氫氣多少錢(qián)一噸（氫能源行業(yè)專題研究）

（報(bào)告出品方/作者：中泰證券，陳晨）1氫能——21世紀(jì)的理想能源氫能是對(duì)能源結(jié)構(gòu)的又一次革新非石化新能源轉(zhuǎn)型成為必然。人類社會(huì)經(jīng)歷了三次大的能源革命，自原始人類首次使用火開(kāi)始，能源便成為人類社會(huì)的必須資源，木材成為早期廣泛使用的能源；176

（報(bào)告出品方/作者：中泰證券，陳晨）

1 氫能——21 世紀(jì)的理想能源

氫能是對(duì)能源結(jié)構(gòu)的又一次革新

非石化新能源轉(zhuǎn)型成為必然。人類社會(huì)經(jīng)歷了三次大的能源革命，自原 始人類首次使用火開(kāi)始，能源便成為人類社會(huì)的必須資源，木材成為早期廣泛使用的能源；1769 年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，煤炭在 18 世紀(jì)八十年代 成為總量最大的一次能源，自此完成了第一次能源革命，帶來(lái)了以機(jī)器 為動(dòng)力的社會(huì)化生產(chǎn)時(shí)期，促進(jìn)了鋼鐵、冶金等行業(yè)的發(fā)展和城市的建設(shè)；1886 年內(nèi)燃機(jī)發(fā)明，油氣作為高效能源在一次能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中快 速提升至超過(guò) 50%（1965 年），完成了煤炭向油氣的第二次革命，促進(jìn)了飛機(jī)、汽車、化工等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；隨著對(duì)能源需求的增長(zhǎng)和低碳發(fā)展 的需要，傳統(tǒng)石化能源向非石化新能源轉(zhuǎn)換的第三次能源革命成為必然。

氫能是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要途徑。近年來(lái)以風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源為代表的新能源獲得了大力的發(fā)展，脫碳加氫、清潔高效成為未來(lái) 能源演變的趨勢(shì)，而氫能作為一種可再生的二次能源，來(lái)源豐富，可以 從水、化石燃料等含氫物質(zhì)中制取，是重要的工業(yè)原料和能源載體，質(zhì)量能量密度高，使用過(guò)程環(huán)境友好，無(wú)碳排放，能滿足未來(lái)能源發(fā)展的多種要求，被標(biāo)榜為 21 世紀(jì)的理想能源，被多個(gè)國(guó)家提升至國(guó)家戰(zhàn)略 高度。

一方面，由于風(fēng)、光等可再生能源的波動(dòng)性導(dǎo)致其難以直接并網(wǎng) 大規(guī)模利用，國(guó)家發(fā)改委明確將氫能納入新型儲(chǔ)能方式，由可再生能源 制取氫氣，氫氣再轉(zhuǎn)化為終端能源，有利于促進(jìn)可再生能源消納，加快 能源結(jié)構(gòu)綠色轉(zhuǎn)型。另一方面，中國(guó)工業(yè)和交通業(yè)高度依賴傳統(tǒng)化石能 源，脫碳難度高。推行綠氫替代可促進(jìn)綠色化工、綠色交通的發(fā)展，助 力工業(yè)、交通業(yè)等碳密集行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和。因此氫能將成為與風(fēng)、光、 水等一次能源互補(bǔ)的重要能源載體和雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑。

氫具有以下的特點(diǎn)：

氫能是一種清潔能源，無(wú)論是燃燒還是電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物只有水，沒(méi)有 傳統(tǒng)能源利用所產(chǎn)生的的污染物及二氧化碳，真正實(shí)現(xiàn)低碳或零碳排放， 滿足未來(lái)能源發(fā)展低碳環(huán)保的要求。

制氫方式多樣，作為可再生的二次能源，氫可以來(lái)源于化石能源重整、 生物質(zhì)熱裂解、微生物發(fā)酵、工業(yè)副產(chǎn)以及電解水等多種途徑，考慮到 風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源發(fā)電具有不穩(wěn)定性，氫作為一種儲(chǔ)能手段，不僅能夠與之互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰，拓展了可再生能源的利用方式。

氫能靈活且高效。氫熱值達(dá)到 143MJ/kg，是同質(zhì)量焦炭、汽油等化石 燃料的 3-4 倍，通過(guò)燃料電池可實(shí)現(xiàn)綜合轉(zhuǎn)化效率 90%以上，利用過(guò)程 中能量損耗小。同時(shí)氫能可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括發(fā)電（分布式供電供暖）、交通（結(jié)合燃料電池應(yīng)用于汽車、軌道交通、船舶等領(lǐng)域，具有長(zhǎng) 續(xù)航歷程、加注速度快等優(yōu)勢(shì)）、冶煉（作為高效的還原劑和熱源，減少 碳排放）、建筑等。 氫氣是易燃易爆氣體，其燃點(diǎn)為 574°C，爆炸極限廣至 4%~75%，安 全問(wèn)題極為重要。因此氫氣的儲(chǔ)運(yùn)具有一定難度，但也是保證氫氣安全 且經(jīng)濟(jì)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過(guò) 10 萬(wàn)億，空間廣闊。截至 2019 年，氫能在我國(guó)能源體系中占 比僅為 2.7%，計(jì)劃到 2050 年提升至 10%，2060 年提升至 20%，氫氣 需求量將分別達(dá)到 6000 萬(wàn)噸、1.3 億噸。2050年加氫站建設(shè)達(dá)到 1 萬(wàn) 座，燃料電池車產(chǎn)量達(dá)到 500 萬(wàn)輛/年，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)能達(dá)到 550 萬(wàn) 套/年，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到 10 萬(wàn)億元以上，行業(yè)未來(lái)發(fā)展空間廣闊。

國(guó)外：美、日等國(guó)將氫能定位國(guó)家能源戰(zhàn)略高度，具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)

全球主要國(guó)家高度重視氫能與燃料電池的發(fā)展，美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家 已經(jīng)將氫能上升到國(guó)家能源戰(zhàn)略高度，相關(guān)領(lǐng)域自 1970 年已經(jīng)開(kāi)始關(guān) 注，在行業(yè)內(nèi)有技術(shù)和應(yīng)用等多方面的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

美國(guó)是最早將氫能及燃料電池作為能源戰(zhàn)略的國(guó)家。根據(jù)北極星氫能網(wǎng)， 早在 1970 年，美國(guó)就已經(jīng)提出“氫經(jīng)濟(jì)”的概念，國(guó)家能源研究和開(kāi)發(fā)組織開(kāi)始贊助氫能源相關(guān)研究；1990 年克林頓政府出臺(tái)了《1990 年 氫研究、開(kāi)發(fā)及示范法案》、《氫能前景法案》等支持政策；布什政府將 氫能源納入國(guó)家能源戰(zhàn)略體系之中，發(fā)布了《國(guó)家能源政策報(bào)告》、《美國(guó)向氫經(jīng)濟(jì)過(guò)渡的 2030 年遠(yuǎn)景展望》等政策性報(bào)告，并提出《國(guó)家氫能發(fā)展路線圖》，系統(tǒng)實(shí)施國(guó)家氫能計(jì)劃；2004 年-2008 年，美國(guó)能源部先后發(fā)布《氫能技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)與示范行動(dòng)計(jì)劃》、《先進(jìn)能源倡議》、 《氫立場(chǎng)計(jì)劃》等政策，用于氫能的相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)的年度資金也從 2004 年的 1.5 億美元增加到 2008 年的 2.76 億美元，重要性被不斷提高；奧 巴馬政府發(fā)布《全面能源戰(zhàn)略》，政府和企業(yè)共同出資開(kāi)展“氫能美國(guó)”、“國(guó)家燃料替代與充電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃”等項(xiàng)目，助力汽車制造商建設(shè)加氫站； 特朗普政府在 2017 年先后退出《巴黎協(xié)定》和《清潔能源計(jì)劃》，但繼 續(xù)將氫能與燃料電池作為美國(guó)有限能源戰(zhàn)略，開(kāi)展前沿技術(shù)研究。

綜上， 美國(guó)以占有關(guān)鍵核心技術(shù)為主要目標(biāo)，商業(yè)化推廣項(xiàng)目稍弱，近年來(lái)雖 然相關(guān)規(guī)劃和政策逐漸減少，但繼續(xù)保持對(duì)氫能和燃料電池技術(shù)的研發(fā) 支持，以確保美國(guó)在相關(guān)技術(shù)的領(lǐng)先地位。截止 2018 年底，美國(guó)在氫 能及燃料電池領(lǐng)域擁有的專利僅次于日本，尤其在質(zhì)子交換膜燃料電池、 燃料電池系統(tǒng)、車載儲(chǔ)氫三大領(lǐng)域技術(shù)專利數(shù)量上，美、日兩國(guó)占比總和均超過(guò)了 50%；美國(guó)液氫產(chǎn)能和燃料電池乘用車保有量全球第一，在 在營(yíng)加氫站 42 座，2025 年計(jì)劃達(dá)到 200 座，燃料電池乘用車數(shù)量達(dá)到 5899 輛，全年固定式燃料電池安裝超過(guò) 100 兆瓦，累計(jì)固定式燃料電 池安裝超過(guò) 500 兆瓦。

日本致力于成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)的國(guó)家。日本能源對(duì)外依存度高，一次能源對(duì)外依存度高達(dá) 94%，而核電重啟阻力大，其他可再生能源計(jì)劃進(jìn)展緩慢。2003 年 10 月，日本《第一次能源基本計(jì)劃》中首 次提出建設(shè)未來(lái)“氫能源社會(huì)”，通過(guò)進(jìn)口海外氫氣資源、利用燃料電池 進(jìn)行終端利用領(lǐng)域革命等措施，改變?nèi)毡镜哪茉垂┬杞Y(jié)構(gòu)和消費(fèi)方式。 2016 年 5 月日本政府承諾 2030 年、2050 年將溫室氣體排放量較 2013 年分別削減 26%、80%，該計(jì)劃是基于 2015 年 12 月巴黎氣候大會(huì)上 達(dá)成的相關(guān)協(xié)定制定的。

為了達(dá)成在 2030 年前溫室氣體排放減少 26% 的目標(biāo)，日本將全面普及 LED 照明設(shè)施，導(dǎo)入 530萬(wàn)臺(tái)高效率的家庭 用燃料電池，使得家庭和辦公場(chǎng)所二氧化碳排放量減少約四成（來(lái)源： 人民網(wǎng)）。在過(guò)去三十年里，日本政府先后投入數(shù)千億日元用于氫能及燃料電池技術(shù)的研究和推廣，并對(duì)加氫基礎(chǔ)設(shè)施和終端應(yīng)用進(jìn)行補(bǔ)貼，截止 2018 年底，日本氫能和燃料電池技術(shù)擁有專利數(shù)全球第一，在營(yíng)加 氫站 113座，燃料電池乘用車保有量 2839 量，2025年計(jì)劃建成加氫站900座，燃料電池乘用車保有量達(dá)到 20 萬(wàn)輛，2030 年達(dá)到 80 萬(wàn)輛， 2040 年實(shí)現(xiàn)燃料電池車的普及。其中 2014 年量產(chǎn)的豐田 Mirai 燃料電池車電堆最大輸出功率達(dá)到 114 千瓦，能在零下 30 攝氏度的低溫地帶 啟動(dòng)行駛，一次加注氫氣最快只需要 3 分鐘，續(xù)航超過(guò) 500 千米，用戶 體驗(yàn)與傳統(tǒng)汽車無(wú)異。

歐洲脫碳決心大，推動(dòng)可再生能源與氫能協(xié)同發(fā)展。歐盟積極探索向脫 碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，將氫能作為能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要保障，在促進(jìn) 可再生能源發(fā)展的政策文件中均提及支持氫能與燃料電池。在能源戰(zhàn)略 層面，制定了《2005 歐洲氫能研發(fā)與示范戰(zhàn)略》《2020 氣候和能源一攬 子計(jì)劃》《2030 氣候和能源框架》《2050 低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》等文件；在能 源轉(zhuǎn)型層面，發(fā)布了《可再生能源指令》《新電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)指令和規(guī)范》 《氣候行動(dòng)和可再生能源》《所有歐盟人的清潔能源》等文件。

歐盟的氫 能 發(fā) 展 力 量 已 形 成 合 力 ， 對(duì) 氫 能 的 具 體 支 持 主 要 在 框 架 計(jì) 劃 （frameworkProgramme，簡(jiǎn)稱 FP）下進(jìn)行。第六個(gè)研究框架計(jì)劃期 間（2003－2006 年）共計(jì)投資約 1 億歐元，其中 32%的資金用于氫氣 儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)開(kāi)發(fā)。第七個(gè)研究框架計(jì)劃期間（2007－2013 年）在 154 個(gè) 項(xiàng)目和行動(dòng)計(jì)劃中投資4.4 億歐元，年平均研究開(kāi)發(fā)支出和市場(chǎng)部署支出分別增長(zhǎng) 8%和 6%，專利和年?duì)I業(yè)額平均增長(zhǎng) 16%和 10%。第八個(gè) 研究框架計(jì)劃期間（2014－2020 年）投資明顯加大，總計(jì)投資預(yù)計(jì)達(dá) 13.3 億歐元，加速推進(jìn)歐盟氫能和燃料電池應(yīng)用的商業(yè)部署。

截止 2018 年底，歐洲在營(yíng)加氫站 152 座，燃料電池乘用車月 1080 輛，計(jì)劃在 2025年建成運(yùn)營(yíng)加氫站 770 座，2030 年達(dá)到 1500 座；歐盟在氫氣制取、儲(chǔ)運(yùn)等供應(yīng)鏈技術(shù)全球領(lǐng)先，擁有 1500km長(zhǎng)的專用輸氫管道，率先開(kāi)展了可再生能源制氫并摻入天然氣管網(wǎng)的商業(yè)示范運(yùn)營(yíng)，計(jì)劃利用可再生 能源和氫能協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域脫碳減排德國(guó)是歐洲在氫能方面 領(lǐng)先的國(guó)家，政府專門(mén)成立了國(guó)家氫能與燃料電池技術(shù)組織推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域工作，并在 2006 年啟動(dòng)了氫能和燃料電池技術(shù)國(guó)家創(chuàng)新計(jì)劃，從 2007 至 2016 年共投資 14 億歐元。截止 2018 年底，德國(guó)可再生能源制氫規(guī)模全球第一，燃料電池的供應(yīng)和制造規(guī)模全球第三，加氫網(wǎng)絡(luò)全球第二 大，在營(yíng)加氫站 60 座，僅次于日本。

韓國(guó)能源狀況與日本類似，推進(jìn)氫能發(fā)展振興產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，計(jì)劃在 2030 年進(jìn)入氫能社會(huì)。2008年，韓國(guó)政府發(fā)布低碳綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略，先后投入 3500 億韓元實(shí)施綠色新政、百萬(wàn)綠色家庭、綠色氫城市等示范項(xiàng)目，并在《韓國(guó)新能源汽車規(guī)劃》《氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)戰(zhàn)略路線圖》等規(guī) 劃政策中明確了燃料電池汽車發(fā)展目標(biāo)。2015 年韓國(guó)環(huán)境部確定，2030 年碳排放量降低 37%的目標(biāo)，將氫能定位為未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心增長(zhǎng)引擎和發(fā)展清潔能源的核心。

2018年韓國(guó)政府發(fā)布《創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略投資計(jì) 劃》，將氫能產(chǎn)業(yè)列為三大戰(zhàn)略投資方向之一，計(jì)劃未來(lái)5 年投入 2.5 萬(wàn) 億韓元。2019年，韓國(guó)工業(yè)部聯(lián)合其他部門(mén)發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖》， 其發(fā)展目標(biāo)和重點(diǎn)與日本《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》具有高度相似 性，提出在 2030 年進(jìn)入氫能社會(huì)，率先成為世界氫經(jīng)濟(jì)領(lǐng)導(dǎo)者。截止 2018 年底，韓國(guó)在營(yíng)加氫站 14 座，燃料電池乘用車保有月 300 量，計(jì) 劃到 2025 年建成加氫站 210 座，2030 年達(dá)到 520 座，到 2025 年燃料 電池乘用車保有量達(dá)到 15 萬(wàn)輛，2030 年 63 萬(wàn)輛，到 2040 年分階段生 產(chǎn) 620 萬(wàn)輛。

國(guó)內(nèi)：制氫擁有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，未來(lái)發(fā)展空間廣闊

國(guó)內(nèi)政策支持持續(xù)，但行業(yè)尚未形成體系，未來(lái)發(fā)展空間廣闊、潛力巨 大。當(dāng)前我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，中央及地方支持政策密集出臺(tái)，行業(yè) 頂層設(shè)計(jì)呼之欲出，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展正步入快車道。目前，我國(guó)氫能 已逐步建立起制儲(chǔ)運(yùn)加用等重點(diǎn)環(huán)節(jié)較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，初步具備了規(guī)模 化發(fā)展的基礎(chǔ)，但氫能產(chǎn)業(yè)仍面臨核心技術(shù)、關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口、產(chǎn) 業(yè)配套能力不足等問(wèn)題；而國(guó)內(nèi)擁有豐富的氫能供給經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)， 擁有目前世界上規(guī)模最大的制氫能力，低成本的氫源將能支持產(chǎn)業(yè)早期 的發(fā)展，且國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)廣闊、潛力巨大。

氫能持續(xù)獲關(guān)注，以獎(jiǎng)代補(bǔ)政策推動(dòng)示范性發(fā)展。以獎(jiǎng)代補(bǔ)早在 2006 年國(guó)務(wù)院就在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》 提出發(fā)展氫能及燃料電池相關(guān)的核心技術(shù)；2019 年氫能首次寫(xiě)入《政府 工作報(bào)告》，提出推動(dòng)加氫等設(shè)施建設(shè)；2019 年 11 月，國(guó)家發(fā)改委等 15 個(gè)部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)深度融合發(fā)展的 實(shí)施意見(jiàn)》，提出推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、集聚發(fā)展，完善氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、 加注等設(shè)施和服務(wù)；2020 年初，國(guó)家發(fā)改委、司法部發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)綠色生產(chǎn)和消費(fèi)法規(guī)政策體系的意見(jiàn)》，將于 2021 年完成研究制定氫 能發(fā)展的標(biāo)注規(guī)范和支持政策；2020 年 4 月，國(guó)家能源局發(fā)布《中華人 民共和國(guó)能源法（征求意見(jiàn)稿）》，氫能被列為能源范疇；2020 年 9 月五 部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，將采取以獎(jiǎng) 代補(bǔ)的方式對(duì)入圍示范的城市群，按照其目標(biāo)完成情況核定并撥付獎(jiǎng)勵(lì) 資金。

近年，氫能及燃料電池相關(guān)政策文件密集出臺(tái)，覆蓋了氫能發(fā)展規(guī)范、氫氣制儲(chǔ)運(yùn)、氫能與風(fēng)電光伏結(jié)合、燃料電池研發(fā)應(yīng)用推廣，包括各個(gè) 環(huán)節(jié)的規(guī)劃、政策等，對(duì)氫能及燃料電池發(fā)展的各個(gè)環(huán)節(jié)提出了規(guī)范和 支持手段，大力推進(jìn)行業(yè)的研發(fā)和應(yīng)用。

全國(guó)政策：2020 年 9 月發(fā)改委、能源局、財(cái)政部等聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展 燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，將對(duì)燃料電池汽車的購(gòu)臵補(bǔ)貼政策，調(diào) 整為燃料電池汽車示范應(yīng)用支持政策，對(duì)符合條件的城市群開(kāi)展燃料電 池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應(yīng)用給予獎(jiǎng)勵(lì)。示范期暫定為四 年，示范期間，將采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方式，對(duì)入圍示范的城市群按照其 目標(biāo)完成情況給予獎(jiǎng)勵(lì)。每個(gè)示范城市群最高可獲得 18.7 億補(bǔ)貼，涵蓋 制氫、加氫、燃料電池零部件、整車等各個(gè)環(huán)節(jié)。另外在《2030 年前碳 達(dá)峰行動(dòng)方案》中也將氫能提到了極高的位臵，強(qiáng)調(diào)其在碳達(dá)峰中的重 要作用。

地方政策：兩批示范城市群陸續(xù)獲批。2021 年 8 月，財(cái)政部、工信部、 科技部、發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車示范應(yīng)用的 通知》，燃料電池示范城市群政策正式落地，首批三個(gè)示范城市群——京 津冀城市群、上海城市群、廣東城市群陸續(xù)啟動(dòng)。京津冀城市群由北京 市大興區(qū)牽頭，聯(lián)合海淀、昌平等六個(gè)區(qū)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，以及天津 濱海新區(qū)、河北省保定市、唐山市、山東省濱州市、淄博市等共 12 個(gè) 城市（區(qū)）組建。要對(duì)標(biāo)國(guó)家示范要求，實(shí)現(xiàn)示范城市群預(yù)期指標(biāo)全部 達(dá)標(biāo)，8 項(xiàng)核心零部件取得技術(shù)突破、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，車輛應(yīng)用不少于 5300 輛，購(gòu)車成本降幅超過(guò) 40%，新建投運(yùn)加氫站不低于 49 座，氫氣售價(jià)

不高于 30 元/公斤。上海城市群由上海市牽頭，聯(lián)合蘇州、南通、嘉興、 淄博、寧夏寧東、鄂爾多斯市等 6 個(gè)城市組建。上海率先發(fā)布落地方案 ——《關(guān)于支持本市燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策》，涉及支持整車應(yīng) 用、支持關(guān)鍵零部件發(fā)展等六部分安排，明確提出到 2025 年底前，市級(jí)財(cái)政將按照國(guó)家燃料電池汽車示范中央財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金 1:1 比例出資， 在支持整車產(chǎn)品示范應(yīng)用方面按照每 1 積分 20 萬(wàn)元給予獎(jiǎng)勵(lì)。廣東城 市群由佛山市牽頭，聯(lián)合廣州、深圳、珠海、東莞、中山、陽(yáng)江、云浮 以及省外的福州、淄博、包頭、六安等城市組建。廣東省級(jí)財(cái)政按照國(guó) 家獎(jiǎng)補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn) 1:1 給予配套資金，省內(nèi)示范城市相關(guān)地市財(cái)政按照國(guó)家和 省的獎(jiǎng)補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn) 1:1 給予配套補(bǔ)貼。

此外，第二批示范城市群也已經(jīng)獲批， 包括鄭州城市群和張家口城市群，鄭州城市群以鄭州市為牽頭城市，宇通客車為優(yōu)勢(shì)企業(yè)，包括省內(nèi)新鄉(xiāng)、洛陽(yáng)、開(kāi)封、安陽(yáng)、焦作 5 市，和 上海三區(qū)（嘉定、臨港、奉賢）、張家口、濰坊、佛山等 11 個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu) 勢(shì)城市或地區(qū)；張家口城市群由張家口市牽頭，聯(lián)合河北省唐山市、保 定市、邯鄲市、秦皇島市、定州市、辛集市、雄 安新區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū) 烏海市、上海市奉賢區(qū)、河南省鄭州市、山東省淄博市、聊城市、福建省廈門(mén)市等 13 個(gè)城市組成。

示范城市群規(guī)劃陸續(xù)出臺(tái)，推廣規(guī)模大。五大示范城市群中各自城市的 規(guī)劃陸續(xù)出臺(tái)，根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，到 2025 年，京津冀示范城市群合計(jì)將 推廣至少 1.63 萬(wàn)輛燃料電池車，136 座加氫站，牽頭城市北京將至少推 廣 1 萬(wàn)輛燃料電池車以及 74 座加氫站；上海示范城市群合計(jì)將推廣至 少 1.65 萬(wàn)輛燃料電池車，140 座加氫站，牽頭城市上海將至少推廣 1 萬(wàn) 輛燃料電池車以及 78 座加氫站；廣東示范城市群合計(jì)將推廣至少 1.56 萬(wàn)輛燃料電池車，120 座加氫站，牽頭城市佛山將至少推廣 1 萬(wàn)輛燃料 電池車以及 43 座加氫站；河南示范城市群合計(jì)將推廣至少 2.35 萬(wàn)輛燃 料電池車，172 座加氫站；河北示范城市群合計(jì)將推廣至少 1.79 萬(wàn)輛燃 料電池車，174 座加氫站。（部分示范城市有重疊）。

氫能主產(chǎn)業(yè)鏈可概括為“氫氣制取、氫氣儲(chǔ)運(yùn)、氫氣使用”三個(gè)環(huán)節(jié)：

制氫方面，目前，中國(guó)氫氣供給結(jié)構(gòu)中約近 80%來(lái)源于煤制氫或焦?fàn)t煤 氣副產(chǎn)氫，電解水等清潔氫源占比較低。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟對(duì)未來(lái)中國(guó) 氫氣供給結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，中短期來(lái)看，中國(guó)氫氣來(lái)源仍以化石能源制氫為 主，以工業(yè)副產(chǎn)氫作為補(bǔ)充，可再生能源制氫的占比將逐年升高。到 2050 年，約 70%左右的氫由可再生能源制取，20%由化石能源制取，10%由 生物制氫等其他技術(shù)供給。

儲(chǔ)運(yùn)方面，儲(chǔ)氫技術(shù)分為兩個(gè)方向物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫。物理儲(chǔ)氫主要 包括常溫高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液化儲(chǔ)氫、低溫高壓儲(chǔ)氫和多孔材料吸附 儲(chǔ)氫；化學(xué)儲(chǔ)氫主要包括金屬氫化物儲(chǔ)氫和有機(jī)液體儲(chǔ)氫。其中低溫高 壓儲(chǔ)氫、多孔材料儲(chǔ)氫、金屬氧化物儲(chǔ)氫和有機(jī)溶液儲(chǔ)氫尚處于研發(fā)階 段。

氫氣下游應(yīng)用方面，主要?dú)淠苋剂想姵仄噷⑹侵饕獞?yīng)用場(chǎng)景，當(dāng)前由 于成本等原因商用車和重卡將是應(yīng)用主流；在工業(yè)領(lǐng)域，氫氣是重要的 化工原料，合成氨、合成甲醇、原油提煉等，均離不開(kāi)氫氣。除了交通 行業(yè)和工業(yè)，氫氣在其他行業(yè)也有巨大的應(yīng)用潛力。在電力行業(yè)，氫能 發(fā)電，可以用作備用電源、分布式電源、為電網(wǎng)調(diào)峰。在建筑行業(yè)，一 方面，天然氣摻氫用作家用燃料，可以降低燃?xì)馐褂锰寂欧艔?qiáng)度；另一 方面，氫驅(qū)動(dòng)的燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)，為建筑物供電供熱，綜合能源 利用效率超過(guò) 80%。在醫(yī)療領(lǐng)域，氫氣也被證實(shí)有去除氧化基、治療氧 化損傷等療效。在食品工業(yè)，也常常用氫氣實(shí)現(xiàn)油脂氫化，以提高油脂 的使用價(jià)值。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）

2 可再生能源制氫將是未來(lái)發(fā)展主流

當(dāng)前制氫規(guī)模有限，化石燃料制氫占比高

灰氫占比高，電解水制氫前景廣闊，降本提效是關(guān)鍵。按照制取過(guò)程中 的碳排放強(qiáng)度，氫氣被分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫。灰氫是指由化石燃料重 整制的的氫氣，碳排放強(qiáng)度高，如煤制氫碳排放約為 19kg 二氧化碳/kg 氫氣，天然氣制氫排放相對(duì)較低，也達(dá)到 10 kg 二氧化碳/kg 氫氣，但該 制氫技術(shù)成熟，成本優(yōu)勢(shì)顯著，是當(dāng)前主流的制氫方式，約占全球市場(chǎng) 供氫的 96%。

藍(lán)氫包括工業(yè)副產(chǎn)氫以及加裝碳捕捉和封存技術(shù)（CCS） 的化石燃料制氫，工業(yè)副產(chǎn)氫是指在生產(chǎn)化工產(chǎn)品的同時(shí)從副產(chǎn)品中得 到氫氣，國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模較大，行業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富，成本相對(duì)較低，在產(chǎn) 業(yè)發(fā)展早期，能提供較為豐富和低成本的氫源；在化石燃料制氫的基礎(chǔ) 上增加碳捕捉和封存等環(huán)節(jié)，能大幅降低生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放，國(guó)外已 經(jīng)有天然氣重整制氫+CCUS（碳捕集、封存和利用）技術(shù)結(jié)合生產(chǎn)的案 例，可減少 90%以上的碳排放量（碳排放約 1 kg 二氧化碳/kg 氫氣）， 但成本也會(huì)大幅上升，國(guó)內(nèi) CCS 或 CCUS 的技術(shù)尚有不足，關(guān)鍵技術(shù) 有待突破，藍(lán)氫可以作為灰氫向綠氫過(guò)渡的方式。

綠氫是指可再生能源 制氫，制氫過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生碳排放，是未來(lái)制氫的主流方向，但是相 關(guān)技術(shù)仍處于研究中，成本較高，行業(yè)有待發(fā)展。由可再生能源電解水 制氫，能有效解決可再生能源消納問(wèn)題，在風(fēng)電、光伏等可再生能源大 力發(fā)展的情況下，氫能與之結(jié)合，解決調(diào)峰、儲(chǔ)能、運(yùn)輸?shù)确矫娴膯?wèn)題， 是一條頗具前景的清潔能源技術(shù)路徑。而如何提升電解水制氫的效率， 降低技術(shù)成本，是突破該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

我國(guó)氫氣主要來(lái)源于化石燃料。根據(jù)石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院統(tǒng)計(jì)，截止 2021 年中，我國(guó)氫氣來(lái)源主要包括煤、焦?fàn)t煤氣、天然氣、甲醇、燒堿 等，其中煤制氫達(dá)到 2388 萬(wàn)噸/年，占接近六成；焦?fàn)t煤氣制氫產(chǎn)能達(dá) 到 811 萬(wàn)噸（20%）。

化石燃料制氫：煤制氫產(chǎn)量大，天然氣制氫國(guó)內(nèi)較少

煤制氫產(chǎn)量大，天然氣制氫國(guó)內(nèi)較少。從供應(yīng)潛力看，國(guó)內(nèi)煤化工行業(yè) 發(fā)展成熟，煤制氫產(chǎn)量大且產(chǎn)能分布廣，并且由于其產(chǎn)能適應(yīng)性，可提 供量大、可調(diào)節(jié)的氫源，而天然氣制氫是國(guó)外主流制氫方式，國(guó)內(nèi)由于 資源稟賦問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)性較低，僅少部分資源地有發(fā)展。

煤制氫普遍采用水煤漿工藝原理，核心反應(yīng)為煤炭（含碳量高）作為還原劑與水反應(yīng)生成氫氣：C+H2O→CO+H2，具體流程主要是：將煤炭高溫 加熱，加入氣化劑在高壓或常壓下進(jìn)行氣化得到以氫氣、甲烷、一氧化 碳為主的煤氣產(chǎn)物，然后利用變壓吸附（PSA）等手段提純出符合燃料 電池用氫要求的高純度氫氣。

煤制氫產(chǎn)能適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)需求調(diào)節(jié)提 純規(guī)模和產(chǎn)能，一臺(tái)投煤量 200 噸/天的煤氣化爐，約生產(chǎn)合成氣 12 萬(wàn)立方米/小時(shí)，對(duì)應(yīng)產(chǎn)氫量為 78 噸/天，只需將其 2%-3%的負(fù)荷用作提純制氫，即可提供 1560-2340 千 克/天的氫氣，按照車輛氫耗 7 千克/100 千米、日均行駛 200 千米計(jì)算， 則可滿足 111-167 輛燃料電池公交車的用氫需求。從成本來(lái)看，煤制氫 需要大型的氣化設(shè)備，初始投資較高，約為 1-1.7 萬(wàn)元/（立方米/小時(shí)）， 當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模較大時(shí)，經(jīng)濟(jì)性才能體現(xiàn)，在煤價(jià) 200-1000 元/噸，制氫成 本約為 6.77-12.14 元/千克（煤價(jià)每增加 100 元/噸，制氫成本增加 0.675 元/千克）；結(jié)合 CCS 技術(shù)后，煤制氫成本上升至 12-24 元/千克。

天然氣制氫廣泛采用蒸汽重整制氫（SMR）的方法。由于天然氣（甲烷） 化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在高溫下才具有反應(yīng)活性，因此高溫下天然氣與水蒸氣 轉(zhuǎn)化制氫成為國(guó)外普遍采用的路線。主要過(guò)程為天然氣預(yù)處理后與水蒸 氣高溫重整制合成氣（包含一氧化碳、氫氣、水蒸氣等），經(jīng)過(guò)肺熱鍋爐 產(chǎn)生蒸汽回收熱量，溫度降至中溫后，合成氣中的一氧化碳進(jìn)一步與水 蒸氣反應(yīng)得到氫氣和二氧化碳，然后經(jīng)過(guò)冷凝和變壓吸附得到純度較高 的氫氣。根據(jù)天然氣價(jià)格由 1 元/立方米增加到 5 元/立方米，天然氣制 氫的成本可以從 7.5 元/千克增加到 24.3 元/千克。由于國(guó)內(nèi)天然氣供應(yīng)有限且含硫量較高，導(dǎo)致 國(guó)內(nèi)天然氣制氫經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)低于國(guó)外，僅在西部天然氣資源充足的區(qū)域有 相關(guān)探索和發(fā)展。

工業(yè)副產(chǎn)氫：焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫規(guī)模大、成本低

主要有焦?fàn)t煤氣、氯堿化工、輕烴利用（丙烷脫氫、乙烷裂解）、合成 氨合成甲醇等工業(yè)的副產(chǎn)氫。

焦?fàn)t煤氣。中國(guó)是全球最大的焦炭生產(chǎn)國(guó), 我國(guó)的焦化廠主要分布在華北及華東地區(qū)，每噸 焦炭可產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣約 350-450 立方米,焦?fàn)t煤氣中氫氣含量約占 54%-59%，另有一定量的甲烷和少量的一氧化碳、二氧化碳等，可以直 接凈化、分離、提出得到氫氣，也可以將其中的甲烷進(jìn)行轉(zhuǎn)化變化后再 提純氫氣，最大化氫氣的產(chǎn)量。以焦?fàn)t煤氣為原料制取氫氣的過(guò)程中廣 泛采用變壓吸附技術(shù)（PSA）。小規(guī)模的焦?fàn)t氣制氫一般采用 PSA 技術(shù)， 只能提取焦?fàn)t氣中的氫氣，解吸氣返回回收后做燃料再利用；大規(guī)模的 焦?fàn)t氣制氫通常將深冷分離法和 PSA 法結(jié)合使用，先用深冷法分離出甲 烷，再經(jīng)過(guò)變壓吸附提取氫氣。通過(guò) PSA 裝臵回收的氫含有微量的氧氣， 經(jīng)過(guò)脫氧、脫水處理后可得到 99.999％的高純氫。通過(guò)焦?fàn)t煤氣提純制 氫的成本在工業(yè)副產(chǎn)氫中是最低的，綜合成本為 9.13 元/千克-14.63 元/ 千克。

氯堿化工。我國(guó)每年燒堿產(chǎn)量達(dá)到 3000-3500 萬(wàn)噸，主要分布在新疆、 山東、內(nèi)蒙古、上海、河北等省市，燒堿產(chǎn)量與副產(chǎn)氫氣的產(chǎn)量配比基 本為 40:1，每年副產(chǎn)氫氣 75 萬(wàn)-87.5 萬(wàn)噸，其中約 60%被配套聚氯乙 烯和鹽酸利用，剩余約 28-34 萬(wàn)噸。經(jīng)過(guò) PSA 提純后可獲得純度 99%-99.999%的高純氫氣，該制氫方式具備難度小、純度高等優(yōu)勢(shì)。燒堿副產(chǎn)氫制氫成本約 13.2 元/千 克-19.8 元/千克。

輕烴利用主要是指丙烷脫氫和乙烷裂解兩類。截止 2020 年，國(guó)內(nèi)在運(yùn) 行和在建的丙烷脫氫項(xiàng)目的氫氣供應(yīng)潛力在 30 萬(wàn)噸/年，考慮 2023 年 計(jì)劃通產(chǎn)的項(xiàng)目，預(yù)計(jì)副產(chǎn)氫總規(guī)模可達(dá) 44.54 萬(wàn)噸/年。丙烷脫氫后粗 氫的純度已經(jīng)高達(dá)99.8%，經(jīng)過(guò)變壓吸附后可達(dá)到99.999%，其中氧氣、 水、一氧化碳、二氧化碳含量基本達(dá)到燃料電池用氫的標(biāo)準(zhǔn)要求，僅有 總硫含量超出標(biāo)準(zhǔn)。丙烷脫氫副產(chǎn)氫生產(chǎn)及提純總成本約 13.75 元/千克 -19.8 元/千克。乙烷裂解生產(chǎn)乙烯，每生產(chǎn)億噸乙烯大約產(chǎn)生 107.25 千 克氫氣，純度達(dá)到 95%以上，變壓吸附后可滿足燃料電池用氫的標(biāo)準(zhǔn)， 副產(chǎn)氫氣綜合成本為 14.85 元/千克-19.8 元/千克，但國(guó)內(nèi)的乙烷裂解項(xiàng) 目基本處于在建或規(guī)劃狀態(tài)，暫未釋放氫氣供應(yīng)的潛力。

合成氨與合成甲醇。用于合成氨、 合成甲醇的氫氣消耗量在中國(guó)氫氣消耗結(jié)構(gòu)中占比共計(jì)達(dá)到 50%以上， 而其生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有合成放空氣及馳放氣派出，其中氫氣含量在 18%-55%之間，副產(chǎn)氫氣的生產(chǎn)成本約為 14.3 元/千克-22 元/千克，生產(chǎn)企業(yè)主要分布在山東、山西、河南等省份。

電解水制氫：堿性電解水更具經(jīng)濟(jì)性，質(zhì)子交換膜將是未來(lái)主流

堿性電解水目前更具經(jīng)濟(jì)性，質(zhì)子交換膜電解水將是未來(lái)主流方向。電 解水制氫的技術(shù)相對(duì)成熟，對(duì)未來(lái)清潔可持續(xù)能源的使用至關(guān)重要，電 解水制氫是在直流電的作用下，通過(guò)電化學(xué)過(guò)程將水分子解離為氫氣和 氧氣，分別再陰陽(yáng)兩極析出，根據(jù)使用的電解質(zhì)不同，主要可分為堿性 電解水（ALK）、質(zhì)子交換膜電解水（PEM）和固體氧化物電解池電解水 （SOEC）三大類，目前可以實(shí)際應(yīng)用的電解水制氫技術(shù)主要有 ALK 和 PEM，SOEC 雖然具有更高能效，但仍處于實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)階段。對(duì)比 ALK 和 PEM 兩種已經(jīng)商業(yè)化的制氫路線，ALK 電解槽基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，而 PEM 電解槽由于關(guān)鍵材料和技術(shù)仍依賴進(jìn)口，投資成本相對(duì)較高。

但是 PEM 電解水總體效率更高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度更快，是更具前景的水電解制氫技術(shù)，目前已經(jīng)在加氫站現(xiàn)場(chǎng)制氫、風(fēng)電光伏等可再生能源電解水制 氫、儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣，但是投資和運(yùn)行成本高仍然 是制約 PEM 電解水制氫發(fā)展的主要問(wèn)題，這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關(guān)。為此降低催化劑與電解槽的材料成本， 特別是陰、陽(yáng)極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率和壽命，是 PEM 水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點(diǎn)。

堿性電解水制氫的電解槽隔膜主要由石棉組成，起到氣體分離作用，電 解槽成本在制氫系統(tǒng)設(shè)備成本中占比約為 50%，電解液一般是質(zhì)量分?jǐn)?shù) 20%-30%的氫氧化鉀（KOH）溶液，電極由金屬合金組成（如 Ni-Mo 合金），電解槽工作溫度 60-80 攝氏度，系統(tǒng)壽命達(dá)到 20-30 年，每立 方米氫氣的生產(chǎn)需要耗電 4.5-6.5 千瓦時(shí)，系統(tǒng)整體效率為 62%-82%，每千瓦投資約 850-1500 美元，單堆產(chǎn)氫量 750 立方米每小時(shí)，假設(shè)年 均全負(fù)荷運(yùn)行 7500 小時(shí)，在電價(jià) 0.3 元/千瓦時(shí)的情況下，制氫成本約 為 21.6 元/千克，電費(fèi)成本約占 86%。堿性電解水雖然在投資、運(yùn)行成 本方面相對(duì)較低，但是仍存在明顯不足：第一，堿性的電解液會(huì)與空氣 中的 CO2 反應(yīng)生成不溶鹽，阻塞多孔催化層，阻礙產(chǎn)物和反應(yīng)物的傳遞， 大大降低電解槽的性能；第二，由于電極與隔膜間隔較遠(yuǎn)，整個(gè)電解槽 體積巨大，因此電解性能低（2.0V 電壓下電流密度僅有 300mA/cm2）； 第三，堿性電解槽難以快速的關(guān)閉或者啟動(dòng)，因此難以與具有快速波動(dòng) 特性的可再生能源配合。（中國(guó)工程院《電解制氫與氫儲(chǔ)能》）

質(zhì)子交換膜電解水制氫時(shí)，水通過(guò)陽(yáng)極室在陽(yáng)極催化反應(yīng)界面發(fā)生電化 學(xué)反應(yīng)被分解成氧氣、氫離子以及電子。陽(yáng)極所產(chǎn)生的氫離子以水合氫 離子(H+·H2O) 的形式通過(guò)電解質(zhì)隔膜，并在陰極室反應(yīng)界面處與通過(guò)外 電路輸運(yùn)過(guò)來(lái)的電子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成氫氣。PEM 水電解槽的主要部件由內(nèi)到外依次是：質(zhì)子交換膜、陰陽(yáng)極催化層、陰陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、 陰陽(yáng)極端板等。其中質(zhì)子交換膜、催化層與擴(kuò)散層組成膜電極，是物料 運(yùn)輸與電化學(xué)反應(yīng)的主場(chǎng)所。

作為電解槽的核心部件，膜電極的結(jié)構(gòu)與 特性對(duì) PEM 水電解槽的壽命與性能有顯著影響。選用具有良好化學(xué)穩(wěn) 定性、質(zhì)子傳導(dǎo)性、氣體分離性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)， 替換了堿性電解槽中的石棉膜，有效阻止電子傳遞，提高了電解槽的安 全性；同時(shí)固體電解質(zhì)膜兩側(cè)能夠承受較大的壓差，可以快速啟停，能 匹配可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性。

歐盟規(guī)定電解器的制氫響應(yīng)時(shí)間在 5s 之內(nèi) , 目前只有 PEM 水電解技術(shù)可以滿足這個(gè)要求。成本方面，假設(shè) 年均全負(fù)荷運(yùn)行 7500 小時(shí)，在電價(jià) 0.3 元/千瓦時(shí)的情況下，制氫成本 約為 31.7 元/千克，電費(fèi)成本約占 53%。PEM 水電解槽中的質(zhì)子交換膜 對(duì)電極片要求較高，只有鉑片電極等貴金屬電極在該體系下較為適用， 其他電極片使用時(shí)容易發(fā)生腐蝕，因此經(jīng)濟(jì)成本高于傳統(tǒng)的堿水電解技術(shù)。電解槽成本中，雙極板約占 48%，膜電極約占 10%。降低 PEM 電 解槽成本的研究集中在以催化劑、PEM 為基礎(chǔ)材料的膜電極，氣體擴(kuò)散 層，雙極板等核心組件。

質(zhì)子交換膜性能的好壞直接決定電解槽的性能和使用壽命。目前水電解 制氫所用質(zhì)子交換膜多為全氟磺酸膜，制備工藝復(fù)雜，長(zhǎng)期被美國(guó)和日本企業(yè)壟斷，因此質(zhì)子交換膜價(jià)格高達(dá)上百甚至上千美元每平方米。為 降低膜成本，提高膜性能，國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)攻關(guān)改性全氟磺酸質(zhì)子交換膜、 有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜和無(wú)氟質(zhì)子交換膜。全氟磺酸膜改性研究 聚焦聚合物改性、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積 3 種途 徑。通過(guò)引入無(wú)機(jī)組分制備有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜，使其兼具有 機(jī)膜柔韌性和無(wú)機(jī)膜良好熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，成為近幾年 的研究熱點(diǎn)。另外選用聚芳醚酮和聚砜等廉價(jià)材料制備無(wú)氟質(zhì)子交換膜， 也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展趨勢(shì)。

當(dāng)前催化劑主要使用貴金屬及其合金，開(kāi)發(fā)耐腐蝕、高催化活性的非貴金屬材料是研究重點(diǎn)。理想催化劑應(yīng)具有抗腐蝕性、良好的比表面積、 氣孔率、催化活性、電子導(dǎo)電性、電化學(xué)穩(wěn)定性以及成本低廉、環(huán)境友好等特征。陰極析氫電催化劑處于強(qiáng)酸性工作環(huán)境，易發(fā)生腐蝕、團(tuán)聚、 流失等問(wèn)題，為保證電解槽性能和壽命，析氫催化劑材料選擇耐腐蝕的 Pt、Pd 貴金屬及其合金為主。現(xiàn)有商業(yè)化析氫催化劑 Pt 載量為 0.4～ 0.6mg/cm2，貴金屬材料成本高，阻礙 PEM 水電解制氫技術(shù)快速推廣應(yīng) 用。

為此，降低貴金屬Pt、Pd 載量，開(kāi)發(fā)適應(yīng)酸性環(huán)境的非貴金屬析 氫催化劑成為研究熱點(diǎn)。相比陰極，陽(yáng)極極化更突出，是影響 PEM 水 電解制氫效率的重要因素。苛刻的強(qiáng)氧化性環(huán)境使得陽(yáng)極析氧電催化劑 只能選用抗氧化、耐腐蝕的 Ir、Ru等少數(shù)貴金屬或其氧化物作為催化劑 材料，其中 RuO2 和 IrO2 對(duì)析氧反應(yīng)催化活性最好。相比 RuO2，IrO2 催化活性稍弱，但穩(wěn)定性更好，且價(jià)格比 Pt 便宜，成為析氧催化劑的主 要材料，通常電解槽 Ir 用量高于 2mg/cm2。與析氫催化劑相似，開(kāi)發(fā)在 酸性、高析氧電位下耐腐蝕、高催化活性非貴金屬材料，降低貴金屬載 量是研究重點(diǎn)

膜電極制備工藝對(duì)降低電解系統(tǒng)成本，提高電解槽性能和壽命至關(guān)重要。 根據(jù)催化層支撐體的不同，膜電極制備方法分為 CCS 法和 CCM 法。 CCS 法將催化劑活性組分直接涂覆在氣體擴(kuò)散層，而 CCM 法則將催化 劑活性組分直接涂覆在質(zhì)子交換膜兩側(cè)。與 CCS 法相比，CCM 法催化 劑利用率更高，大幅降低膜與催化層間的質(zhì)子傳遞阻力，是膜電極制備的主流方法。在 CCS 法和 CCM 法基礎(chǔ)上，近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的電化學(xué) 沉積法、超聲噴涂法以及轉(zhuǎn)印法成為研究熱點(diǎn)并具備應(yīng)用潛力。新制備 方法從多方向、多角度改進(jìn)膜電極結(jié)構(gòu)，克服傳統(tǒng)方法制備膜電極存在 的催化層催化劑顆粒隨機(jī)堆放，氣體擴(kuò)散層孔隙分布雜亂等結(jié)構(gòu)缺陷， 改善膜電極三相界面的傳質(zhì)能力，提高貴金屬利用率，提升膜電極的電 化學(xué)性能。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）

3 氫氣儲(chǔ)運(yùn)難度大，制約氫能應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

氣態(tài)高壓儲(chǔ)氫為主，其他方式仍處探索階段

儲(chǔ)存難度大，是氫能經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氫氣的密度約 為空氣的 1/14，因此其體積能力密度并不占優(yōu)勢(shì)，按照美國(guó)能源部提出 的商業(yè)化儲(chǔ)氫密度要求，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度需達(dá)到 6.5wt%（存儲(chǔ)氫氣質(zhì)量占 整個(gè)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的質(zhì)量百分比），體積儲(chǔ)氫密度達(dá)到 62 千克/立方米。氫氣 分子尺寸小，易泄露，還可能引起氫脆和氫腐蝕問(wèn)題，對(duì)儲(chǔ)存容器要求 極高；氫氣是易燃易爆氣體，安全問(wèn)題極為重要。因此氫氣的儲(chǔ)運(yùn)具有 一定難度，但也是保證氫氣安全且經(jīng)濟(jì)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

儲(chǔ)氫技術(shù)分為兩個(gè)方向：物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫。物理儲(chǔ)氫主要包括常溫 高壓儲(chǔ)氫、低溫液化儲(chǔ)氫、低溫高壓儲(chǔ)氫和多孔材料吸附儲(chǔ)氫；化學(xué)儲(chǔ) 氫主要包括金屬氫化物儲(chǔ)氫和有機(jī)液體儲(chǔ)氫。其中低溫高壓儲(chǔ)氫、多孔 材料儲(chǔ)氫、金屬氧化物儲(chǔ)氫和有機(jī)溶液儲(chǔ)氫尚處于研發(fā)階段。

高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫采用高壓壓縮的方式將氫氣儲(chǔ)存在特制容器中，是目前最 常見(jiàn)的一種方式，技術(shù)已較為成熟，車載儲(chǔ)氫容器是當(dāng)前氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù) 的研究熱點(diǎn)。目前車載儲(chǔ)氫容器中，一型瓶（Ⅰ型）是純鋼制金屬瓶， 二型瓶（Ⅱ型）是鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶，三型瓶（III 型）是鋁內(nèi)膽纖維 纏繞瓶，四型瓶（IV 型）是非金屬內(nèi)膽纖維纏繞瓶。由日本豐田汽車開(kāi) 發(fā)的 70MPa 鋁合金內(nèi)膽纖維纏繞瓶幾乎無(wú)氫脆問(wèn)題，可在三分鐘內(nèi)加 滿 5.5 千克氫氣；國(guó)內(nèi)商用儲(chǔ)氫容器主要是 35MPa 碳纖維包覆鋁合金內(nèi) 膽儲(chǔ)氫瓶。中國(guó)當(dāng)前已經(jīng)建設(shè)完成的加氫站也是采用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)， 如豐田中國(guó)常熟加氫站采用的是 70MPa 全多層鋼制高壓儲(chǔ)氫技術(shù)。高 壓氣態(tài)儲(chǔ)氫雖然技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，但其體積儲(chǔ)氫密度（39g/L）還較

低，與美國(guó)能源部發(fā)布的 2020 年儲(chǔ)氫目標(biāo)（55g/L）仍有較大的差距。 另外，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫也存在泄露、爆炸的安全隱患，安全性能有待進(jìn)一 步提高。由于儲(chǔ)氫密度低，且存在安全隱患，長(zhǎng)期來(lái)看不是儲(chǔ)氫技術(shù)的 優(yōu)選方案，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶未來(lái)仍需要向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì) 量穩(wěn)定等方向發(fā)展。

低溫液化儲(chǔ)氫是指將氫氣在低溫下液化，存放在絕熱的儲(chǔ)存容器，可大 幅提高儲(chǔ)氫密度（70.8g/L），由于氫氣液化要在-252.65 攝氏度才能完成， 消耗的能量約占初始?xì)錃饽芰康?25%-40%，遠(yuǎn)高于天然氣液化的 10%， 且液氫易揮發(fā)，使其基礎(chǔ)設(shè)施的成本比液化天然氣高 30%左右。歐美和 日本的液化儲(chǔ)氫技術(shù)已經(jīng)成熟商業(yè)化，在車載系統(tǒng)和加氫站中均有應(yīng)用， 約有 1/3 以上的加氫站是液氫加氫站，而國(guó)內(nèi)受核心技術(shù)和高成本限制， 目前僅在航天領(lǐng)域有應(yīng)用。

低溫高壓儲(chǔ)氫技術(shù)相較于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫提高了儲(chǔ)氫密度，相較于液態(tài)儲(chǔ) 氫降低了能耗，不過(guò)目前尚處于研發(fā)階段。

多孔材料，如碳納米材料、金屬有機(jī)框架物等，比表面積大，可以通過(guò) 范德華力吸附氫氣，但是在常溫常壓下的吸附性能和儲(chǔ)氫容量有待提高。

一些特定金屬、金屬化合物在一定的溫度和壓力下能與氫氣反應(yīng)，生成 金屬氫化物，經(jīng)加熱重新釋放氫氣，如鎂基合金、鈦基合金、稀土系金 屬等。固態(tài)材料儲(chǔ)氫的質(zhì)量?jī)?chǔ)存密度一般都在 1%-4.5%左右，幾乎與液 氫相當(dāng)，而且固態(tài)金屬儲(chǔ)氫安全性高，能保持氫氣高純度，但吸放氫性 能和循環(huán)使用性能有待改善。

近年來(lái)，不飽和烴類有機(jī)溶液被看作是頗具前景的氫載體，通過(guò)加氫反 應(yīng)儲(chǔ)存氫氣，通過(guò)脫氫反應(yīng)釋放氫氣，儲(chǔ)氫密度高，且可以借助現(xiàn)有的 液體燃料輸運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)氫運(yùn)輸。目前尚處于研發(fā)階段，反應(yīng)催化劑 有待進(jìn)一步優(yōu)化，且脫氫后的氫氣需要進(jìn)一步純化。

國(guó)內(nèi)運(yùn)輸普遍采用長(zhǎng)管拖車

當(dāng)前三種主流的氫氣運(yùn)輸方式為長(zhǎng)管拖車、液氫槽車/船、氫氣管網(wǎng)。

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)普遍采用高壓氣態(tài)長(zhǎng)管拖車進(jìn)行氫氣運(yùn)輸，壓縮能耗低，運(yùn) 輸密度小，在加氫站日加氫量不超過(guò) 500 千克的情況下，節(jié)省了液化成 本與管道建設(shè)的前期投資，在一定儲(chǔ)運(yùn)距離以內(nèi)經(jīng)濟(jì)性較高。

液氫槽車運(yùn)輸?shù)蜏匾后w，單次載氫量達(dá)到 4000 千克，遠(yuǎn)超長(zhǎng)管拖車， 其運(yùn)輸成本隨運(yùn)輸距離變化較小，適合遠(yuǎn)距離、中大體量運(yùn)輸，但是氫 氣液化能耗較高，有待進(jìn)一步優(yōu)化。

氫氣管網(wǎng)初始投資成本高，輸氫成本隨運(yùn)能的提升而降低，達(dá)到一定規(guī) 模后經(jīng)濟(jì)性凸顯，且隨著運(yùn)輸距離的增加成本顯著提升，因此管網(wǎng)運(yùn)輸 適合固定性的批量供氫線路，當(dāng)前國(guó)外嘗試在天然氣管網(wǎng)中摻氫運(yùn)輸， 可節(jié)約初期建設(shè)成本，但由于氫腐蝕帶來(lái)的安全問(wèn)題，摻氫比例較低。

固態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)溶液儲(chǔ)氫運(yùn)輸方便，且儲(chǔ)氫密度高，待技術(shù)突破，將大 大降低氫氣輸運(yùn)成本。

加氫站建設(shè)提速，國(guó)產(chǎn)化將降低建設(shè)成本

加氫站建設(shè)迎來(lái)提速。加氫站作為向氫能燃料電池汽車提供氫氣的基礎(chǔ) 設(shè)施，是燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)中十分關(guān)鍵的、不可或缺的重要環(huán)節(jié)。根據(jù) 高工氫電，氫能及燃料電池在中央和各地政府的大力推廣之下，國(guó)內(nèi)加 氫站建設(shè)需求量激增，其建設(shè)進(jìn)程隨著中石化、中石油等能源央企的入 局持續(xù)加速，國(guó)內(nèi)加氫站數(shù)量明顯增加，2021 年國(guó)內(nèi)已建成加氫站 218 座（2019 年底僅 61 座），在過(guò)去的一年內(nèi)增長(zhǎng)了近 100 座，但仍與加 油站的數(shù)量有巨大差距。國(guó)內(nèi)加氫站主要集中在東部沿海等氫燃料電池 汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為領(lǐng)先的省市，如廣東、上海等。

加氫站的主要設(shè)備過(guò)包括高壓儲(chǔ)氫裝臵、氫氣壓縮裝臵、氫氣加注設(shè)備 及站控系統(tǒng)等。

高壓儲(chǔ)氫裝臵一般有兩種儲(chǔ)氫罐，分別是單個(gè)容積 600-1500L 的無(wú)縫鍛 造壓力氣瓶和單個(gè)容積 45-80L 的小容積氣瓶。

氫氣壓縮裝臵主要是依靠金屬膜片在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮和輸送氣體 的隔膜式壓縮機(jī)，是加氫站的核心裝備，核心部件如壓縮機(jī)機(jī)頭、膜片 尚以來(lái)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)主要通過(guò)采購(gòu)國(guó)外企業(yè)機(jī)頭在國(guó)內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)集成，國(guó) 產(chǎn)化率約 30%，進(jìn)口依賴度較高。

氫氣加注設(shè)備與天然氣加注設(shè)備的原理相似，但是由于加注壓力達(dá)到 30MPa 甚至 70MPa，對(duì)設(shè)備承壓能力和安全性有很高的要求。核心部 件如加氫槍、調(diào)壓閥、截止閥、流量計(jì)、氫氣檢測(cè)器、傳感器等國(guó)內(nèi)已 有相關(guān)產(chǎn)品，但一致性和耐久性尚需要持續(xù)驗(yàn)證，仍以進(jìn)口部件為主， 設(shè)備成本居高不下。（中國(guó)氫能聯(lián)盟 《中國(guó)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)手冊(cè)》）

國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)與開(kāi)發(fā)起步相對(duì)較晚，技術(shù)相對(duì)不夠完善，核心設(shè)備仍 然依賴進(jìn)口，造成加氫站建設(shè)成本較高，在國(guó)內(nèi)建設(shè)一座加氫能力大于 200 千克的加氫站需要 1000-2000 萬(wàn)元，在較高的補(bǔ)貼力度下，建設(shè)成本仍然是加氫站規(guī)模化發(fā)展的最大障礙。從加氫站建設(shè)的主體來(lái)看，隨 著氫能行業(yè)發(fā)展逐漸加快，建設(shè)參與主體呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，氫能產(chǎn)業(yè)各 個(gè)環(huán)節(jié)的企業(yè)都有參與加氫站建設(shè)的案例，包括上游的能源、化工和氣 體公司以及專業(yè)的加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備供應(yīng)商，中游的燃料電池電 堆和系統(tǒng)企業(yè)，下游的整車企業(yè)和車輛運(yùn)營(yíng)企業(yè)等。大型的能源化工企 業(yè)布局較早，憑借資深資源優(yōu)勢(shì)，加氫站建設(shè)進(jìn)程明顯快于其他參與者。

整體來(lái)看，在度電成本 0.3 元的情況下，制、儲(chǔ)運(yùn)、加環(huán)節(jié)的成本分別 為 22 元/千克、12 元/千克，16 元/千克，，綜合各個(gè)環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)當(dāng)前氫 氣的應(yīng)用成本在 50 元/千克左右，距離與燃油持平的 35 元/千克仍有較 大距離，當(dāng)前要達(dá)到這一價(jià)格主要依賴各地的補(bǔ)貼。未來(lái)規(guī)模化發(fā)展后， 各環(huán)節(jié)效率明顯提升，成本大幅降低，度電成本 0.1 元的情況下，綜合 成本將有望下降至 25 元/千克左右，制氫環(huán)節(jié)成本下降最為明顯。

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