氫能是氫在物理與化學(xué)變化過程中釋放的能量。氫能是氫的化學(xué)能，氫在地球上主要以 化合態(tài) 的形式出現(xiàn)，是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，二次能源。
工業(yè)上生產(chǎn)氫的方式很多，常見的有水電解制氫 、煤炭氣化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉(zhuǎn)化制氫等，但這些反應(yīng)消耗的能量都大于其產(chǎn)生的能量。
氫能（氣）是可用于化工、冶金、能源、交通等多領(lǐng)域的“終端原料”，是理想的綠電儲(chǔ)能媒介。
當(dāng)前國內(nèi)氫需求主要來自化工、冶金、石油煉化以及陶瓷、玻璃制備等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，供熱與動(dòng)力用氫占比較低。未來5年、甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)這一格局仍將保持。而全球氫氣主要來源于化石燃料制氫，低碳?xì)湓?綠氫+藍(lán)氫)占比難以突破1%。
在全球降碳減排的趨勢(shì)下，在傳統(tǒng)領(lǐng)域的低碳?xì)湓刺娲?、交通和電力等新興應(yīng)用領(lǐng)域需求崛起的推動(dòng)下，以及低碳制氫成本的下降，全球低碳?xì)湓从昧亢彤a(chǎn)量有望迎來迅速增長(zhǎng)，其中可再生能源電解水制綠氫為低碳?xì)湓吹闹饕獦?gòu)成。
目前全球綠氫推廣存在著制氫標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定、專利壁壘、制氫成本高等障礙。主要?dú)淠軈⑴c經(jīng)濟(jì)體歐盟、美國、中國、日本均未統(tǒng)一氫能類型的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，而歐盟對(duì)制氫綠電認(rèn)定的要求更高、更嚴(yán)苛。全球氫能專利主要由歐盟與日本主導(dǎo)，美國專利占居前但份額出現(xiàn)下滑，韓國和中國已嶄露頭角。
全球制綠氫的成本存在較大下降空間，而且由于風(fēng)光資源、產(chǎn)業(yè)政策、制氫產(chǎn)業(yè)成熟度等因素存在地區(qū)差異，未來跨區(qū)綠氫貿(mào)易存在較大市場(chǎng)空間。電解槽是綠氫生產(chǎn)的核心設(shè)備，全球電解槽行業(yè)發(fā)展迅速，中國市場(chǎng)已成為全球的主導(dǎo)。
據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)，至2022年底全球累計(jì)裝機(jī)1.4GW，其中中國與歐洲累計(jì)裝機(jī)量均占30%、美國與加拿大合計(jì)占比約10%、其余地區(qū)占比約30%。結(jié)合各國發(fā)布的低碳制氫項(xiàng)目推測(cè)，電解槽裝機(jī)量的上升空間廣闊，預(yù)計(jì)2030年全球電解槽累計(jì)裝機(jī)量將在175~420GW之間。
全球電解槽裝機(jī)量在近三年迎來快速發(fā)展，2023年全球累計(jì)裝機(jī)量有望突破2GW，其中中國、歐洲地區(qū)的累計(jì)電解槽裝機(jī)量全球領(lǐng)先。電解槽技術(shù)路線包括AWE、PEM、AEM、SOEC等，其中AWE和PEM的技術(shù)成熟度和商業(yè)化程度較高。AWE技術(shù)路線的電解槽憑借成本優(yōu)勢(shì)裝機(jī)量大幅領(lǐng)先于其他技術(shù)路線。
SOEC和AEM處于商業(yè)化初期，目前海外技術(shù)成熟度優(yōu)于國內(nèi)。海外市場(chǎng)SOEC已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化初中期階段，國內(nèi)市場(chǎng)SOEC目前尚處于研發(fā)示范階段在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程上還與國外存在著較多差距，比如單體系統(tǒng)規(guī)模最大為百千瓦級(jí)、無法多次啟停等。AEM電解技術(shù)仍處于研發(fā)階段，其單體容量、性能瓶頸均尚待驗(yàn)證。
全球范圍內(nèi)僅歐美部分廠商率先取得突破。AWE產(chǎn)業(yè)鏈總體國產(chǎn)化程度較高，PEM產(chǎn)業(yè)鏈核心部件有較大的國產(chǎn)替代空間。AWE電解槽產(chǎn)業(yè)鏈的極板、密封墊片、制氫電源等環(huán)節(jié)已完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，而隔膜屬于國產(chǎn)化程度較低的關(guān)鍵零部件。
國內(nèi)裝備企業(yè)主要使用的PPS隔膜由日本東麗壟斷，而新一代的復(fù)合隔膜還處于商業(yè)化驗(yàn)證階段。PEM電解槽產(chǎn)業(yè)鏈的核心部件和材料，比如PEM用膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層等進(jìn)口依賴度均較高。國內(nèi)對(duì)于PEM產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)的融資熱度較高，東岳未來氫能、科潤(rùn)新材料等企業(yè)在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)PEM用膜等部件的量產(chǎn)，有望引領(lǐng)國內(nèi)PEM產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)替代。
全球主要電解槽廠商紛紛計(jì)劃擴(kuò)充產(chǎn)能，而且出現(xiàn)風(fēng)電、光伏、石化、氫燃料電池等企業(yè)跨界進(jìn)軍電解槽行業(yè)。中國是當(dāng)前全球電解槽的生產(chǎn)重鎮(zhèn)，總體產(chǎn)能規(guī)模遙遙領(lǐng)先。據(jù)高工氫電，2023年全球電解槽名義產(chǎn)能58GW，其中中國38GW、占比66%，中國電解槽廠商以AWE技術(shù)路線為主、約占全球AWE產(chǎn)能的70%左右。
歐洲PEM和AWE技術(shù)造價(jià)相近、兩路線并進(jìn)，裝置產(chǎn)能僅次于中國。據(jù)Bloomberg NEF在2024年發(fā)布的最新預(yù)測(cè)，到2024年底國外PEM制氫裝備商家的產(chǎn)能將是中國的10倍以上，但我們預(yù)計(jì)實(shí)際落地會(huì)低于預(yù)期、且低于中國產(chǎn)能投放速度。
氫的應(yīng)用：可以同時(shí)打通工業(yè)、民用能源、交通動(dòng)力多領(lǐng)域的終極能源
氫能的直接應(yīng)用場(chǎng)景分為四類：
1）化工原材料，如用于制備甲醇和合成氨。
2）工業(yè)輔料，包括不參與主流程的化學(xué)反應(yīng)的，如食品加工業(yè)/陶瓷/玻璃的生產(chǎn)過程防氧化保護(hù)氣、冷卻氣；參與主流程的化學(xué)反應(yīng)的，如氫能煉鋼時(shí)除了加熱外還用于還原反應(yīng)、奪走鐵礦石中的氧和碳等元素。
3）燃燒做功或制熱的原燃料，包括燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料、民用天然氣摻氫等，煉鋼用的氫氣同時(shí)起到還原劑和燃料加熱的功能。
4）電化學(xué)反應(yīng)的原料，燃料電池汽車和社區(qū)熱電聯(lián)供是主要應(yīng)用場(chǎng)景，通過燃料電池實(shí)現(xiàn)放電、同時(shí)產(chǎn)生50~80°的水可以用于供熱。
氫在能量和原料兩方面屬性決定了應(yīng)用場(chǎng)景多元，制取來源多元、可打通綠能與碳能則將促進(jìn)其成為下一代能源載體，成為終極能源。氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)包括傳統(tǒng)/清潔能源、氫的制/儲(chǔ)/運(yùn)、氫化學(xué)反應(yīng)/能量轉(zhuǎn)換裝備、氫應(yīng)用裝備(加氫設(shè)備與燃料電池)、工業(yè)/民用/交通部門的氫能利用環(huán)節(jié)。
目前各領(lǐng)域、各環(huán)節(jié)氫能推廣的最核心邏輯是“成本由誰承擔(dān)”和“全球/國家碳中和政策”兩方面。因此我們預(yù)計(jì)在未來的3年內(nèi)，氫能應(yīng)用的推廣速度排序依次是：工業(yè)原材料>工業(yè)輔材>民用燃?xì)?gt;商用車+專用車+工程機(jī)械等場(chǎng)景>熱電聯(lián)供>乘用車。
未來氫能核心推廣的動(dòng)力將從政策(如財(cái)政補(bǔ)貼)推動(dòng)逐步轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)性(包括直接運(yùn)營(yíng)成本和碳稅成本等)驅(qū)動(dòng)。
工業(yè)原材料環(huán)節(jié)的應(yīng)用占比最高，替代主要來自于“綠氫替代灰氫”。這方面的國家雙碳政策有助力、但經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)則更重要，因此在其原主業(yè)上行周期、即石油或煤炭處于價(jià)格高位或上漲周期內(nèi)更容易轉(zhuǎn)嫁成本、推動(dòng)新技術(shù)更迭；燃料電池汽車推廣更依賴于政策驅(qū)動(dòng)和財(cái)政補(bǔ)貼，尤其是在商用車/專用車/工程機(jī)械上推廣會(huì)更順利，同時(shí)兼顧了誰買單(企業(yè)) 、更安全(室外作業(yè)和停放)、更經(jīng)濟(jì)(固定路線或區(qū)域作業(yè)可以就近安排加氫站)，這幾點(diǎn)也正是國內(nèi)推廣燃料電池乘用車的痛點(diǎn)。
氫的應(yīng)用：傳統(tǒng)領(lǐng)域與新領(lǐng)域?qū)Φ吞細(xì)湓葱枨髲?qiáng)勁，2030年全球低碳?xì)湓葱枨罅繉⑼黄?900萬噸
分應(yīng)用行業(yè)看，現(xiàn)階段氫氣主要應(yīng)用于工業(yè)和石油煉化領(lǐng)域。2030年全球工業(yè)和石油煉化領(lǐng)域?qū)Φ吞細(xì)湓吹男枨髮⒊^1400萬噸2022年全球氫氣約56%用于工業(yè)領(lǐng)域(合成氨、制甲醇、煉鋼等)、約43%用于煉化，而交通領(lǐng)域使用占比僅0.04%。
除了傳統(tǒng)領(lǐng)域的氫需求隨經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移而增長(zhǎng)外，氫在交通、電力、建筑等領(lǐng)域的新應(yīng)用是全球氫氣需求增長(zhǎng)的另一主要?jiǎng)恿?。在全球?jīng)濟(jì)低碳轉(zhuǎn)型和低碳?xì)湓闯杀鞠陆档耐苿?dòng)下，綠氫化工、氫能冶金的滲透率有望提升，此外交通、電力、建筑等新興應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Φ吞細(xì)湓吹氖褂昧恳灿型嵘?
而2022年全球低碳?xì)湓吹目偖a(chǎn)量不足100萬噸。據(jù)IEA預(yù)測(cè)，在碳中和背景下2030年全球氫氣需求將達(dá)1.5億噸，2022~2030年CAGR為6%。細(xì)分到煉油、合成氨、制甲醇等三大氫氣應(yīng)用領(lǐng)域，2030年低碳?xì)湓吹氖褂谜急葘⒎謩e達(dá)到20%、15%、20%。
