氫氣多少錢一噸（氫能源行業專題研究）

（報告出品方/作者：中泰證券，陳晨）1氫能——21世紀的理想能源氫能是對能源結構的又一次革新非石化新能源轉型成為必然。人類社會經歷了三次大的能源革命，自原始人類首次使用火開始，能源便成為人類社會的必須資源，木材成為早期廣泛使用的能源；176

（報告出品方/作者：中泰證券，陳晨）

1 氫能——21 世紀的理想能源

氫能是對能源結構的又一次革新

非石化新能源轉型成為必然。人類社會經歷了三次大的能源革命，自原 始人類首次使用火開始，能源便成為人類社會的必須資源，木材成為早期廣泛使用的能源；1769 年瓦特發明蒸汽機，煤炭在 18 世紀八十年代 成為總量最大的一次能源，自此完成了第一次能源革命，帶來了以機器 為動力的社會化生產時期，促進了鋼鐵、冶金等行業的發展和城市的建設；1886 年內燃機發明，油氣作為高效能源在一次能源的消費結構中快 速提升至超過 50%（1965 年），完成了煤炭向油氣的第二次革命，促進了飛機、汽車、化工等產業的發展；隨著對能源需求的增長和低碳發展 的需要，傳統石化能源向非石化新能源轉換的第三次能源革命成為必然。

氫能是實現雙碳目標的重要途徑。近年來以風電、光伏、水電等可再生能源為代表的新能源獲得了大力的發展，脫碳加氫、清潔高效成為未來 能源演變的趨勢，而氫能作為一種可再生的二次能源，來源豐富，可以 從水、化石燃料等含氫物質中制取，是重要的工業原料和能源載體，質量能量密度高，使用過程環境友好，無碳排放，能滿足未來能源發展的多種要求，被標榜為 21 世紀的理想能源，被多個國家提升至國家戰略 高度。

一方面，由于風、光等可再生能源的波動性導致其難以直接并網 大規模利用，國家發改委明確將氫能納入新型儲能方式，由可再生能源 制取氫氣，氫氣再轉化為終端能源，有利于促進可再生能源消納，加快 能源結構綠色轉型。另一方面，中國工業和交通業高度依賴傳統化石能 源，脫碳難度高。推行綠氫替代可促進綠色化工、綠色交通的發展，助 力工業、交通業等碳密集行業實現碳中和。因此氫能將成為與風、光、 水等一次能源互補的重要能源載體和雙碳目標實現的重要途徑。

氫具有以下的特點：

氫能是一種清潔能源，無論是燃燒還是電化學反應，產物只有水，沒有 傳統能源利用所產生的的污染物及二氧化碳，真正實現低碳或零碳排放， 滿足未來能源發展低碳環保的要求。

制氫方式多樣，作為可再生的二次能源，氫可以來源于化石能源重整、 生物質熱裂解、微生物發酵、工業副產以及電解水等多種途徑，考慮到 風電、光伏、水電等可再生能源發電具有不穩定性，氫作為一種儲能手段，不僅能夠與之互補，實現調峰，拓展了可再生能源的利用方式。

氫能靈活且高效。氫熱值達到 143MJ/kg，是同質量焦炭、汽油等化石 燃料的 3-4 倍，通過燃料電池可實現綜合轉化效率 90%以上，利用過程 中能量損耗小。同時氫能可應用于多個領域，包括發電（分布式供電供暖）、交通（結合燃料電池應用于汽車、軌道交通、船舶等領域，具有長 續航歷程、加注速度快等優勢）、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，其燃點為 574°C，爆炸極限廣至 4%~75%，安 全問題極為重要。因此氫氣的儲運具有一定難度，但也是保證氫氣安全 且經濟化應用的關鍵。

產業規模將超過 10 萬億，空間廣闊。截至 2019 年，氫能在我國能源體系中占 比僅為 2.7%，計劃到 2050 年提升至 10%，2060 年提升至 20%，氫氣 需求量將分別達到 6000 萬噸、1.3 億噸。2050年加氫站建設達到 1 萬 座，燃料電池車產量達到 500 萬輛/年，燃料電池系統產能達到 550 萬 套/年，產業規模將達到 10 萬億元以上，行業未來發展空間廣闊。

國外：美、日等國將氫能定位國家能源戰略高度，具有先發優勢

全球主要國家高度重視氫能與燃料電池的發展，美、日、德等發達國家 已經將氫能上升到國家能源戰略高度，相關領域自 1970 年已經開始關 注，在行業內有技術和應用等多方面的先發優勢。

美國是最早將氫能及燃料電池作為能源戰略的國家。根據北極星氫能網， 早在 1970 年，美國就已經提出“氫經濟”的概念，國家能源研究和開發組織開始贊助氫能源相關研究；1990 年克林頓政府出臺了《1990 年 氫研究、開發及示范法案》、《氫能前景法案》等支持政策；布什政府將 氫能源納入國家能源戰略體系之中，發布了《國家能源政策報告》、《美國向氫經濟過渡的 2030 年遠景展望》等政策性報告，并提出《國家氫能發展路線圖》，系統實施國家氫能計劃；2004 年-2008 年，美國能源部先后發布《氫能技術研究、開發與示范行動計劃》、《先進能源倡議》、 《氫立場計劃》等政策，用于氫能的相關技術開發的年度資金也從 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 巴馬政府發布《全面能源戰略》，政府和企業共同出資開展“氫能美國”、“國家燃料替代與充電網絡規劃”等項目，助力汽車制造商建設加氫站； 特朗普政府在 2017 年先后退出《巴黎協定》和《清潔能源計劃》，但繼 續將氫能與燃料電池作為美國有限能源戰略，開展前沿技術研究。

綜上， 美國以占有關鍵核心技術為主要目標，商業化推廣項目稍弱，近年來雖 然相關規劃和政策逐漸減少，但繼續保持對氫能和燃料電池技術的研發 支持，以確保美國在相關技術的領先地位。截止 2018 年底，美國在氫 能及燃料電池領域擁有的專利僅次于日本，尤其在質子交換膜燃料電池、 燃料電池系統、車載儲氫三大領域技術專利數量上，美、日兩國占比總和均超過了 50%；美國液氫產能和燃料電池乘用車保有量全球第一，在 在營加氫站 42 座，2025 年計劃達到 200 座，燃料電池乘用車數量達到 5899 輛，全年固定式燃料電池安裝超過 100 兆瓦，累計固定式燃料電 池安裝超過 500 兆瓦。

日本致力于成為全球第一個實現氫能社會的國家。日本能源對外依存度高，一次能源對外依存度高達 94%，而核電重啟阻力大，其他可再生能源計劃進展緩慢。2003 年 10 月，日本《第一次能源基本計劃》中首 次提出建設未來“氫能源社會”，通過進口海外氫氣資源、利用燃料電池 進行終端利用領域革命等措施，改變日本的能源供需結構和消費方式。 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%，該計劃是基于 2015 年 12 月巴黎氣候大會上 達成的相關協定制定的。

為了達成在 2030 年前溫室氣體排放減少 26% 的目標，日本將全面普及 LED 照明設施，導入 530萬臺高效率的家庭 用燃料電池，使得家庭和辦公場所二氧化碳排放量減少約四成（來源： 人民網）。在過去三十年里，日本政府先后投入數千億日元用于氫能及燃料電池技術的研究和推廣，并對加氫基礎設施和終端應用進行補貼，截止 2018 年底，日本氫能和燃料電池技術擁有專利數全球第一，在營加 氫站 113座，燃料電池乘用車保有量 2839 量，2025年計劃建成加氫站900座，燃料電池乘用車保有量達到 20 萬輛，2030 年達到 80 萬輛， 2040 年實現燃料電池車的普及。其中 2014 年量產的豐田 Mirai 燃料電池車電堆最大輸出功率達到 114 千瓦，能在零下 30 攝氏度的低溫地帶 啟動行駛，一次加注氫氣最快只需要 3 分鐘，續航超過 500 千米，用戶 體驗與傳統汽車無異。

歐洲脫碳決心大，推動可再生能源與氫能協同發展。歐盟積極探索向脫 碳能源系統轉型，將氫能作為能源安全和能源轉型的重要保障，在促進 可再生能源發展的政策文件中均提及支持氫能與燃料電池。在能源戰略 層面，制定了《2005 歐洲氫能研發與示范戰略》《2020 氣候和能源一攬 子計劃》《2030 氣候和能源框架》《2050 低碳經濟戰略》等文件；在能 源轉型層面，發布了《可再生能源指令》《新電力市場設計指令和規范》 《氣候行動和可再生能源》《所有歐盟人的清潔能源》等文件。

歐盟的氫 能 發 展 力 量 已 形 成 合 力 ， 對 氫 能 的 具 體 支 持 主 要 在 框 架 計 劃 （frameworkProgramme，簡稱 FP）下進行。第六個研究框架計劃期 間（2003－2006 年）共計投資約 1 億歐元，其中 32%的資金用于氫氣 儲運技術開發。第七個研究框架計劃期間（2007－2013 年）在 154 個 項目和行動計劃中投資4.4 億歐元，年平均研究開發支出和市場部署支出分別增長 8%和 6%，專利和年營業額平均增長 16%和 10%。第八個 研究框架計劃期間（2014－2020 年）投資明顯加大，總計投資預計達 13.3 億歐元，加速推進歐盟氫能和燃料電池應用的商業部署。

截止 2018 年底，歐洲在營加氫站 152 座，燃料電池乘用車月 1080 輛，計劃在 2025年建成運營加氫站 770 座，2030 年達到 1500 座；歐盟在氫氣制取、儲運等供應鏈技術全球領先，擁有 1500km長的專用輸氫管道，率先開展了可再生能源制氫并摻入天然氣管網的商業示范運營，計劃利用可再生 能源和氫能協同發展，實現在工業領域脫碳減排德國是歐洲在氫能方面 領先的國家，政府專門成立了國家氫能與燃料電池技術組織推進相關領域工作，并在 2006 年啟動了氫能和燃料電池技術國家創新計劃，從 2007 至 2016 年共投資 14 億歐元。截止 2018 年底，德國可再生能源制氫規模全球第一，燃料電池的供應和制造規模全球第三，加氫網絡全球第二 大，在營加氫站 60 座，僅次于日本。

韓國能源狀況與日本類似，推進氫能發展振興產業經濟，計劃在 2030 年進入氫能社會。2008年，韓國政府發布低碳綠色增長戰略，先后投入 3500 億韓元實施綠色新政、百萬綠色家庭、綠色氫城市等示范項目，并在《韓國新能源汽車規劃》《氫燃料電池汽車產業生態戰略路線圖》等規 劃政策中明確了燃料電池汽車發展目標。2015 年韓國環境部確定，2030 年碳排放量降低 37%的目標，將氫能定位為未來經濟發展的核心增長引擎和發展清潔能源的核心。

2018年韓國政府發布《創新發展戰略投資計 劃》，將氫能產業列為三大戰略投資方向之一，計劃未來5 年投入 2.5 萬 億韓元。2019年，韓國工業部聯合其他部門發布《氫能經濟發展路線圖》， 其發展目標和重點與日本《氫能與燃料電池戰略路線圖》具有高度相似 性，提出在 2030 年進入氫能社會，率先成為世界氫經濟領導者。截止 2018 年底，韓國在營加氫站 14 座，燃料電池乘用車保有月 300 量，計 劃到 2025 年建成加氫站 210 座，2030 年達到 520 座，到 2025 年燃料 電池乘用車保有量達到 15 萬輛，2030 年 63 萬輛，到 2040 年分階段生 產 620 萬輛。

國內：制氫擁有產業基礎，未來發展空間廣闊

國內政策支持持續，但行業尚未形成體系，未來發展空間廣闊、潛力巨 大。當前我國氫能產業快速發展，中央及地方支持政策密集出臺，行業 頂層設計呼之欲出，我國氫能產業發展正步入快車道。目前，我國氫能 已逐步建立起制儲運加用等重點環節較完整的產業鏈，初步具備了規模 化發展的基礎，但氫能產業仍面臨核心技術、關鍵零部件依賴進口、產 業配套能力不足等問題；而國內擁有豐富的氫能供給經驗和產業基礎， 擁有目前世界上規模最大的制氫能力，低成本的氫源將能支持產業早期 的發展，且國內應用市場廣闊、潛力巨大。

氫能持續獲關注，以獎代補政策推動示范性發展。以獎代補早在 2006 年國務院就在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020 年）》 提出發展氫能及燃料電池相關的核心技術；2019 年氫能首次寫入《政府 工作報告》，提出推動加氫等設施建設；2019 年 11 月，國家發改委等 15 個部門聯合發布《關于推動先進制造業和現代服務業深度融合發展的 實施意見》，提出推動氫能產業創新、集聚發展，完善氫能制備、儲運、 加注等設施和服務；2020 年初，國家發改委、司法部發布《關于加快建設綠色生產和消費法規政策體系的意見》，將于 2021 年完成研究制定氫 能發展的標注規范和支持政策；2020 年 4 月，國家能源局發布《中華人 民共和國能源法（征求意見稿）》，氫能被列為能源范疇；2020 年 9 月五 部委聯合發布了《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》，將采取以獎 代補的方式對入圍示范的城市群，按照其目標完成情況核定并撥付獎勵 資金。

近年，氫能及燃料電池相關政策文件密集出臺，覆蓋了氫能發展規范、氫氣制儲運、氫能與風電光伏結合、燃料電池研發應用推廣，包括各個 環節的規劃、政策等，對氫能及燃料電池發展的各個環節提出了規范和 支持手段，大力推進行業的研發和應用。

全國政策：2020 年 9 月發改委、能源局、財政部等聯合發布《關于開展 燃料電池汽車示范應用的通知》，將對燃料電池汽車的購臵補貼政策，調 整為燃料電池汽車示范應用支持政策，對符合條件的城市群開展燃料電 池汽車關鍵核心技術產業化攻關和示范應用給予獎勵。示范期暫定為四 年，示范期間，將采取“以獎代補”方式，對入圍示范的城市群按照其 目標完成情況給予獎勵。每個示范城市群最高可獲得 18.7 億補貼，涵蓋 制氫、加氫、燃料電池零部件、整車等各個環節。另外在《2030 年前碳 達峰行動方案》中也將氫能提到了極高的位臵，強調其在碳達峰中的重 要作用。

地方政策：兩批示范城市群陸續獲批。2021 年 8 月，財政部、工信部、 科技部、發改委、能源局聯合發布《關于開展燃料電池汽車示范應用的 通知》，燃料電池示范城市群政策正式落地，首批三個示范城市群——京 津冀城市群、上海城市群、廣東城市群陸續啟動。京津冀城市群由北京 市大興區牽頭，聯合海淀、昌平等六個區和經濟技術開發區，以及天津 濱海新區、河北省保定市、唐山市、山東省濱州市、淄博市等共 12 個 城市（區）組建。要對標國家示范要求，實現示范城市群預期指標全部 達標，8 項核心零部件取得技術突破、實現產業化，車輛應用不少于 5300 輛，購車成本降幅超過 40%，新建投運加氫站不低于 49 座，氫氣售價

不高于 30 元/公斤。上海城市群由上海市牽頭，聯合蘇州、南通、嘉興、 淄博、寧夏寧東、鄂爾多斯市等 6 個城市組建。上海率先發布落地方案 ——《關于支持本市燃料電池汽車產業發展若干政策》，涉及支持整車應 用、支持關鍵零部件發展等六部分安排，明確提出到 2025 年底前，市級財政將按照國家燃料電池汽車示范中央財政獎勵資金 1:1 比例出資， 在支持整車產品示范應用方面按照每 1 積分 20 萬元給予獎勵。廣東城 市群由佛山市牽頭，聯合廣州、深圳、珠海、東莞、中山、陽江、云浮 以及省外的福州、淄博、包頭、六安等城市組建。廣東省級財政按照國 家獎補標準 1:1 給予配套資金，省內示范城市相關地市財政按照國家和 省的獎補標準 1:1 給予配套補貼。

此外，第二批示范城市群也已經獲批， 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，宇通客車為優勢企業，包括省內新鄉、洛陽、開封、安陽、焦作 5 市，和 上海三區（嘉定、臨港、奉賢）、張家口、濰坊、佛山等 11 個產業鏈優 勢城市或地區；張家口城市群由張家口市牽頭，聯合河北省唐山市、保 定市、邯鄲市、秦皇島市、定州市、辛集市、雄 安新區、內蒙古自治區 烏海市、上海市奉賢區、河南省鄭州市、山東省淄博市、聊城市、福建省廈門市等 13 個城市組成。

示范城市群規劃陸續出臺，推廣規模大。五大示范城市群中各自城市的 規劃陸續出臺，根據我們統計，到 2025 年，京津冀示范城市群合計將 推廣至少 1.63 萬輛燃料電池車，136 座加氫站，牽頭城市北京將至少推 廣 1 萬輛燃料電池車以及 74 座加氫站；上海示范城市群合計將推廣至 少 1.65 萬輛燃料電池車，140 座加氫站，牽頭城市上海將至少推廣 1 萬 輛燃料電池車以及 78 座加氫站；廣東示范城市群合計將推廣至少 1.56 萬輛燃料電池車，120 座加氫站，牽頭城市佛山將至少推廣 1 萬輛燃料 電池車以及 43 座加氫站；河南示范城市群合計將推廣至少 2.35 萬輛燃 料電池車，172 座加氫站；河北示范城市群合計將推廣至少 1.79 萬輛燃 料電池車，174 座加氫站。（部分示范城市有重疊）。

氫能主產業鏈可概括為“氫氣制取、氫氣儲運、氫氣使用”三個環節：

制氫方面，目前，中國氫氣供給結構中約近 80%來源于煤制氫或焦爐煤 氣副產氫，電解水等清潔氫源占比較低。根據中國氫能聯盟對未來中國 氫氣供給結構的預測，中短期來看，中國氫氣來源仍以化石能源制氫為 主，以工業副產氫作為補充，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供給。

儲運方面，儲氫技術分為兩個方向物理儲氫和化學儲氫。物理儲氫主要 包括常溫高壓氣態儲氫、低溫液化儲氫、低溫高壓儲氫和多孔材料吸附 儲氫；化學儲氫主要包括金屬氫化物儲氫和有機液體儲氫。其中低溫高 壓儲氫、多孔材料儲氫、金屬氧化物儲氫和有機溶液儲氫尚處于研發階 段。

氫氣下游應用方面，主要氫能燃料電池汽車將是主要應用場景，當前由 于成本等原因商用車和重卡將是應用主流；在工業領域，氫氣是重要的 化工原料，合成氨、合成甲醇、原油提煉等，均離不開氫氣。除了交通 行業和工業，氫氣在其他行業也有巨大的應用潛力。在電力行業，氫能 發電，可以用作備用電源、分布式電源、為電網調峰。在建筑行業，一 方面，天然氣摻氫用作家用燃料，可以降低燃氣使用碳排放強度；另一 方面，氫驅動的燃料電池熱電聯供系統，為建筑物供電供熱，綜合能源 利用效率超過 80%。在醫療領域，氫氣也被證實有去除氧化基、治療氧 化損傷等療效。在食品工業，也常常用氫氣實現油脂氫化，以提高油脂 的使用價值。（報告來源：未來智庫）

2 可再生能源制氫將是未來發展主流

當前制氫規模有限，化石燃料制氫占比高

灰氫占比高，電解水制氫前景廣闊，降本提效是關鍵。按照制取過程中 的碳排放強度，氫氣被分為灰氫、藍氫和綠氫。灰氫是指由化石燃料重 整制的的氫氣，碳排放強度高，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較低，也達到 10 kg 二氧化碳/kg 氫氣，但該 制氫技術成熟，成本優勢顯著，是當前主流的制氫方式，約占全球市場 供氫的 96%。

藍氫包括工業副產氫以及加裝碳捕捉和封存技術（CCS） 的化石燃料制氫，工業副產氫是指在生產化工產品的同時從副產品中得 到氫氣，國內相關產業規模較大，行業經驗豐富，成本相對較低，在產 業發展早期，能提供較為豐富和低成本的氫源；在化石燃料制氫的基礎 上增加碳捕捉和封存等環節，能大幅降低生產過程中的碳排放，國外已 經有天然氣重整制氫+CCUS（碳捕集、封存和利用）技術結合生產的案 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）， 但成本也會大幅上升，國內 CCS 或 CCUS 的技術尚有不足，關鍵技術 有待突破，藍氫可以作為灰氫向綠氫過渡的方式。

綠氫是指可再生能源 制氫，制氫過程中幾乎不產生碳排放，是未來制氫的主流方向，但是相 關技術仍處于研究中，成本較高，行業有待發展。由可再生能源電解水 制氫，能有效解決可再生能源消納問題，在風電、光伏等可再生能源大 力發展的情況下，氫能與之結合，解決調峰、儲能、運輸等方面的問題， 是一條頗具前景的清潔能源技術路徑。而如何提升電解水制氫的效率， 降低技術成本，是突破該項技術發展的關鍵。

我國氫氣主要來源于化石燃料。根據石油和化學工業規劃院統計，截止 2021 年中，我國氫氣來源主要包括煤、焦爐煤氣、天然氣、甲醇、燒堿 等，其中煤制氫達到 2388 萬噸/年，占接近六成；焦爐煤氣制氫產能達 到 811 萬噸（20%）。

化石燃料制氫：煤制氫產量大，天然氣制氫國內較少

煤制氫產量大，天然氣制氫國內較少。從供應潛力看，國內煤化工行業 發展成熟，煤制氫產量大且產能分布廣，并且由于其產能適應性，可提 供量大、可調節的氫源，而天然氣制氫是國外主流制氫方式，國內由于 資源稟賦問題，經濟性較低，僅少部分資源地有發展。

煤制氫普遍采用水煤漿工藝原理，核心反應為煤炭（含碳量高）作為還原劑與水反應生成氫氣：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行氣化得到以氫氣、甲烷、一氧化 碳為主的煤氣產物，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。

煤制氫產能適應性強，可根據需求調節提 純規模和產能，一臺投煤量 200 噸/天的煤氣化爐，約生產合成氣 12 萬立方米/小時，對應產氫量為 78 噸/天，只需將其 2%-3%的負荷用作提純制氫，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 千米計算， 則可滿足 111-167 輛燃料電池公交車的用氫需求。從成本來看，煤制氫 需要大型的氣化設備，初始投資較高，約為 1-1.7 萬元/（立方米/小時）， 當生產規模較大時，經濟性才能體現，在煤價 200-1000 元/噸，制氫成 本約為 6.77-12.14 元/千克（煤價每增加 100 元/噸，制氫成本增加 0.675 元/千克）；結合 CCS 技術后，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） 化學結構穩定，在高溫下才具有反應活性，因此高溫下天然氣與水蒸氣 轉化制氫成為國外普遍采用的路線。主要過程為天然氣預處理后與水蒸 氣高溫重整制合成氣（包含一氧化碳、氫氣、水蒸氣等），經過肺熱鍋爐 產生蒸汽回收熱量，溫度降至中溫后，合成氣中的一氧化碳進一步與水 蒸氣反應得到氫氣和二氧化碳，然后經過冷凝和變壓吸附得到純度較高 的氫氣。根據天然氣價格由 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。由于國內天然氣供應有限且含硫量較高，導致 國內天然氣制氫經濟性遠低于國外，僅在西部天然氣資源充足的區域有 相關探索和發展。

工業副產氫：焦爐煤氣副產氫規模大、成本低

主要有焦爐煤氣、氯堿化工、輕烴利用（丙烷脫氫、乙烷裂解）、合成 氨合成甲醇等工業的副產氫。

焦爐煤氣。中國是全球最大的焦炭生產國, 我國的焦化廠主要分布在華北及華東地區，每噸 焦炭可產生焦爐煤氣約 350-450 立方米,焦爐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行轉化變化后再 提純氫氣，最大化氫氣的產量。以焦爐煤氣為原料制取氫氣的過程中廣 泛采用變壓吸附技術（PSA）。小規模的焦爐氣制氫一般采用 PSA 技術， 只能提取焦爐氣中的氫氣，解吸氣返回回收后做燃料再利用；大規模的 焦爐氣制氫通常將深冷分離法和 PSA 法結合使用，先用深冷法分離出甲 烷，再經過變壓吸附提取氫氣。通過 PSA 裝臵回收的氫含有微量的氧氣， 經過脫氧、脫水處理后可得到 99.999％的高純氫。通過焦爐煤氣提純制 氫的成本在工業副產氫中是最低的，綜合成本為 9.13 元/千克-14.63 元/ 千克。

氯堿化工。我國每年燒堿產量達到 3000-3500 萬噸，主要分布在新疆、 山東、內蒙古、上海、河北等省市，燒堿產量與副產氫氣的產量配比基 本為 40:1，每年副產氫氣 75 萬-87.5 萬噸，其中約 60%被配套聚氯乙 烯和鹽酸利用，剩余約 28-34 萬噸。經過 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、純度高等優勢。燒堿副產氫制氫成本約 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，國內在運 行和在建的丙烷脫氫項目的氫氣供應潛力在 30 萬噸/年，考慮 2023 年 計劃通產的項目，預計副產氫總規模可達 44.54 萬噸/年。丙烷脫氫后粗 氫的純度已經高達99.8%，經過變壓吸附后可達到99.999%，其中氧氣、 水、一氧化碳、二氧化碳含量基本達到燃料電池用氫的標準要求，僅有 總硫含量超出標準。丙烷脫氫副產氫生產及提純總成本約 13.75 元/千克 -19.8 元/千克。乙烷裂解生產乙烯，每生產億噸乙烯大約產生 107.25 千 克氫氣，純度達到 95%以上，變壓吸附后可滿足燃料電池用氫的標準， 副產氫氣綜合成本為 14.85 元/千克-19.8 元/千克，但國內的乙烷裂解項 目基本處于在建或規劃狀態，暫未釋放氫氣供應的潛力。

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氫氣消耗結構中占比共計達到 50%以上， 而其生產過程中會有合成放空氣及馳放氣派出，其中氫氣含量在 18%-55%之間，副產氫氣的生產成本約為 14.3 元/千克-22 元/千克，生產企業主要分布在山東、山西、河南等省份。

電解水制氫：堿性電解水更具經濟性，質子交換膜將是未來主流

堿性電解水目前更具經濟性，質子交換膜電解水將是未來主流方向。電 解水制氫的技術相對成熟，對未來清潔可持續能源的使用至關重要，電 解水制氫是在直流電的作用下，通過電化學過程將水分子解離為氫氣和 氧氣，分別再陰陽兩極析出，根據使用的電解質不同，主要可分為堿性 電解水（ALK）、質子交換膜電解水（PEM）和固體氧化物電解池電解水 （SOEC）三大類，目前可以實際應用的電解水制氫技術主要有 ALK 和 PEM，SOEC 雖然具有更高能效，但仍處于實驗室開發階段。對比 ALK 和 PEM 兩種已經商業化的制氫路線，ALK 電解槽基本實現國產化，而 PEM 電解槽由于關鍵材料和技術仍依賴進口，投資成本相對較高。

但是 PEM 電解水總體效率更高，動態響應速度更快，是更具前景的水電解制氫技術，目前已經在加氫站現場制氫、風電光伏等可再生能源電解水制 氫、儲能等領域得到示范應用并逐步推廣，但是投資和運行成本高仍然 是制約 PEM 電解水制氫發展的主要問題，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。為此降低催化劑與電解槽的材料成本， 特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率和壽命，是 PEM 水電解制氫技術發展的研究重點。

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設備成本中占比約為 50%，電解液一般是質量分數 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，系統壽命達到 20-30 年，每立 方米氫氣的生產需要耗電 4.5-6.5 千瓦時，系統整體效率為 62%-82%，每千瓦投資約 850-1500 美元，單堆產氫量 750 立方米每小時，假設年 均全負荷運行 7500 小時，在電價 0.3 元/千瓦時的情況下，制氫成本約 為 21.6 元/千克，電費成本約占 86%。堿性電解水雖然在投資、運行成 本方面相對較低，但是仍存在明顯不足：第一，堿性的電解液會與空氣 中的 CO2 反應生成不溶鹽，阻塞多孔催化層，阻礙產物和反應物的傳遞， 大大降低電解槽的性能；第二，由于電極與隔膜間隔較遠，整個電解槽 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閉或者啟動，因此難以與具有快速波動 特性的可再生能源配合。（中國工程院《電解制氫與氫儲能》）

質子交換膜電解水制氫時，水通過陽極室在陽極催化反應界面發生電化 學反應被分解成氧氣、氫離子以及電子。陽極所產生的氫離子以水合氫 離子(H+·H2O) 的形式通過電解質隔膜，并在陰極室反應界面處與通過外 電路輸運過來的電子發生電化學反應生成氫氣。PEM 水電解槽的主要部件由內到外依次是：質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、 陰陽極端板等。其中質子交換膜、催化層與擴散層組成膜電極，是物料 運輸與電化學反應的主場所。

作為電解槽的核心部件，膜電極的結構與 特性對 PEM 水電解槽的壽命與性能有顯著影響。選用具有良好化學穩 定性、質子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質子交換膜作為固體電解質， 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；同時固體電解質膜兩側能夠承受較大的壓差，可以快速啟停，能 匹配可再生能源發電的波動性。

歐盟規定電解器的制氫響應時間在 5s 之內 , 目前只有 PEM 水電解技術可以滿足這個要求。成本方面，假設 年均全負荷運行 7500 小時，在電價 0.3 元/千瓦時的情況下，制氫成本 約為 31.7 元/千克，電費成本約占 53%。PEM 水電解槽中的質子交換膜 對電極片要求較高，只有鉑片電極等貴金屬電極在該體系下較為適用， 其他電極片使用時容易發生腐蝕，因此經濟成本高于傳統的堿水電解技術。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 為基礎材料的膜電極，氣體擴散 層，雙極板等核心組件。

質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 制氫所用質子交換膜多為全氟磺酸膜，制備工藝復雜，長期被美國和日本企業壟斷，因此質子交換膜價格高達上百甚至上千美元每平方米。為 降低膜成本，提高膜性能，國內外重點攻關改性全氟磺酸質子交換膜、 有機/無機納米復合質子交換膜和無氟質子交換膜。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。通過引入無機組分制備有機/無機納米復合質子交換膜，使其兼具有 機膜柔韌性和無機膜良好熱性能、化學穩定性和力學性能，成為近幾年 的研究熱點。另外選用聚芳醚酮和聚砜等廉價材料制備無氟質子交換膜， 也是質子交換膜的發展趨勢。

當前催化劑主要使用貴金屬及其合金，開發耐腐蝕、高催化活性的非貴金屬材料是研究重點。理想催化劑應具有抗腐蝕性、良好的比表面積、 氣孔率、催化活性、電子導電性、電化學穩定性以及成本低廉、環境友好等特征。陰極析氫電催化劑處于強酸性工作環境，易發生腐蝕、團聚、 流失等問題，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。現有商業化析氫催化劑 Pt 載量為 0.4～ 0.6mg/cm2，貴金屬材料成本高，阻礙 PEM 水電解制氫技術快速推廣應 用。

為此，降低貴金屬Pt、Pd 載量，開發適應酸性環境的非貴金屬析 氫催化劑成為研究熱點。相比陰極，陽極極化更突出，是影響 PEM 水 電解制氫效率的重要因素。苛刻的強氧化性環境使得陽極析氧電催化劑 只能選用抗氧化、耐腐蝕的 Ir、Ru等少數貴金屬或其氧化物作為催化劑 材料，其中 RuO2 和 IrO2 對析氧反應催化活性最好。相比 RuO2，IrO2 催化活性稍弱，但穩定性更好，且價格比 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，開發在 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

膜電極制備工藝對降低電解系統成本，提高電解槽性能和壽命至關重要。 根據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散層，而 CCM 法則將催化 劑活性組分直接涂覆在質子交換膜兩側。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子傳遞阻力，是膜電極制備的主流方法。在 CCS 法和 CCM 法基礎上，近年來新發展起來的電化學 沉積法、超聲噴涂法以及轉印法成為研究熱點并具備應用潛力。新制備 方法從多方向、多角度改進膜電極結構，克服傳統方法制備膜電極存在 的催化層催化劑顆粒隨機堆放，氣體擴散層孔隙分布雜亂等結構缺陷， 改善膜電極三相界面的傳質能力，提高貴金屬利用率，提升膜電極的電 化學性能。（報告來源：未來智庫）

3 氫氣儲運難度大，制約氫能應用的關鍵環節

氣態高壓儲氫為主，其他方式仍處探索階段

儲存難度大，是氫能經濟應用的關鍵環節。標準狀況下，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勢，按照美國能源部提出 的商業化儲氫密度要求，質量儲氫密度需達到 6.5wt%（存儲氫氣質量占 整個儲氫系統的質量百分比），體積儲氫密度達到 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題，對儲存容器要求 極高；氫氣是易燃易爆氣體，安全問題極為重要。因此氫氣的儲運具有 一定難度，但也是保證氫氣安全且經濟化應用的關鍵。

儲氫技術分為兩個方向：物理儲氫和化學儲氫。物理儲氫主要包括常溫 高壓儲氫、低溫液化儲氫、低溫高壓儲氫和多孔材料吸附儲氫；化學儲 氫主要包括金屬氫化物儲氫和有機液體儲氫。其中低溫高壓儲氫、多孔 材料儲氫、金屬氧化物儲氫和有機溶液儲氫尚處于研發階段。

高壓氣態儲氫采用高壓壓縮的方式將氫氣儲存在特制容器中，是目前最 常見的一種方式，技術已較為成熟，車載儲氫容器是當前氫氣儲運技術 的研究熱點。目前車載儲氫容器中，一型瓶（Ⅰ型）是純鋼制金屬瓶， 二型瓶（Ⅱ型）是鋼制內膽纖維纏繞瓶，三型瓶（III 型）是鋁內膽纖維 纏繞瓶，四型瓶（IV 型）是非金屬內膽纖維纏繞瓶。由日本豐田汽車開 發的 70MPa 鋁合金內膽纖維纏繞瓶幾乎無氫脆問題，可在三分鐘內加 滿 5.5 千克氫氣；國內商用儲氫容器主要是 35MPa 碳纖維包覆鋁合金內 膽儲氫瓶。中國當前已經建設完成的加氫站也是采用高壓氣態儲氫技術， 如豐田中國常熟加氫站采用的是 70MPa 全多層鋼制高壓儲氫技術。高 壓氣態儲氫雖然技術成熟、應用廣泛，但其體積儲氫密度（39g/L）還較

低，與美國能源部發布的 2020 年儲氫目標（55g/L）仍有較大的差距。 另外，高壓氣態儲氫也存在泄露、爆炸的安全隱患，安全性能有待進一 步提高。由于儲氫密度低，且存在安全隱患，長期來看不是儲氫技術的 優選方案，高壓氣態儲氫瓶未來仍需要向輕量化、高壓化、低成本、質 量穩定等方向發展。

低溫液化儲氫是指將氫氣在低溫下液化，存放在絕熱的儲存容器，可大 幅提高儲氫密度（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氫氣能量的 25%-40%，遠高于天然氣液化的 10%， 且液氫易揮發，使其基礎設施的成本比液化天然氣高 30%左右。歐美和 日本的液化儲氫技術已經成熟商業化，在車載系統和加氫站中均有應用， 約有 1/3 以上的加氫站是液氫加氫站，而國內受核心技術和高成本限制， 目前僅在航天領域有應用。

低溫高壓儲氫技術相較于高壓氣態儲氫提高了儲氫密度，相較于液態儲 氫降低了能耗，不過目前尚處于研發階段。

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

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，生成 金屬氫化物，經加熱重新釋放氫氣，如鎂基合金、鈦基合金、稀土系金 屬等。固態材料儲氫的質量儲存密度一般都在 1%-4.5%左右，幾乎與液 氫相當，而且固態金屬儲氫安全性高，能保持氫氣高純度，但吸放氫性 能和循環使用性能有待改善。

近年來，不飽和烴類有機溶液被看作是頗具前景的氫載體，通過加氫反 應儲存氫氣，通過脫氫反應釋放氫氣，儲氫密度高，且可以借助現有的 液體燃料輸運基礎設施實現氫運輸。目前尚處于研發階段，反應催化劑 有待進一步優化，且脫氫后的氫氣需要進一步純化。

國內運輸普遍采用長管拖車

當前三種主流的氫氣運輸方式為長管拖車、液氫槽車/船、氫氣管網。

現階段國內普遍采用高壓氣態長管拖車進行氫氣運輸，壓縮能耗低，運 輸密度小，在加氫站日加氫量不超過 500 千克的情況下，節省了液化成 本與管道建設的前期投資，在一定儲運距離以內經濟性較高。

液氫槽車運輸低溫液體，單次載氫量達到 4000 千克，遠超長管拖車， 其運輸成本隨運輸距離變化較小，適合遠距離、中大體量運輸，但是氫 氣液化能耗較高，有待進一步優化。

氫氣管網初始投資成本高，輸氫成本隨運能的提升而降低，達到一定規 模后經濟性凸顯，且隨著運輸距離的增加成本顯著提升，因此管網運輸 適合固定性的批量供氫線路，當前國外嘗試在天然氣管網中摻氫運輸， 可節約初期建設成本，但由于氫腐蝕帶來的安全問題，摻氫比例較低。

固態儲氫和有機溶液儲氫運輸方便，且儲氫密度高，待技術突破，將大 大降低氫氣輸運成本。

加氫站建設提速，國產化將降低建設成本

加氫站建設迎來提速。加氫站作為向氫能燃料電池汽車提供氫氣的基礎 設施，是燃料電池汽車產業中十分關鍵的、不可或缺的重要環節。根據 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，國內加 氫站建設需求量激增，其建設進程隨著中石化、中石油等能源央企的入 局持續加速，國內加氫站數量明顯增加，2021 年國內已建成加氫站 218 座（2019 年底僅 61 座），在過去的一年內增長了近 100 座，但仍與加 油站的數量有巨大差距。國內加氫站主要集中在東部沿海等氫燃料電池 汽車產業發展較為領先的省市，如廣東、上海等。

加氫站的主要設備過包括高壓儲氫裝臵、氫氣壓縮裝臵、氫氣加注設備 及站控系統等。

高壓儲氫裝臵一般有兩種儲氫罐，分別是單個容積 600-1500L 的無縫鍛 造壓力氣瓶和單個容積 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運動來壓縮和輸送氣體 的隔膜式壓縮機，是加氫站的核心裝備，核心部件如壓縮機機頭、膜片 尚以來進口，國內主要通過采購國外企業機頭在國內進行系統集成，國 產化率約 30%，進口依賴度較高。

氫氣加注設備與天然氣加注設備的原理相似，但是由于加注壓力達到 30MPa 甚至 70MPa，對設備承壓能力和安全性有很高的要求。核心部 件如加氫槍、調壓閥、截止閥、流量計、氫氣檢測器、傳感器等國內已 有相關產品，但一致性和耐久性尚需要持續驗證，仍以進口部件為主， 設備成本居高不下。（中國氫能聯盟 《中國氫能及燃料電池產業手冊》）

國內加氫站建設與開發起步相對較晚，技術相對不夠完善，核心設備仍 然依賴進口，造成加氫站建設成本較高，在國內建設一座加氫能力大于 200 千克的加氫站需要 1000-2000 萬元，在較高的補貼力度下，建設成本仍然是加氫站規模化發展的最大障礙。從加氫站建設的主體來看，隨 著氫能行業發展逐漸加快，建設參與主體呈現多樣化發展，氫能產業各 個環節的企業都有參與加氫站建設的案例，包括上游的能源、化工和氣 體公司以及專業的加氫站建設運營商和設備供應商，中游的燃料電池電 堆和系統企業，下游的整車企業和車輛運營企業等。大型的能源化工企 業布局較早，憑借資深資源優勢，加氫站建設進程明顯快于其他參與者。

整體來看，在度電成本 0.3 元的情況下，制、儲運、加環節的成本分別 為 22 元/千克、12 元/千克，16 元/千克，，綜合各個環節，國內當前氫 氣的應用成本在 50 元/千克左右，距離與燃油持平的 35 元/千克仍有較 大距離，當前要達到這一價格主要依賴各地的補貼。未來規模化發展后， 各環節效率明顯提升，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，制氫環節成本下降最為明顯。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站