低碳化、無碳化，全球興起新一輪能源變革

　　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(fā)展生態(tài)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(lǐng)人類社會經(jīng)歷新一次從經(jīng)濟發(fā)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(xù)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(fā)展尚處于早期，包括生產(chǎn)、儲運、應(yīng)用在內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)建設(shè)將成為中國能否引領(lǐng)全球能源變革的關(guān)鍵，在技術(shù)、產(chǎn)品、商業(yè)模式等方面做出創(chuàng)新和突破的創(chuàng)業(yè)公司將有機會成為能源行業(yè)的新一代領(lǐng)先企業(yè)。

　　一、氫能的特性及優(yōu)勢

　　從第一性原理出發(fā)，氫能本身的優(yōu)秀特性使其有望成為主要的新一代能源：

　　資源豐富：氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，供給極為充足。

　　綠色清潔：氫氣無毒害，生產(chǎn)及使用過程無污染、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(yōu)于天然氣和石油，密度僅為空氣7%，揮發(fā)快，不易形成可爆炸的氣霧。

　　加注高效：短時間即可完成加氫。

　　工作溫度適應(yīng)性廣：-30 - 120度。

　　參考國際能源機構(gòu)針對氫能在全球能源總需求中占比的預(yù)測，到2050年氫能在全球能源中的占比將超過10%，最樂觀的預(yù)測甚至將超過20%。

　　此外，2021年數(shù)據(jù)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(huán)境下，提升氫能的使用占比，有利于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(zhàn)略意義。

　　二、氫氣的分類與發(fā)展趨勢

　　目前按照氫氣的制取方式，可以將氫氣分為灰氫、藍氫和綠氫：

　　灰氫：從化石燃料制取的氫氣，碳排放高。

　　藍氫：取自化石燃料，但通過CCS（碳捕集與封存）制取的氫氣，碳排放相對低。

　　綠氫：風(fēng)電/光電等可再生能源電解水制取的氫氣，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(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫。化石燃料制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫的技術(shù)較為成熟、生產(chǎn)成本低，是我國目前產(chǎn)業(yè)化制氫的最主要途徑，但產(chǎn)物主要以灰氫為主。增加CCS流程制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(tài)，但目前受制于技術(shù)門檻和較高成本，實現(xiàn)綠氫的大規(guī)模應(yīng)用還有待時日。

　　同時，由于我國風(fēng)電、光伏裝機量快速提升，可再生能源發(fā)電的波動性使得并網(wǎng)壓力不斷增大，各地可能產(chǎn)生棄電現(xiàn)象。而利用可再生能源發(fā)電供能，使得電解水制造綠氫成為風(fēng)光電消納的最佳途徑之一，發(fā)電成本快速下降。隨著可再生能源發(fā)電成本的快速下降（在電解水制氫的成本中，電力成本占比高達60%以上），以及電解槽技術(shù)的發(fā)展和效率提升，可再生能源電解水制氫的成本優(yōu)勢也將愈發(fā)凸顯。2022年3月國家發(fā)改委發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)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(chǎn)以及下游應(yīng)用進行具體論述。

　　三、綠氫的生產(chǎn)制造

　　按照工作原理和電解質(zhì)的不同，目前電解水制造綠氫的主要技術(shù)分為三種：堿性電解水技術(shù)（ALK）、質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)（PEM）、固體氧化物電解水技術(shù)（SOEC）。

　　堿性電解水技術(shù)（ALK）：技術(shù)較為成熟，成本相對較低。目前中國約80%的可再生能源制氫項目采用堿性電解水制氫技術(shù)，其下游應(yīng)用在電力、冶金、化工、電子、交通等眾多領(lǐng)域，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展已較為成熟。

　　質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)（PEM）：相比ALK技術(shù)，具有電流密度高、設(shè)備體積小、產(chǎn)出氫氣純度高、響應(yīng)速度快等眾多優(yōu)點，與波動性和隨機性較大的風(fēng)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(fā)展，質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化有望進一步提速。

　　但該技術(shù)整體還處于商業(yè)化初期，PEM電解槽的關(guān)鍵零部件對國外進口的依賴度較高。提升產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化程度是目前推動質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵：

　　質(zhì)子交換膜：PEM電解槽比燃料電池使用的質(zhì)子交換膜更厚，加工過程易發(fā)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(chǎn)品。

　　催化劑：在PEM電解槽的強酸性工作環(huán)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(chǎn)量約7-7.5噸/年，85%左右產(chǎn)自南非），供給穩(wěn)定性存在隱患，降低貴金屬含量成為當(dāng)前研發(fā)的主要方向。

　　氣體擴散層：通常選擇耐腐蝕性強的鈦基材料，制作鈦氈結(jié)構(gòu)的氣體擴散層，制作工藝較為復(fù)雜，目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)較少，主要以進口產(chǎn)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(shù)（SOEC）：具有單機容量大、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，且SOEC電解設(shè)備在高溫工作下，可以大幅減少電能的消耗并有效利用工業(yè)場景的廢熱。但該技術(shù)目前處于研發(fā)和示范階段，尚未實現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用，且高溫工作環(huán)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(shù)和材料的成熟，固體氧化物電解水技術(shù)有望成為可再生能源制氫的重要方式。

　　四、綠氫的應(yīng)用場景和發(fā)展?jié)摿?/strong>

　　根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)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(yè)領(lǐng)域用氫量最大，占比達60%；交通領(lǐng)域用量高速增長，占比將達到31%；電力和建筑領(lǐng)域占比分別為5%和4%。

　　由此可見，將來綠氫在工業(yè)和交通領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展?jié)摿ο鄬^高，后文中我們也將重點針對綠氫在工業(yè)和交通領(lǐng)域的應(yīng)用進行詳細論述。

　　（一）工業(yè)領(lǐng)域

　　1、氫冶金：

　　鋼鐵行業(yè)是碳排放最高、脫碳壓力最大的行業(yè)之一。2020年中國粗鋼年產(chǎn)量超10.6億噸，占全球粗鋼總產(chǎn)量50%以上。中國鋼鐵行業(yè)碳排放總量約18億噸，占全國碳排放總量15%左右。由于中國鋼鐵生產(chǎn)中燃料燃燒造成的排放和以焦炭為主要還原劑的反應(yīng)過程排放，難以通過電氣化的方式實現(xiàn)完全脫碳，利用綠氫替代碳作為還原劑并配加電爐煉鋼的模式將成為鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)碳中和最具前景的解決方案之一。

　　碳冶煉反應(yīng)式：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2（碳作為還原劑并生成二氧化碳）

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

　　目前氫冶金技術(shù)的主要研發(fā)應(yīng)用方向為高爐富氫冶煉和非高爐氫基還原冶煉。其中，高爐富氫冶煉通過向高爐噴吹富氫介質(zhì)，以氫還原部分取代碳還原，可實現(xiàn)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(shù)尚不成熟，發(fā)展相對早期。在碳中和政策引領(lǐng)下，國內(nèi)頭部鋼鐵集團均在積極投建新型的氫冶金項目，氫冶金工藝的研發(fā)和商業(yè)化有望進入高速發(fā)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(yè)中的重要原料，2020年合成氨、甲醇、冶煉與化工所需氫氣分別占比32%、27%和25%。目前中國的化工行業(yè)仍屬于以化石燃料為主要能源基礎(chǔ)和原料的高耗能高碳排放行業(yè)，所需的氫氣主要通過天然氣重整、煤氣化等傳統(tǒng)方式生產(chǎn)，未來有望通過綠氫大規(guī)模替代以實現(xiàn)化工行業(yè)的碳中和目標。

　　目前國內(nèi)已有化工行業(yè)應(yīng)用綠氫的示范項目陸續(xù)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項目，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(jù)落基山研究所與中國氫能聯(lián)盟研究院的研究測算，到2030年，中國化工行業(yè)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(lǐng)域

　　1、燃料電池汽車：

　　隨著純電動BEV技術(shù)、混動HEV技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的完善，目前在乘用車領(lǐng)域，電動汽車的綜合使用體驗和性價比優(yōu)勢已非常突出，在碳中和的大背景下取代傳統(tǒng)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(xù)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(yōu)點，這決定了氫燃料電池車更適用于中長途、高載重、冷鏈運輸?shù)壬逃密囶愋停约肮潭肪€、封閉的礦區(qū)、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(chǎn)業(yè)增速顯著提升。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)， 2016-2021年國內(nèi)氫燃料電池汽車銷量達到1586輛，保有量接近9000輛。

　　目前國內(nèi)外氫燃料電池汽車的主流應(yīng)用是質(zhì)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(yōu)勢。

　　除了依托政府的扶持以外，燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展必須從根本上提升技術(shù)成熟度、降低終端用戶的購買和使用成本。從上游來看，隨著制氫行業(yè)的發(fā)展和成本下降，以及氫氣儲運環(huán)節(jié)的發(fā)展，氫氣成本有望持續(xù)下降；而從下游來說，亟需推動燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化以促進終端購買成本的有效下降。

　　以質(zhì)子交換膜燃料電池車為例，燃料電池系統(tǒng)占整車成本60%左右，而電堆是系統(tǒng)中的核心，占系統(tǒng)成本超60%。膜電極則是電堆中進行電化學(xué)反應(yīng)的核心部件，主要由質(zhì)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(chǎn)化程度依然偏低，與世界領(lǐng)先廠商仍存在較大差距。

　　目前各個領(lǐng)域已涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的國產(chǎn)自主研發(fā)企業(yè)，產(chǎn)品性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(guī)模的擴大，有望在較短時間內(nèi)實現(xiàn)電堆/膜電極核心零部件的國產(chǎn)化突破，對推動燃料電池滲透率的提升將具有重大意義。

　　此外由于現(xiàn)階段整體產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟，行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)不完善，市場上也出現(xiàn)了一批氫能燃料電池車運營服務(wù)商，通過整合資源向終端客戶提供一體化的產(chǎn)品和服務(wù)，并反向助推上游的產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)，推動了行業(yè)整體的迭代發(fā)展。

　　2、船舶、飛機等細分市場：

　　在交通領(lǐng)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(yè)叉車、船舶、無人機等應(yīng)用場景下，氫能在能量密度、加氫速度等方面的優(yōu)勢依然非常突出，且部分領(lǐng)域電動化的滲透率也并不高。只有下游氫能應(yīng)用場景的多元化發(fā)展，使氫能的終端消費市場不斷壯大，才能帶動上游生產(chǎn)儲運等環(huán)節(jié)的規(guī)模化，最終推動氫能產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)整體的可持續(xù)發(fā)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(yè)的未來是星辰大海，發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)并存，國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)、材料等方面仍有巨大的進步空間。對于投資者而言，哪些細分領(lǐng)域值得重點關(guān)注，什么樣特質(zhì)的創(chuàng)業(yè)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(chǎn)領(lǐng)域

　　隨著可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展以及相關(guān)核心零部件的研發(fā)進展和國產(chǎn)化程度的提升，可再生能源發(fā)電制氫值得重點關(guān)注。

　　堿性電解水（ALK）目前已比較成熟并實現(xiàn)了規(guī)模化落地。質(zhì)子交換膜電解水（PEM）和固體氧化物電解水（SOEC）的技術(shù)路線雖然尚不成熟，但從第一性原理來看更具優(yōu)勢，我們看好其長期發(fā)展?jié)摿屯顿Y價值。

　　PEM將率先迎來爆發(fā)，建議重點關(guān)注PEM電解槽研發(fā)和制造企業(yè)，以及質(zhì)子交換膜、催化劑等核心零部件的國產(chǎn)化研發(fā)企業(yè)。

　　持續(xù)關(guān)注國產(chǎn)SOEC電解槽的研發(fā)企業(yè)，重點關(guān)注相關(guān)的技術(shù)和材料突破，以及商業(yè)化落地的進展。

　　（二）綠氫的應(yīng)用領(lǐng)域

　　重點關(guān)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(guān)注提供核心設(shè)備、創(chuàng)新材料、生產(chǎn)工藝、以及相關(guān)的系統(tǒng)改造、運營優(yōu)化軟件、咨詢服務(wù)等的創(chuàng)業(yè)公司。

　　在氫能燃料電池汽車市場，需重點關(guān)注規(guī)模化的頭部燃料電池系統(tǒng)公司，比如在電堆、膜電極及其中質(zhì)子交換膜、催化劑等核心零部件的研發(fā)與制造上有突破進展的國內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司。

　　在其他領(lǐng)域，如氫能船舶、航空等，可以保持關(guān)注并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

　　對于國產(chǎn)化程度不高的部分核心零部件環(huán)節(jié)，需重點驗證創(chuàng)始團隊的學(xué)術(shù)能力、相關(guān)科研成果和專利情況，注意其在關(guān)鍵指標上與世界領(lǐng)先水平的對比。

　　優(yōu)先選擇有資源背景以及技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)制造、管理等方面成熟經(jīng)驗積累的公司，如依托知名大學(xué)、科研院所成立的或從頭部能源公司、汽車行業(yè)公司分拆的創(chuàng)業(yè)公司。

　　需驗證從實驗室到規(guī)模化量產(chǎn)的落地能力并關(guān)注核心指標的變化。

　　氫能行業(yè)普遍處于發(fā)展早期，優(yōu)先選擇與產(chǎn)業(yè)鏈核心玩家（如燃料電池系統(tǒng)企業(yè)）或上游核心資源企業(yè)（如新能源發(fā)電企業(yè)及風(fēng)電、光伏等產(chǎn)業(yè)巨頭）建立生態(tài)合作的創(chuàng)業(yè)公司，更有利于保證訂單需求，并有益于與合作伙伴共同推動產(chǎn)品研發(fā)和迭代。

　　考察供應(yīng)鏈的穩(wěn)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(guān)注企業(yè)與政府的合作關(guān)系及當(dāng)?shù)卣南嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)政策，尤其對于依賴政府補貼、或需要拿到政府的經(jīng)營指標、許可的部分細分行業(yè)。

　　高鵠資本長期看好中國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，并希望能夠與氫能行業(yè)的創(chuàng)業(yè)者們并肩作戰(zhàn)，用我們的深度服務(wù)助力優(yōu)秀的初創(chuàng)企業(yè)快速成長，成為中國乃至國際領(lǐng)先的氫能企業(yè)，為中國構(gòu)建獨立自主的氫能產(chǎn)業(yè)貢獻力量。

來源：鈦媒體APP

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