年年底 30台电解槽将全部建成 ， 届时将形成年产 2.4亿标方 （ 即 2.14万吨 ） 绿氢 、 1.2亿标方绿氧 （ 即 17.14万吨 ） 的生产规模 。 风险 提示： 政策变化的风险；技术路线变化的风险；技术失败的风险；新项目进展缓慢的风险；装置受不可抗力关停的风险；宏观经济波动导致的产 品需求下降的风险；市场竞争加剧的风险；研发成果转化不及时的风险 。 3 核心观点：二氧化碳加氢制甲醇有望迎来 产业化 图表：二氧化碳制甲醇成本测算 注 ： 1. 二氧化碳可以通过对工业废气进行收集处理得到，成本较低，约 200元 /吨。 2. 根据新奥股份年报 数据 显示，其 2020年煤 制甲醇制造费用 （人工、折旧和其他 制造 费用等） 325元 /吨，相比之下 ，二氧化碳 加氢制甲醇装置在合成环节的能 耗和投资高于煤制甲醇，但省去了煤气化及变换环节 ，考虑到目前装置未经过大型化验证，假设 其制造费用与煤制 甲醇相比略高，为 400元 /吨。 3. 碳市场碳排放配额价格按照 2021年 12月 10日全国碳市场碳排放配额（ CEA）收盘价 42.69元 /吨计算。 4. 国家发改委起草的 2022年煤炭中长期合同签订履约工作方案 (征求意见稿 ) 中将煤炭中长期合同 5500大卡动力煤基准价由此前的 535元 (吨价，下同 )调整至 700元，并设定浮动范围为 550元 850元。预计未来煤炭价格将保持在 800元左右浮动。 资料来源：百川盈孚 ，国家发改委， 国海 证券研究所整理 4 二氧化碳 +绿氢制甲醇的成本主要取决于绿氢成本 二氧化碳加氢制甲醇生产成本计算 生产 1吨甲醇 ， 理论计算 需 消耗 0.1875吨氢气 ， 1.375吨二氧化碳 。 按照 98%的选择性 ， 则生产一 吨 甲醇实际需消耗约 0.19吨 氢气 ， 1.4吨二氧化碳 。 在对 氢气价格 、 二氧化碳价格及制造费用进行合理假设后 ， 可以算得二氧化碳加氢制甲醇 的 成本 ， 在电费价格为 0.07元 /度 （ 对应氢气成本为 7.01元 /kg） 时 ， 为 1953元 /吨 ， 与煤价 800元 /吨时的煤制甲醇成本相 当 。 电费，元 /度 制氢成本，元 /kg 原料成本，元 制造费用，元 生产成本，元 /吨 减碳收益，元 /吨 综合生产成本，元 /吨 对应煤制甲醇的煤炭含税价格，元 /吨 0.07 7.01 1613 400 2013 59.90 1953 800 0.13 10.00 2194 400 2594 59.90 2534 1085 0.33 20.00 4107 400 4507 59.90 4447 2025 0.53 30.00 6020 400 6420 59.90 6361 2965 图表：盈利预测 资料来源： wind，国海证券研究所整理 5 重点关注公司及盈利预测 重点公司 股票 2021/12/17 EPS PE 投资 代码 名称 股价 2020 2021E 2022E 2020 2021E 2022E 评级 600309.SH 万华化学 103.15 3.2 8.28 8.65 28.47 12.45 11.92 买入 601117.SH 中国化学 12.84 0.71 0.70 0.99 7.91 18.39 13.00 买入 000301.SZ 东方盛虹 24.70 0.07 0.43 1.65 144.90 57.39 14.98 买入 600989.SH 宝丰能源 17.95 0.63 0.96 1.15 18.56 18.69 15.58 买入 CO2制 甲醇前景广阔 CO2制甲醇效益逐步显露 碳 排放制约化工行业发展 终端治理是减碳必由之路 投资建议 风险提示 目录 6 7 二氧化碳的资源化利用意义重大 CO2资源化利用的意义 减碳化工 工艺可以减少工业生产中二氧化碳的排放量。但对于部分反应，二氧化碳 作为产物或者副产物，其产生和排放难 以 避免。因此，碳的资源化利用是实现碳中和目标的 不可或缺的环节 。 从另一个角度来看，二氧化碳作为一种廉价易得、环境友好的可再生碳一资源，其资源化利用不仅可减少二氧化碳排放， 而且可提供绿色制备的技术路线，对绿色与可持续发展意义重大。 图表： CO2资源化利用意义 资料来源： 国海证券研究所整理 近二十年来 ， 二氧化碳化学转化研究发展迅速 ， 尤其是纳米材料 、 离子液体等新型功能材料的涌现为其化学转化提供了新 的发展契机 ， 二氧化碳的资源化利用成为自然界碳循环的有力补充 。 二氧化碳热力学稳定 、 动力学惰性 ， 通常可以使用热催化转化 、 光 /电催化还原 、 聚合反应等方式将二氧化碳转化为其他 化工产品 ， 实现二氧化碳的资源化利用 。 8 二氧化碳资源化利用研究进展迅速 图表： CO2资源化利用下游产品 资料来源 ： 二氧化碳催化加氢及其研究进展 ， 国海 证券研究所整理 图表： CO2资源化利用路线 资料来源 ： 二氧化碳 催化加氢及其研究 进展 ， 国海证券研究所 9 典型的二氧化碳资源化利用方式及进展 图表： CO2资源化利用方式 资料来源 ： 二氧化碳催化加氢及其研究进展 ， 国海证券研究所整理 产物 反应原理 反应过程 研究进展 CO 热催化还原 电催化还原 光催化还原 1）二氧化碳和氢气反应生成一氧化碳和水，催化 剂为 Cu、 Fe、 Co等过渡金属； 2）二氧化碳与氢硅烷、氢硼烷等活泼氢源发生还 原反应产生一氧化碳。 广泛应用于工业生产 CH4及长链烃 Sabatire反应费托合成 二氧化碳与氢气反应产生甲烷和水，催化剂为 Ni（ Raney Ni）、 ZrO 2、 La2O3、 SiO2等。 已实现工业化应用 甲醇及 C2+醇 加氢反应 二氧化碳和氢气反应生成甲醇和水，使用气固相固 定床催化反应器，催化剂包括非均相催化剂（ Zn- Cu等）和均相（ Ru配合物等）。 技术进展迅速，已实现工业化示范应用 甲酸及低碳有机 酸 甲醇羰基合成法 还原反应制备甲酸、 甲酸酯 二氧化碳和氢气及有机碱反应生成甲酸盐，催化剂 体系包括 Raney Ni催化体系、 Rh催化体系、 Ri催 化体系、 Ir催化体系 实验室研究，多为贵金属催化反应 10 甲醇有望成为 CO2资源化利用下的主要产品 图表：甲醇上游及下游化工品 资料来源：百度百科 ，卓创资讯， 国海 证券研究所整理 甲醇是 一种基本的有机化工原料 ， 用途十分广泛 。 甲醇可以用于合成纤维 、 甲醛 、 塑料 、 医药 、 农药 、 染料 、 合成蛋白质等 化工产品 。 甲醇 还可以 用作直接甲醇燃料电池 (DMFC)和改进的柴油发动机的液体燃料 。 甲醇还可以通过裂解释放出氢气 ， 从而成为氢气储运的载体 。 甲醇 分子 结构简单 ， 利用 二氧化碳 制备 甲醇 ， 过程 也较为容易实现 ， 因此甲醇是从 CO2还原获得的理想产物之一 。 通过二氧 化碳制备甲醇 ， 可以依托现有的 C1化工体系来实现化工品的绿色制造 ， 因此甲醇有望成为 CO2资源化利用 的重要 的方向 。 图表：甲醇和氢气之间的 CO2循环 资料来源： CO2促进 “甲醇经济 ”与 “氢经济 ”共同发展， 国海证券研究所 11 二氧化碳的电催化反应制甲醇尚面临许多困难 CO2电催化反应原理 二氧化碳的电催化还原反应是指通过电极提供能量将二氧化碳还原为 一氧化碳 ， 再转化为其他化学产品的反应 。 由于其易于控制 、 易于回 收利用电解质 、 系统紧凑 ， 易模块化的特点而备受关注 。 CO2电催化制备甲醇面临问题 1） CO2电还原反应条件比较苛刻 ， 需要非常高的能量和极高活性的催 化剂 ； 2） 因为反应能量较高 ， 容易引发副反应和分解反应 ， 转化率不高 ， 副 产物包括甲烷 、 一氧化碳 、 甲酸 、 草酸及其盐 、 甲醛 、 乙烯等 。 3） 目前 二氧化碳还原 反应还没有找到稳定性较高的 催化剂 。 图表： CO2电催化 反应过程 电极反应： CO2+ 6H+ 6e- = CH3OH+ H2O 资料来源： Nmun.,2019,10,3340，国海证券研究所 目前研究的较多的 CO2制甲醇的技术路线分为 ： （ 1） 二氧化碳电催化还原制甲醇； （ 2） 二氧化碳加氢制甲醇 。 其中 ， CO2电还原制甲醇工业化尚存一些关键性挑战 ， 相比之下 CO2加氢耦合 H2O电解制甲醇被证明是最具可实 施性和规模化的路线 。 12 二氧化碳加氢制甲醇反应技术已逐步成熟 CO2加氢反应过程简单，工艺日趋成熟 反应原理 以氢气和二氧化碳为原料反应制备甲醇。二氧化碳和氢气在多原子金属簇催化剂表面吸附，逐步 转化为气态的甲醇 CH3OH。其中所使用的催化剂多为 Cu-Zn-Al体系。 该过程的本质是将可再生能源的能量存储在燃料甲醇中，使能量便于储存与运输，提升化学能的利用率。通过绿色化学反 应产生的甲醇可在一些领域替代传统化石能源，壮大我国清洁能源产业，提升能源多元化保障能力，有助于双碳目标实现 。 图表： CO和 CO2制甲醇反应方程式 资料来源 ： 二氧化碳 与氢合成甲醇技术和产业化 进展 ，国海证券 图表：二氧化碳加氢制甲醇铜基催化剂 资料来源 ： 二氧化碳 催化加氢及其研究 进展 ， 国海证券研究所 13 二氧化碳加氢反应过程 反应过程 氢气制备：若采用绿氢，则需要将风、光等清洁能源转化为电能，通过电解水产生氢气，通过洗涤冷却器提纯氢气作为氢 源。 CO2制备：可收集化工、炼钢等过程产生的二氧化碳无需净化脱硫，直接作为碳源。 甲醇制备和分离：将二氧化碳与氢气在缓冲罐内充分混合，恒温恒压（反应温度约 250350 ，反应压力约 68MPa）下 在甲醇合成塔内反应生成甲醇、水及副反应产物。随后在甲醇分离器内进行气液分离获得粗甲醇产物，最终通过精馏得到 纯度较高的甲醇产物。 图表：二氧化碳加氢制甲醇反应全流程 资料来源 ： 利用 二氧化碳和氢气制备甲醇的 方法 ， 国海 证券研究所整理 图表： 二氧化碳加氢制甲醇工业化进展 资料来源： wind ， IPRCatal，国海 证券研究所 二氧化碳加氢制甲醇工业化进展 公司 /个人 年份 规模 特点 美国化学会全国会议 -Lurgi 1993年 首次公布制备流程 Lurgi向全世界宣布了 CO2制甲醇的过程。此过程采用的催化剂为 Sud-Chemie提供的Cu/ZnO/Al2O3催化剂。 日本 NIRE和 RITE（现为国家先进工业 科学技术研究所， AIST 1996年 首次建立工厂，日产 50kg甲醇 得到的粗甲醇纯度为 99.9%，明显高于合成气制得的甲醇。 日本 Mitsui化学公司 2008年 通过 CO2加氢，每年生产约 100公吨甲醇 CO2来自于工厂的排放气， H2来源于电解水。得到的甲醇用于芳烃和烯烃生产。 Air Liquide Forschung und Entwicklung (ALFE)和 Lurgi公司建 立中试工厂 2010年 - 采用 Cu/ZnO/Al2O3催化剂进行反应， CO2的单程转化率可达 35-45%， 600h几乎保持稳定。 国际碳循环 CRI建设冰岛示范工厂 2012年 年生产量为 4000公吨，回收 5600公吨 CO 2。 该工厂能源由一座火山提供。 兰州新区石化产业投资集团，苏州高 迈新能源和大连化物所 2018年 建立 1000吨的示范工厂。 单程转化率超过 20%，甲醇选择性 为 98%，提纯后 99.9%的含量， 所采用的催化剂满足稳定要求。 东方盛虹 2021年 建设 15万吨级二氧化碳捕集与综合利用项目 将工业尾气中的二氧化碳进行回收，生产出光伏面板的核心组件材料 光伏级 EVA树脂，最终用于光伏发电，创造出一条“变碳为宝”的绿色新路径。 1996 2008 2012 2018 2021 日本 NIRE和 RITE 首次建立实验工厂 日本 Mitsui公司建立 百吨级工厂 国际循环公司 CRI建设冰 岛示范工厂 东方盛虹建设大型工 业化项目 兰州新区建设液体太阳 能项目 1993 Lurgi首次公布制备 流程 2010 ALFE和 Lurgi公司建 立中试工厂 14 CO2制甲醇 前景 广阔 CO2制甲醇效益逐步显露 碳排放制约化工行业发展 终端治理是减碳必由之路 投资建议 风险提示 目录 15 图表 ：不同煤价（含税）下的甲醇生产成本（不含税），元 /吨 资料来源 ：新奥股份 2020年年报， 国海 证券 研究所整理 16 煤制甲醇是我国主要的甲醇生产路线，成本较低 煤制甲醇成本 计算 中国由于“富煤、缺油、少气 ”的资源现状，因此多采用煤为原料生产甲醇。煤制甲醇的生产成本主要由原料煤、燃料煤、 人工、折旧和其他制造费用等构成。我们根据上市公司公告以及公开数据，对煤制甲醇的成本进行了拆分，对不同煤价下 的煤制甲醇成本进行了测算。可以看到在煤价为 800元 /吨（含税价）时，煤制甲醇生产成本仅为 1953元，而当煤价下降 至 300元 /吨时，甲醇成本不足 1000元 /吨，具有明显的成本优势。 图表 ：煤制甲醇成本 拆分 注 ： 1. 取原料煤和燃料煤价格均为 800元 /吨（含税），对应不含税价格 708元； 2. 根据百川盈孚统计，煤制甲醇的单耗为原料煤 1.6吨，燃料煤 0.7吨； 3. 折旧成本、人工成本和制造费用均是通过新奥股份年报披露的甲醇成 本和产量数据计算得到。 资料来源 ：百川盈孚，新奥股份 2020年年报， 国海 证券研究所 项目 成本 成本拆分 （元 /吨） 原料煤成本 1132.74 燃料煤成本 495.58 折旧成本 175.91 人工成本 34.28 其他制造 费用 114.81 总生产成本（元 /吨） 1953.32 0 500 1000 1500 2000 2500 300 400 500 600 700 800 900 1000 17 二氧化碳加氢制甲醇核心是使用绿氢 从反应原理可以看到二氧化碳加氢制甲醇相比于传统的合成气制甲醇需要多消耗一分子的氢气。 世界能源理事会将氢气分 为三类：通过化石能源制备的“灰氢”、通过化石原料制备同时使用碳捕集碳封存技术制备的“蓝氢”、使用可再生能源 制备的“绿氢”。其中灰氢的制备伴随着二氧化碳的排放；蓝氢的制备虽引入低碳技术，但无法彻底避免二氧化碳的排放； 只有绿氢才是真正实现零排放的制氢方式。不同制氢方式产生的碳排放量不同， 若要实现真正的减碳，在二氧化碳加氢过 程中应当使用绿氢 。 图表： 不同制氢路线的二氧化碳排放 资料来源 ： IEA 2019 , 国海证券研究所 图表：现阶段主流制氢技术 资料来源 ： 考虑碳排放在内的化石能和电解水制氢成本研究 ，国海 证券研究所整理 技术 原料 优点 缺点 化石、化 工原料制 氢 煤 成本较低、煤炭存储量高 污染严重，存储有限 天然气 技术成熟 污染量大，成本受天然气 价格波动影响 甲醇 技术成熟 污染量大，甲醇毒性大 电解水制 氢 水、电 绿色环保 耗电量大，转化率不高 化工副产 物制氢 农作物、藻 类 原料成本低 原料含氢量小，转化率不 高 制氢方法 煤制氢 天然气制 氢 电网电制 氢 可再生能 源与核能 制氢 每 kg氢气 产生的 CO2 排放量， kg 20 10 32 0 注： 煤制氢：由于需要将大量的一氧化碳通过变换反应转化为氢气和 二氧化碳 ， 因此碳排放量较大； 天然气制氢：天然气中由于氢含量较 高 ， 因此碳排放量较煤制氢要少； 电网电制氢：由于电网电来自于火 电 ， 在发电过程中产生大量的碳排放 ， 因此电网电制氢排放量最高； 可再生能源与核能制氢：由于发电过程不产生碳排放 ， 因此碳排放量为 0。 图表：不同条件下的电解水制氢成本 资料来源 ： 电解 水制氢成本 分析 ， 国海证券研究所 18 绿氢成本目前仍然较高 电解水制氢成本与化石能制氢成本对比 根据氢气来源和制备技术的不同，制氢成本存在一定差异。目前，以化石原料制 氢成本 较低，在中国由于煤炭资源丰富， 煤炭制氢技术应用最广泛，成本约为 9-14元 /kg。 目前电解制氢技术仍处于发展阶段。根据热力学原理，电解水制得 1Nm3 氢气和 0.5Nm3 氧气的最低电耗需要 3.52 度电， 考虑到电解的效率一般在 75%85%，因此，一般工业生产一标方氢气需耗电 4.5-5.0 度左右。此外，目前电解槽制氢装 置投资及运行费用一般为 0.30.5 元 /Nm3 。综上， 目前使用光伏等可再生能源直接制备氢气，其成本在 0.832.67元 /Nm3（分别对应于 0.13元 /kWh电价和 8000h的工作时间， 0.4元 /kWh电价 和 2000h的工作时间） 对应 于单位质量成本 9.3029.90元 /kg。 图表：不同化石原料价格下的制氢成本 资料来源 ： 煤 制氢与天然气制氢成本分析及发展 建议 ， 国海证券研究所 煤炭价格 ,元 /吨 天然气，元 /m3 氢气成本 ,元 /kg 氢气成本 ,元/Nm3 450 1.67 9.74 0.87 550 1.88 10.53 0.94 650 2.1 11.31 1.01 710 2.31 12.1 1.08 850 2.52 12.88 1.15 950 2.71 13.66 1.22 19 原料成本在煤和天然气制氢成本中占比最高，未来下降空间有限 天然气制氢成本计算 目前工业用氢大部分是通过化石燃料的二次处理得到，其中天然气制氢可同时获得一氧化碳、甲烷等化工原料。天然气制氢成 本可以分为天然气成本、辅料成本、燃料动力消耗、人工费用等，其中天然气和氧气成本在总成本中占比较高。以天然气成本 为 2.5元 /m3为例，可算得天然气成本约为 12.83元 /kg氢气。 煤炭制氢成本计算 国内基于富煤少气的资源结构，煤制氢是目前最主流的制氢路线。在已建成的大型炼厂煤制氢气工艺中，大部分工厂采用水煤 浆气化技术，煤炭成本在制氢成本中占比较高。以煤炭成本为 450元 /吨为例，可算得氢气成本约为 9.9元 /kg氢气。 图表：天然气及煤制氢成本拆分 注：以天然气 2.5元 /m3、煤炭 450元 /t、氧气外购 0.5元 /m3计算 资料来源 ： 考虑碳排放在内的化石能和电解水制氢成本研究 ， 国海证券研究所 项目 天然气制氢 煤制氢 成本拆分 （元 /标立） 原料费 0.838 0.34 氧气 0.21 辅助材料 0.014 0.043 燃料动力能耗 0.184 0.069 直接工资 0.012 0.012 制造费用 0.065 0.135 财务及管理费 0.029 0.06 体积成本（元 /标立） 1.141 0.869 折每千克成本（元 /kg） 12.83 9.90 20 电解水制氢成本取决于电费和装置投资，有望持续下降 电解水制氢成本计算 目前碱性电解水制氢技术的发展速度很快，近年来也已得到广泛应用。在电解水制氢的成本中，电费和装置折旧占比最高， 其中电费对于成本的影响最为显著，目前在小型电解水装置上使用工业用电的制氢成本可达 22.97元 /kg。考虑到未来随着 电解水装置的大型化发展，以及电解水装置连续工作时间的提升，预计电解水制氢的折旧成本仍有很大的降低空间。同时 考虑到可再生能源发电的成本逐步下降，未来电解水制氢的成本有望下降至较低水平。 图表：电解水制氢成本拆分 注 ： 1. 制氢成本 =电价 x单位电耗 +(每年折旧 +每年运维 )/每年制氢总量 +单位水耗 x水价 -氧气销售收益 2. 生产一标方氢气可副产 0.5标方氧气，出售氧气可获得收益用于抵消部分氢气生产成本，假设氧气销售价格为 400元 /吨 (不含税价 ) 3. 为了计算电解水制氢的具体成本，做出如下假设 : 1000Nm3/h碱性电解槽成本 850万元，不含土地费用，土建和设备安装 150万元 ;每方氢气消耗 原料水 0.001吨，冷却水 0.001吨，水费 5元 /吨 ; 设备折旧期 10年，土建及安装折旧期 20年，采用直线折旧，无残值，设备每年折旧 10%，土建和 安装每年折旧 5%;用电价格 0.4元 /kWh，每方氢气耗电 5kWh，每年工作 4000小时，每年制氢 400万 Nm3，人工成本和维护成本每年 40万元。 资料来源 ： 电解 水制氢成本 分析 ， 国海证券研究所 项目 成本 成本拆分 （元 /标方） 折旧成本 0.23 原料成本 0.01 人工运维成本 0.1 电耗成本 2 氧气收益（元 /标方） 0.29 体积成本（元 /标方） 2.05 折每千克成本（元 /kg） 22.97 图表：二氧化碳制甲醇成本测算 注 ： 1. 二氧化碳可以通过对工业废气进行收集处理得到，成本较低，约 200元 /吨。 2. 根据新奥股份年报 数据 显示，其 2020年煤 制甲醇制造费用 （人工、折旧和其他 制造 费用等） 325元 /吨，相比之下 ，二氧化碳 加氢制甲醇装置在合成环节的能 耗和投资高于煤制甲醇，但省去了煤气化及变换环节 ，考虑到目前装置未经过大型化验证，假设 其制造费用与煤制 甲醇相比略高，为 400元 /吨。 3. 碳市场碳排放配额价格按照 2021年 12月 10日全国碳市场碳排放配额（ CEA）收盘价 42.69元 /吨计算。 4. 国家发改委起草的 2022年煤炭中长期合同签订履约工作方案 (征求意见稿 ) 中将煤炭中长期合同 5500大卡动力煤基准价由此前的 535元 (吨价，下同 )调整至 700元，并设定浮动范围为 550元 850元。预计未来煤炭价格将保持在 800元左右浮动。 资料来源：百川盈孚 ，国家发改委， 国海 证券研究所整理 21 二氧化碳 +绿氢制甲醇的成本主要取决于绿氢成本 二氧化碳加氢制甲醇生产成本计算 生产 1吨甲醇 ， 理论计算 需 消耗 0.1875吨氢气 ， 1.375吨二氧化碳 。 按照 98%的选择性 ， 则生产一 吨 甲醇实际需消耗约 0.19吨 氢气 ， 1.4吨二氧化碳 。 在对 氢气价格 、 二氧化碳价格及制造费用进行合理假设后 ， 可以算得二氧化碳加氢制甲醇 的 成本 ， 在电费价格为 0.07元 /度 （ 对应氢气成本为 7.01元 /kg） 时 ， 为 1953元 /吨 ， 与煤价 800元 /吨时的煤制甲醇成本相 当 。 电费，元 /度 制氢成本，元 /kg 原料成本，元 制造费用，元 生产成本，元 /吨 减碳收益，元 /吨 综合生产成本，元 /吨 对应煤制甲醇的煤炭含税价格，元 /吨 0.07 7.01 1613 400 2013 59.90 1953 800 0.13 10.00 2194 400 2594 59.90 2534 1085 0.33 20.00 4107 400 4507 59.90 4447 2025 0.53 30.00 6020 400 6420 59.90 6361 2965 22 二氧化碳加氢制甲醇成本快速下降，若考虑碳税，则经济性将凸显 不考虑碳税情况下，技术进步推动二氧化碳加氢制甲醇成本与煤制甲醇差距快速缩小 在煤价 800元 /吨时，煤制甲醇的成本约为 1953元 /吨。在此甲醇成本之下，若使用二氧化碳 +绿氢制甲醇，对应的氢气成本需 要降至 7.01元 /kg （ 0.63元 /Nm3，取 CO2价格 200元 /吨，制造费用 400元 /吨）， 电解 水电价下降至 0.07元 /度（ 不考虑氧气 收益，取包含折旧、人工在内的电解水固定成本 0.3元 /Nm3 ）。根据宝丰能源公告显示， 其已建成的光 伏发电 及电解 水制氢 示范项目，氢气综合成本可以控制在 1.34元 / Nm3。而在其计划新建的光伏制氢项目的经济可行性分析中，每方氢气的成本可 控制在 0.7元 / Nm3 ，接近 0.63元 / Nm3 ，表明随着光伏发电成本的下降，二氧化碳和绿氢结合制甲醇的成本与煤制甲醇快速 缩小。 考虑碳排放成本，二氧化碳加氢制甲醇相比煤制甲醇经济性逐渐显现 目前国内尚未开始征收碳税，但是中国目前已经开始试点交易碳排放 配额。 目前煤制甲醇过程中，生产一吨甲醇的 CO2总排放 量为 3.85t，其中包括 2.06吨的工艺排碳。而二氧化碳和绿氢结合制甲醇，不仅不产生工艺排碳，反而会消耗 CO2作为原料， 实现每生产一吨甲醇减排 CO2至少 1.375吨。若不考虑加工过程的碳排放（能源消耗），仅工艺端而言，二氧化碳和绿氢结合 制甲醇相比煤制甲醇可减少碳排放 3.44吨。按照 2021年 12月 10日全国碳市场碳排放配额（ CEA）收盘价 42.69元 /吨计算，则 减排的 CO2价值 147元。国际货币基金组织预测，为实现 2030年 2 的控温目标，每吨二氧化碳定价应在 75美元 左右，若按此 计算， 则二氧化碳和绿氢结合制甲醇相比煤制甲醇所减排的 CO2价值可高达 1677元，那么长期来看二氧化碳和绿氢结合制甲 醇的优势 将越来越明显 。 CO2制甲醇 前景 广阔 CO2制甲醇效益逐步显露 碳排放制约化工行业发展 终端治理是减碳必由之路 投资建议 风险提示 目录 23 2015年 10月 26日在党的十八届五中全会上 ， 中央首次提出实行能源消耗总量和强度 “ 双控 ” 行动 。 “ 十四五 ” 规划中 ， 中 央进一步提出要完善能源消费总量和强度双控制度 ， 重点控制化石能源消费 ， 2025年单位 GDP能耗和碳排放比 2020年分别 降低 13.5 、 18 。 未来国家将实施以碳强度控制为主 、 碳排放总量控制为辅的制度 。 2021年 12月的中央经济会议上 ， 中央进一步提出要 正确认识和把握碳达峰碳中和 。 要 狠抓绿色低碳技术攻关 。 要科学考核 ， 新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制 ， 创造条件尽早实现能耗 “ 双控 ” 向碳排放总量和强度 “ 双控 ” 转变 ， 加快形成减污降碳的激励约束机制 ， 防止简单层层分解 。 24 从能耗双控到碳排放双控，减少碳排放任务艰巨 表格：中国政府对于 “能耗双控 ”概念提出与发展 资料来源：国家发改委 ，金融界，国海 证券研究所整理 十八届五中全会中 “十一五”规划 “十二五”规划 “十三五”时期 “十四五”规划 实行能源消耗总量和 强度双控行动 单位 GDP能耗降低 作为约束性指标写 入资源利用效率段 落 提出了合理控制能源 消费总量的要求，逐 步形成二元指标约束 体系 实施能耗总量和强度 “双控”行动，明确 要求能源消费总量控 制在 50亿吨标准煤以 内 进一步提出完善能源 消费总量和强度双控 制度，重点控制化石 能源消费， 2025年单 位 GDP能耗和碳排放 比 2020年分别降低 13.5、 18 图表：我国 2018年分行业能源消费总量（万吨标准煤） 资料来源：国家统计局，国海证券研究所整理 化工行业是经济社会发展的支柱产业 , 同时也是耗能和温室气体排放大户 。 2018年 ， 石化化工行业能源消费 8.77亿吨标煤 ， 占我国能源消费总量 47.1亿吨标煤的 18.6%， 占工业终端能源消费量 30.0 亿吨标煤的 26.3%。 25 化工行业能源消费量和 CO2排放量占比较高 消费总量 471925 农林牧渔 8781 工业 322503 采矿业 19233 制造业 268426 石油、煤炭及其他燃料加工业 28689 化学原料和化学制品制造业 51278 化学纤维制造业 2329 橡胶和塑料制品业 4793 33566 建筑业 8685 交通运输、仓储和邮政业 43617 批发和零售业、住宿和餐饮业 12994 其他 26262 居民生活 60436 2020年 ， 石化化工行业 CO2排放 14.81亿吨 ， 相比 2016年增长 10.52%。 其中 11个重点子行业排放 9.6亿吨 ， 占全行业碳排放 量比例约 65%。 化工主要产品按目前排放总量排序 ， 依次是合成氨 、 甲醇 、 炼油 、 电石 、 煤制能源 、 乙烯 。 26 煤化工和石油化工碳排放量占比较高 图表：石油和化工行业主要碳 排放量（万吨） 资料来源 ：石油和化学工业规划院， 国海证券研究所整理 图表：石化化工行业 CO2排放总量变化情况（亿吨） 资 料来源 ：石油和化学工业规划院， 国海证券研究所整理 0 2 4 6 8 10 12 14 16 2016 2017 2018 2019 2020 重点行业（品种） 其余行业（品种） 0 5000 10000 15000 20000 25000 2019 2020 图表：流入流出企业边界的碳源流 资 料来源： 中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试 行） ，国海证券研究所整理 图表：以煤气化为龙头的煤化工生产过程的碳流向示意图 资 料来源： 煤化工生产和消费过程的碳利用分析 ，国海证券研究所整理 对于企业生产活动而言 ， 其产生的碳排放有直接排放 （ 原料和燃料转化过程中的碳排放 ） ， 也有间接排放 （ 所外购原料 、 电 力和蒸汽等在生产过程中产生的碳排放 ） 。 以煤化工为例 ， 其直接碳排放来自于原料煤和燃料煤的转化 ， 其中原料煤中的一部分碳元素经与水反应制备氢气后 ， 转化为 二氧化碳排出 ， 燃料煤中的碳元素则大多通过燃烧为化学反应提供能量 ， 并转化为二氧化碳排入空气 。 27 化工行业碳排放主要来自于原料和燃料的转化 CO2制甲醇 前景 广阔 CO2制甲醇效益逐步显露 碳排放制约化工行业发展 终端治理是减碳必由之路 投资建议 风险提示 目录 28 化工实现碳中和应把握“源头减碳、过程降碳、尾端固碳” 一是 :源头治理 减少高碳化石能源的使用 , 开发可再生能源。 二是 :过程治理 生产与消费中实施节能措施。（离子膜法、绿氨技术） 三是 :终端治理 CO2捕集、储存和加以利用。（ CO2资源化利用） 29 化工行业实现碳中和需要从全生命周期入手 图表：二氧化碳全生命周期治理 资料来源 ： 以 碳减排、回收利用模式提升现代煤化工发展的分析与 探讨 ，国海证券研究所 图表：氢能在未来能源结构中的作用 资料来源： 氢能在综合能源系统中的应用前景 ，国海证券研究所整理 源头治理：发展新能源和可再生二次能源 2021年 10月 26日，国务院正式发布 2030年前碳达峰行动方案 。方案要求大力发展新能源。也可发展可再生二次能 源，如氢 能、生物 柴油等新型能源。 过程治理：过程降碳落实节约优先方针 推进重点用能设备节能增效。以电机、风机、泵、压缩机、变压器、换热器、工业锅炉等设备为重点，全面提升能效标 准。建立以能效为导向的激励约束机制，推广先进高效产品设备，加快淘汰落后低效设备。 30 源头治理和过程治理是当前化工行业减碳的主要手段 图表： CCUS应用流程 资料来源：百度百科 ，中国碳排放交易网，国海 证券研究所整理 二氧化碳捕集利用与封存 (CCUS)是 CO2终端治理的主要方式之一 。 CCUS指将 CO2从工业排放源中分离后或直接加以利用或封 存 ， 以实现 CO2减排的工业过程 。 CCUS 是目前唯一能够实现化石能源大规模低碳化利用的减排技术 ， 未来有广阔的发展空间 。 近年来 ， 我国 CCUS各环节技术均取得了显著进展 ， 目前正在加快 CCUS在碳循环经济等领域的应用 ， 为绿氢 、 可再生能源电 解水制氢等创造更多碳循环应用场景 。 未来随着 CCUS技术全面进步 ， 绿氢与二氧化碳结合制甲醇 ， 将有着十分广阔的空间 。 31 终端治理是实现碳中和必由之路，二氧化碳制甲醇未来可期 CO2制甲醇 前景广阔 CO2制甲醇效益逐步显露 碳 排放制约化工行业发展 终端治理是减碳必由之路 投资建议 风险提示 目录 32 33 推荐 公司：万华化学、中国化学 由万华化学参股 30%、 中国 化学控股 51%的华陆工程科技有限公司完成了兰州新区液态阳光二氧化碳加氢制甲醇项目的工程设计 。 该项目 是中科院大连化物所李灿院士根据中国能源与生态环境现况在西部地区先行先试的一个项目 ， 是全球首套规模化 (千吨级 )合成绿色甲醇示范 装置 。 项目由太阳能光伏发电 、 电解水制氢和二氧化碳加氢合成甲醇三个基本技术单元构成 ， 是从可再生能源到绿色液体燃料甲醇生产的 全新途径 。 在电解水制氢方面 ， 该项目实现了高效 、 低成本 、 长寿命规模化电催化分解水制氢技术 ， 实现了大于 1000标方氢 /小时规模化产 氢 ， 单位氢能耗降低至 4.3度电 /方氢以内 。 在二氧化碳加氢制