高鵠新能源系列研究（二）：中國綠氫產業化展望

21世紀以來，受石油資源日漸減少、氣候變化全球治理形勢緊迫的影響，人類對發展生態友好、綠色低碳社會的需求不斷提升，以“低碳化、無碳化”理念為核心的新一輪能源變革在全球興起，這將引領人類社會經歷新一次從經濟發展到政治文明的巨大飛躍。

高鵠新能源團隊認為，氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源，將成為新一代能源革命的重要載體。而氫能的發展尚處於早期，包括生產、儲運、應用在內的氫能產業建設將成為中國能否引領全球能源變革的關鍵，在技術、產品、商業模式等方面做出創新和突破的創業公司將有機會成為能源行業的新一代領先企業。

一、氫能的特性及優勢

從第一性原理出發，氫能本身的優秀特性使其有望成為主要的新一代能源：

資源豐富

：氫是宇宙中分佈最廣泛的物質，構成了宇宙質量的75%，供給極為充足。

綠色清潔

：氫氣無毒害，生產及使用過程無汙染、無碳排。

比能量高

：常見燃料中氫氣熱值最高（142KJ/g），分別是汽油和煤炭的約3和4。5倍。

燃料安全性

：氫氣的安全性優於天然氣和石油，密度僅為空氣7%，揮發快，不易形成可爆炸的氣霧。

加註高效

：短時間即可完成加氫。

工作溫度適應性廣

：-30 - 120度。

參考國際能源機構針對氫能在全球能源總需求中佔比的預測，到2050年氫能在全球能源中的佔比將超過10%，最樂觀的預測甚至將超過20%。

此外，2021年資料顯示中國原油對外依存度超過70%，天然氣對外依存度超過45%。在世界政治格局日趨變化的環境下，提升氫能的使用佔比，有利於減少中國對進口能源的依賴，對提升國家能源的獨立性和安全性具有重大戰略意義。

二、氫氣的分類與發展趨勢

目前按照氫氣的製取方式，可以將氫氣分為灰氫、藍氫和綠氫：

灰氫

：從化石燃料製取的氫氣，碳排放高。

藍氫

：取自化石燃料，但透過CCS（碳捕集與封存）製取的氫氣，碳排放相對低。

綠氫

：風電/光電等可再生能源電解水製取的氫氣，幾乎沒有碳排放。

目前最主要的三種制氫方式分別為化石燃料制氫、工業副產氫、電解水制氫。化石燃料制氫和工業副產氫的技術較為成熟、生產成本低，是我國目前產業化制氫的最主要途徑，但產物主要以灰氫為主。增加CCS流程製取藍氫可作為向綠氫過渡階段的解決方案。從長遠來看，接近零碳排放的綠氫是氫能利用的最理想形態，但目前受制於技術門檻和較高成本，實現綠氫的大規模應用還有待時日。

同時，由於我國風電、光伏裝機量快速提升，可再生能源發電的波動性使得併網壓力不斷增大，各地可能產生棄電現象。而利用可再生能源發電供能，使得電解水製造綠氫成為風光電消納的最佳途徑之一，發電成本快速下降。隨著可再生能源發電成本的快速下降（在電解水制氫的成本中，電力成本佔比高達60%以上），以及電解槽技術的發展和效率提升，可再生能源電解水制氫的成本優勢也將愈發凸顯。2022年3月國家發改委釋出的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》明確提到2025年可再生能源制氫量將達到10-20萬噸/年，2035年可再生能源制氫在終端能源消費中的比重將明顯提升。

下文將對綠氫的上游生產以及下游應用進行具體論述。

三、綠氫的生產製造

按照工作原理和電解質的不同，目前電解水製造綠氫的主要技術分為三種：鹼性電解水技術（ALK）、質子交換膜電解水技術（PEM）、固體氧化物電解水技術（SOEC）。

鹼性電解水

技術

（ALK）

：技術較為成熟，成本相對較低。目前中國約80%的可再生能源制氫專案採用鹼性電解水制氫技術，其下游應用在電力、冶金、化工、電子、交通等眾多領域，相關產業鏈發展已較為成熟。

質子交換膜電解水

技術

（PEM）

：相比ALK技術，具有電流密度高、裝置體積小、產出氫氣純度高、響應速度快等眾多優點，與波動性和隨機性較大的風電和光伏具有良好的匹配性。隨著可再生能源制氫的快速發展，質子交換膜電解水技術的發展和商業化有望進一步提速。

但該技術整體還處於商業化初期，PEM電解槽的關鍵零部件對國外進口的依賴度較高。提升產業鏈的國產化程度是目前推動質子交換膜電解水技術發展的關鍵：

質子交換膜：PEM電解槽比燃料電池使用的質子交換膜更厚，加工過程易發生腫脹和變形，加工難度更大，目前大多采用全氟磺酸基聚合物為主要材料，主要依賴杜邦NafionTM等海外進口產品。

催化劑：在PEM電解槽的強酸性工作環境，陰極和陽極催化劑需選用耐腐蝕的鉑、銥等貴金屬，成本高且供給依賴進口（例如全球銥產量約7-7。5噸/年，85%左右產自南非），供給穩定性存在隱患，降低貴金屬含量成為當前研發的主要方向。

氣體擴散層：通常選擇耐腐蝕性強的鈦基材料，製作鈦氈結構的氣體擴散層，製作工藝較為複雜，目前國內生產企業較少，主要以進口產品為主。

雙極板：同樣需要選用鈦基雙極板，主要使用海外進口品牌為主。

固體氧化物電解水

技術

（SOEC）

：具有單機容量大、轉換效率高等優點，且SOEC電解裝置在高溫工作下，可以大幅減少電能的消耗並有效利用工業場景的廢熱。但該技術目前處於研發和示範階段，尚未實現規模化商業應用，且高溫工作環境也對材料的選擇提出了更多新要求。從長遠來看，隨著技術和材料的成熟，固體氧化物電解水技術有望成為可再生能源制氫的重要方式。

四、綠氫的應用場景和發展潛力

根據中國氫能聯盟預測，在2060年碳中和目標下中國氫氣年需求量將增至1。3億噸左右，其中工業領域用氫量最大，佔比達60%；交通領域用量高速增長，佔比將達到31%；電力和建築領域佔比分別為5%和4%。

由此可見，將來綠氫在工業和交通領域應用的發展潛力相對較高，後文中我們也將重點針對綠氫在工業和交通領域的應用進行詳細論述。

（

一

）工業領域

1、

氫冶金：

鋼鐵行業是碳排放最高、脫碳壓力最大的行業之一。2020年中國粗鋼年產量超10。6億噸，佔全球粗鋼總產量50%以上。中國鋼鐵行業碳排放總量約18億噸，佔全國碳排放總量15%左右。由於中國鋼鐵生產中燃料燃燒造成的排放和以焦炭為主要還原劑的反應過程排放，難以透過電氣化的方式實現完全脫碳，利用綠氫替代碳作為還原劑並配加電爐鍊鋼的模式將成為鋼鐵行業實現碳中和最具前景的解決方案之一。

碳冶煉反應式：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2（碳作為還原劑並生成二氧化碳）

氫冶煉反應式：Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O（氫氣作為還原劑且產物是水，碳排放量為0）

目前氫冶金技術的主要研發應用方向為高爐富氫冶煉和非高爐氫基還原冶煉。其中，

高爐富氫冶煉

透過向高爐噴吹富氫介質，以氫還原部分取代碳還原，可實現一定程度的氫冶金，但減排潛力有限。非高爐氫基還原冶煉包括

氫基直接還原冶煉

、

氫基熔融還原冶煉

等工藝，理論碳減排上限高，但技術尚不成熟，發展相對早期。在碳中和政策引領下，國內頭部鋼鐵集團均在積極投建新型的氫冶金專案，氫冶金工藝的研發和商業化有望進入高速發展階段。

2、

氫化工：

氫氣是合成氨、合成甲醇、石油煉化和煤化工行業中的重要原料，2020年合成氨、甲醇、冶煉與化工所需氫氣分別佔比32%、27%和25%。目前中國的化工行業仍屬於以化石燃料為主要能源基礎和原料的高耗能高碳排放行業，所需的氫氣主要透過天然氣重整、煤氣化等傳統方式生產，未來有望透過綠氫大規模替代以實現化工行業的碳中和目標。

目前國內已有化工行業應用綠氫的示範專案陸續落地。例如寶豐能源在寧東建立的全國最大光伏制氫耦合煤化工專案，每年可減少煤炭資源消耗約38萬噸、二氧化碳排放約66萬噸、化工裝置碳排放總量的5%。根據落基山研究所與中國氫能聯盟研究院的研究測算，到2030年，中國化工行業可再生氫消費量將達到376萬噸，是中國最大的可再生氫需求市場。

（

二

）交通領域

1、

燃料電池汽車：

隨著純電動BEV技術、混動HEV技術的發展以及相關充換電設施網路的完善，目前在乘用車領域，電動汽車的綜合使用體驗和價效比優勢已非常突出，在碳中和的大背景下取代傳統燃油車已是大勢所趨。但在長距離、大重量的商用車貨運場景下，電動車的續航里程和補能時間存在明顯不足。

而氫燃料電池FCEV具有能量密度高、自重低、加氫快、耐低溫等優點，這決定了氫燃料電池車更適用於中長途、高載重、冷鏈運輸等商用車型別，以及固定路線、封閉的礦區、港口等運輸場景。近年來，國家針對氫燃料電池汽車的扶持政策和補貼力度不斷加大，氫燃料電池產業增速顯著提升。根據中汽協資料， 2016-2021年國內氫燃料電池汽車銷量達到1586輛，保有量接近9000輛。

目前國內外氫燃料電池汽車的主流應用是質子交換膜燃料電池（PEMFC），具有功率密度高、啟動時間短、操作溫度低等優勢。

除了依託政府的扶持以外，燃料電池汽車產業的健康發展必須從根本上提升技術成熟度、降低終端使用者的購買和使用成本。從上游來看，隨著制氫行業的發展和成本下降，以及氫氣儲運環節的發展，氫氣成本有望持續下降；而從下游來說，亟需推動燃料電池全產業鏈的國產化以促進終端購買成本的有效下降。

以質子交換膜燃料電池車為例，燃料電池系統佔整車成本60%左右，而電堆是系統中的核心，佔系統成本超60%。膜電極則是電堆中進行電化學反應的核心部件，主要由質子交換膜、催化劑層和氣體擴散層組成，但目前核心零部件的國產化程度依然偏低，與世界領先廠商仍存在較大差距。

目前各個領域已湧現出一批優秀的國產自主研發企業，產品效能逐漸與海外水平接近。隨著在中國燃料電池商用車落地規模的擴大，有望在較短時間內實現電堆/膜電極核心零部件的國產化突破，對推動燃料電池滲透率的提升將具有重大意義。

此外由於現階段整體產業鏈尚不成熟，行業基礎設施和服務網路不完善，市場上也出現了一批氫能燃料電池車運營服務商，透過整合資源向終端客戶提供一體化的產品和服務，並反向助推上游的產品技術研發，推動了行業整體的迭代發展。

2、

船舶、飛機等細分市場：

在交通領域還存在著其他新興細分市場的機會，如在氫能二輪車、工業叉車、船舶、無人機等應用場景下，氫能在能量密度、加氫速度等方面的優勢依然非常突出，且部分領域電動化的滲透率也並不高。只有下游氫能應用場景的多元化發展，使氫能的終端消費市場不斷壯大，才能帶動上游生產儲運等環節的規模化，最終推動氫能產業實現整體的可持續發展。

五、高鵠

的

觀點與

投資建議

道阻且長，行則將至。中國氫能行業的未來是星辰大海，發展機遇與挑戰並存，國內企業在技術、材料等方面仍有巨大的進步空間。對於投資者而言，哪些細分領域值得重點關注，什麼樣特質的創業公司有望脫穎而出？高鵠新能源團隊的觀點與建議如下：

（

一

）

綠氫的生產領域

隨著可再生能源發電的快速發展以及相關核心零部件的研發進展和國產化程度的提升，可再生能源發電制氫值得重點關注。

鹼性電解水（ALK）目前已比較成熟並實現了規模化落地。

質子交換膜電解水（PEM）

和

固體氧化物電解水（SOEC）

的技術路線雖然尚不成熟，但從第一性原理來看更具優勢，我們看好其長期發展潛力和投資價值。

PEM將率先迎來爆發，建議重點關注

PEM電解槽研發和製造企業

，以及質子

交換膜

、

催化劑

等核心零部件的國產化研發企業。

持續關注

國產SOEC電解槽的研發企業

，重點關注相關的技術和材料突破，以及商業化落地的進展。

（

二

）

綠氫的應用領域

重點關注

氫冶金

、

氫化工

、

氫能燃料電池汽車

這幾個主要的綠氫消費市場。

在氫冶金、氫化工市場，核心玩家以大型鋼鐵、化工等國氫、央企為主，可關注提供

核心裝置

、

創新材料

、

生產工藝

、以及相關的

系統改造

、

運營最佳化軟體

、

諮詢服務

等的創業公司。

在氫能燃料電池汽車市場，需重點關注規模化的

頭部燃料電池系統公司

，比如在

電堆

、

膜電極

及其中

質子交換膜

、

催化劑

等核心零部件的研發與製造上有突破進展的國內創業公司。

在其他領域，如氫能船舶、航空等，可以保持關注並挖掘細分市場中頭部公司的投資機會。

（

三

）

投資重點考慮因素

對於國產化程度不高的部分核心零部件環節，需重點驗證創始團隊的學術能力、相關科研成果和專利情況，注意其在關鍵指標上與世界領先水平的對比。

優先選擇有資源背景以及技術研發、生產製造、管理等方面成熟經驗積累的公司，如依託知名大學、科研院所成立的或從頭部能源公司、汽車行業公司分拆的創業公司。

需驗證從實驗室到規模化量產的落地能力並關注核心指標的變化。

氫能行業普遍處於發展早期，優先選擇與產業鏈核心玩家（如燃料電池系統企業）或上游核心資源企業（如新能源發電企業及風電、光伏等產業巨頭）建立生態合作的創業公司，更有利於保證訂單需求，並有益於與合作伙伴共同推動產品研發和迭代。

考察供應鏈的穩定性以及公司的議價能力、對進口零部件和材料的依賴程度。

關注企業與政府的合作關係及當地政府的相關產業政策，尤其對於依賴政府補貼、或需要拿到政府的經營指標、許可的部分細分行業。

高鵠資本長期看好中國氫能產業的發展前景，並希望能夠與氫能行業的創業者們並肩作戰，用我們的深度服務助力優秀的初創企業快速成長，成為中國乃至國際領先的氫能企業，為中國構建獨立自主的氫能產業貢獻力量。