近年來(lái)，為了應對氣候變化和如期實(shí)現“3060”目標，氫能作為一種清潔低碳、熱值高、來(lái)源多樣、儲運靈活的綠色能源，得到了全球的廣泛關(guān)注。

日本高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是全球第一個(gè)提出建設“氫能社會(huì )”的國家。在過(guò)去的30年里，日本政府先后投入數千億日元用于氫能和燃料電池技術(shù)的研究和推廣。

美國將氫能視為未來(lái)不可或缺、僅次于電能的重要二次能源。美國能源局從1970年就開(kāi)始布局燃料電池研發(fā)，并一直走在世界前列。

韓國將氫能定位為提升能源效率和優(yōu)化可再生能源電力系統的重要媒介，并將氫能列為三大戰略投資領(lǐng)域之一。

我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在國際上也處于領(lǐng)先地位。在《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃（2021-2035 年）》中，我國將氫能定位為未來(lái)國家能源體系中的重要組成部分和實(shí)現綠色能源轉型的重要載體，并計劃在未來(lái)15年內逐步建立完備的氫能產(chǎn)業(yè)體系。

在政策的加持下，越來(lái)越多的資本和資源流向氫能產(chǎn)業(yè)。捷氫科技、國富氫能和治臻股份三家氫能企業(yè)在三日內接連申請科創(chuàng )板IPO，加之重塑科技、東岳氫能、國鴻氫能等氫能企業(yè)均已完成股改，可能在短期內啟動(dòng)科創(chuàng )板上市申報工作，都從一定程度上表明氫能產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈全景圖譜

氫能是指氫在物理與化學(xué)變化過(guò)程中釋放的能量，可用于儲能、發(fā)電、各種交通工具用燃料、家用燃料等。氫能是二次能源，不像石油、天然氣可以直接開(kāi)采使用，需要通過(guò)一定的技術(shù)制取得到，所以氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)且關(guān)鍵環(huán)節眾多。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游能源端、中游產(chǎn)品端和下游應用端。

能源端包括氫氣制取、氫氣儲運和加氫站；產(chǎn)品端包括燃料電池、氫燃氣輪機和氫內燃機，目前燃料電池技術(shù)是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)；應用端主要體現在交通、發(fā)電、儲能和工業(yè)等領(lǐng)域上，其中交通領(lǐng)域中的燃料電池汽車(chē)是氫能最主要的應用，越來(lái)越多的汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)始在燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域布局。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游

1、氫氣制取

氫氣制取是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)，按照制取技術(shù)來(lái)分，可以分為化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫和電解水制氫?；茉粗迫〉臍錃庖脖环Q(chēng)為灰氫，灰氫制取成本較低，是我國氫氣的主要來(lái)源。但這種制氫方式的碳排放較高，不利于我國“3060”目標的實(shí)現。工業(yè)副產(chǎn)氣制取的氫氣被稱(chēng)為藍氫，主要是指生產(chǎn)焦爐煤氣、合成氨、合成甲醇等化工產(chǎn)品時(shí)所得到的氫氣。通過(guò)電解水等手段制取的氫氣被稱(chēng)為綠氫，整個(gè)制氫過(guò)程不會(huì )排放溫室氣體，而且得到的氫氣純度高。不過(guò)目前電解水制氫耗電量大，生產(chǎn)成本較高。綜合來(lái)看，電解水制氫會(huì )是未來(lái)制氫的主要方向。

2、氫氣儲運

氫氣儲運是制約我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節，氫氣是自然界中最輕的氣體，由于其獨特的物理、化學(xué)性能，使得它儲運難度非常大，成本較高，這也是馬斯克不看好氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原因之一。

氫氣儲運包括氫的儲存和運輸兩方面，一種儲氫方式對應著(zhù)一種運氫方法。儲運氫的方式主要有四種，分別是高壓氣態(tài)儲運、低溫液氫儲運、有機液體儲運、固體儲運。其中，有機液體儲運指的是利用烯烴、炔烴、芳烴等不飽和有機液體做儲氫材料，借助不飽和有機物與氫的可逆反應來(lái)實(shí)現氫的儲存。固體氫儲運指的是利用活性炭、碳納米管進(jìn)行物理吸附，或者是利用金屬氫化物進(jìn)行化學(xué)吸附，從而達到儲氫的目標。目前來(lái)說(shuō)，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)較成熟，在未來(lái)一段時(shí)間內都會(huì )是國內主推的儲氫技術(shù)，低溫液氫儲運主要運用在航空航天領(lǐng)域，而有機液體儲運和固體儲運尚處在研究或示范階段。

3、加氫站

加氫站的主要部件包括加氫機、氫氣壓縮機、儲氫瓶組等，其中氫氣壓縮機占總成本比例較高，約30%。目前設備制造的發(fā)展方向是加速氫氣壓縮機的國產(chǎn)化進(jìn)程，進(jìn)而降低加氫站的建設成本。

截止到2022年7月5日，我國累計建成加氫站272座。其中廣東省的加氫站數量最多，達到52座，遙居全國第一；山東省有29座加氫站，居全國第二；江蘇省和浙江省的加氫站數量均超20座。在直轄市中，上海的加氫站數量最多，達到15座；北京的加氫站數量略小于上海，為14座。目前來(lái)說(shuō)，我國除西藏、青海、甘肅外， 加氫站實(shí)現全覆蓋。全國各省、市/區、自治區已出臺氫能規劃文件達90項，按照加氫站數量規劃，2025年加氫站總規劃數量將超800座。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈中游

針對氫能產(chǎn)業(yè)鏈中游來(lái)說(shuō)，氫燃氣輪機和氫內燃機的市場(chǎng)規模較小，故在此不做過(guò)多的描述，本文主要圍繞燃料電池及其八大關(guān)鍵部件進(jìn)行介紹。

1、燃料電池

燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應后，放出電子通過(guò)外部的負載到達陰極。燃料電池與常見(jiàn)的鋰電池不同，系統更為復雜，主要由電堆和系統部件（空壓機、增濕器、氫氣循環(huán)泵、儲氫瓶組）組成，其中電堆是整個(gè)電池系統的核心。

2、燃料電池八大關(guān)鍵部件

在氫能領(lǐng)域，工信部將燃料電池電堆、雙極板、膜電極、質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴散層、空壓機和氫氣循環(huán)泵列為燃料電池的八大關(guān)鍵部件，這也是我國發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)需要重點(diǎn)攻克的環(huán)節。

燃料電池電堆是發(fā)動(dòng)機系統的核心部件，是氫氣和氧氣發(fā)生電化學(xué)反應及產(chǎn)生電能的場(chǎng)所。由于單個(gè)燃料電池單元輸出功率較小，通常將多個(gè)燃料電池單元串聯(lián)起來(lái)構成電堆，以此提高輸出功率。因此，電堆是由雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿拴牢，構成的復合組件。在燃料電池汽車(chē)中，燃料電池系統占整車(chē)成本的60%左右，而燃料電池電堆占燃料電池系統成本的62%以上，故降低燃料電池電堆成本是發(fā)展燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。

雙極板質(zhì)量約占燃料電池電堆的60-80%，成本占20-40%，并且幾乎占據了整個(gè)燃料電池電堆的全部體積，起到支撐機械結構、均勻分配氣體、排水、導熱、導電的作用。根據材料不同，雙極板可以分為石墨雙極板、金屬雙極板以及復合材料雙極板。石墨雙極板具有質(zhì)量輕、穩定性強和耐腐蝕性高等特點(diǎn)，但機械性能較差；金屬雙極板具有機械性能強、厚度薄、阻氣性好等特點(diǎn)，但易被腐蝕，壽命較短。復合雙極板則兼具石墨板和金屬板的優(yōu)點(diǎn)，但制備工藝繁雜，成本較高。由于金屬雙極板的批量生產(chǎn)進(jìn)程加快，我國的雙極板市場(chǎng)格局發(fā)生改變。石墨雙極板（含復合雙極板）市場(chǎng)占比從2019年的78%，降至2020年的65%和2021年的49%，與之對應的，金屬雙極板市場(chǎng)占比從22%、35%，上升到2021年的51%。

膜電極主要由質(zhì)子交換膜、催化劑、邊框和氣體擴散層組成，一般是一種七層疊加結構。目前，國內外主流膜電極廠(chǎng)商生產(chǎn)的產(chǎn)品性能差距越來(lái)越小，制備價(jià)格低廉、性能高、耐久性好的膜電極成為國內外廠(chǎng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。從企業(yè)布局情況來(lái)看，21年后國內膜電極企業(yè)擴產(chǎn)速度加快，雙面直接涂布技術(shù)和膜電極一體成型技術(shù)正在成為主流。鴻基創(chuàng )能、武漢理工和擎動(dòng)科技等企業(yè)在膜電極產(chǎn)業(yè)上處于國內領(lǐng)先位置。

質(zhì)子交換膜起到隔絕電子，分隔陰、陽(yáng)兩極并傳導質(zhì)子的功能。按照含氟量，可以將質(zhì)子交換膜分為全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、復合膜等。目前全氟質(zhì)子交換膜（全氟磺酸膜）由于其優(yōu)秀的熱穩定性、化學(xué)穩定性、較高的力學(xué)強度以及較高的產(chǎn)業(yè)化程度而得到廣泛應用。質(zhì)子交換膜制作工藝復雜，具有較高的技術(shù)壁壘和資質(zhì)壁壘。在國產(chǎn)化上，以山東東岳為代表的企業(yè)已經(jīng)實(shí)現技術(shù)上的突破和量產(chǎn)，有希望在該賽道上實(shí)現快速成長(cháng)。

燃料電池催化劑可以分為鉑催化劑，低鉑催化劑和非鉑催化劑。在催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)上，我國一直遠遠落后于國外。很長(cháng)一段時(shí)間以來(lái)，我國燃料電池的催化劑必須靠進(jìn)口，這推高了燃料電池成本，也限制了我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但燃料電池催化劑的國產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快，近期中自環(huán)保的燃料電池催化劑生產(chǎn)線(xiàn)建成并順利通過(guò)驗收。此次中自環(huán)保生產(chǎn)線(xiàn)的建成，對燃料電池核心材料國產(chǎn)化推進(jìn)、實(shí)現技術(shù)可控并降低成本有重大意義。

氣體擴散層在燃料電池中起到支撐催化層、收集電流、傳導氣體和排出反應產(chǎn)物水的重要作用。氣體擴散層通常由基底層和微孔層組成?；讓咏?jīng)過(guò)疏水處理后，在其上涂覆單層或多層微孔層，從而制成氣體擴散層。按照基底層不同，可以將氣體擴散層分為碳纖維紙基材，碳布基材和金屬基材等不同類(lèi)型?，F階段，燃料電池生產(chǎn)商大多采用日本東麗、美國AvCarb、德國SGL等廠(chǎng)商的氣體擴散層產(chǎn)品，不過(guò)我國通用氫能、江蘇氫電等企業(yè)在技術(shù)層面基本可以對標國際先進(jìn)產(chǎn)品，有望實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。

氫氣循環(huán)泵是我國主流的氫氣循環(huán)產(chǎn)品，如果將電堆比作燃料電池的“心臟”，那么氫氣就是燃料電池的“血液”，而氫氣循環(huán)系統就是“強心肌”，保障“血液”的自由流動(dòng)。氫氣循環(huán)產(chǎn)品主要包括氫氣循環(huán)泵和氫氣引射器，與氫氣引射器相比，氫氣循環(huán)泵在主動(dòng)可調節、快響應速度和寬工作區間等方面占有一定優(yōu)勢。在2020年以前，德國廠(chǎng)商普旭占據國內氫氣循環(huán)泵90%的份額，近年來(lái)，國內山東東德、瑞驅科技開(kāi)始小批量供應氫氣循環(huán)泵，市場(chǎng)占比在不斷提升。

空壓機由壓縮元件、驅動(dòng)器、驅動(dòng)壓縮機元件的機械設備等組成。不同于普通空壓機，燃料電池空壓機需要滿(mǎn)足絕對無(wú)油、低噪聲、高可靠性、高效、小型化、工作范圍寬、良好的動(dòng)態(tài)響應能力、良好的熱管理等諸多嚴苛要求。從市場(chǎng)占比來(lái)說(shuō)，燃料電池空壓機的國產(chǎn)化程度較高，國內領(lǐng)先企業(yè)包括金士頓、勢加透博等。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈下游

在產(chǎn)業(yè)鏈下游，氫能的應用主要體現在交通、發(fā)電、儲能、工業(yè)等幾大場(chǎng)景上，其中交通是氫能消費重要的突破口。

而在交通領(lǐng)域，大力發(fā)展的是燃料電池汽車(chē)，目前是以政策引導的區域市場(chǎng)模式，由“短期示范——公交、物流領(lǐng)域示范運行——城市群示范”，逐步邁入商業(yè)化推廣階段。截至2022年4月30日，新能源汽車(chē)國家監測與管理平臺累計接入燃料電池汽車(chē)8198輛。其中燃料電池客車(chē)占比最多，客車(chē)共接入4241輛，占接入總量的51.73%；專(zhuān)用車(chē)接入3945輛，占接入總量的48.12%，包括物流特種車(chē)、工程特種車(chē)和環(huán)衛特種車(chē)等；而乘用車(chē)共接入12輛，占接入總量的0.15%。

從燃料電池汽車(chē)示范應用來(lái)看，當前我國有京津冀、上海、廣東、河北、鄭州五大示范城市群。五大示范城市群累計接入5853輛燃料電池汽車(chē)，占全國燃料電池汽車(chē)接入量的71.40%。其中，廣東城市群燃料電池汽車(chē)累計接入量最多，達到2604輛，客車(chē)和專(zhuān)用車(chē)分別累計接入1049輛和1555輛。

日前，我國首款燃料電池轎車(chē)—長(cháng)安深藍SL03氫電版正式上市，該款車(chē)型具有730公里超長(cháng)續航、3分鐘超快補能、饋電情況下百公里耗氫量?jì)H為0.65千克等多項性能，但由于售價(jià)高達69.99萬(wàn)元，因此將目標市場(chǎng)定位在B端。除長(cháng)安汽車(chē)外，海馬、上汽、廣汽、長(cháng)城等國內主流車(chē)企均加大了對燃料電池汽車(chē)的研發(fā)和布局。不過(guò)由于受到制氫、儲氫、加氫等技術(shù)的制約，燃料電池乘用車(chē)的商業(yè)化還需要一些時(shí)日。

總結

總的來(lái)說(shuō)，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規模。從氫能產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規模來(lái)看，目前規模較小，但是增速較快。2021年我國氫能產(chǎn)量達3,300萬(wàn)噸，同比增長(cháng)32%。根據中國氫能聯(lián)盟數據，2020年中國氫能行業(yè)市場(chǎng)規模為3,000億元，預計至2025和2035年，氫能行業(yè)產(chǎn)值將分別達1萬(wàn)億和5萬(wàn)億規模。

從氫能產(chǎn)業(yè)的區域布局來(lái)看，氫能產(chǎn)業(yè)集聚性特征明顯，目前長(cháng)三角、粵港澳大灣區、環(huán)渤海三大區域氫能產(chǎn)業(yè)呈現了“集群化”的發(fā)展態(tài)勢，氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)處于同步協(xié)調發(fā)展階段。從氫能產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)主體方面來(lái)看，我國發(fā)展十分迅速，目前氫能全產(chǎn)業(yè)鏈規模以上工業(yè)企業(yè)已經(jīng)超過(guò)了300家。從氫能產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節上來(lái)看，質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴散層等環(huán)節國產(chǎn)化程度較低，需要重點(diǎn)突破。

而在燃料電池汽車(chē)的發(fā)展上，尤其是在乘用車(chē)領(lǐng)域，我國還處于起步階段，與日本、韓國等國相比，還存在巨大的差距。政府應該充分發(fā)揮引導作用，一方面在財政補貼和采購等方面提供政策支持，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng )新應用，并在行業(yè)多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節發(fā)力；另一方面要拓寬宣傳渠道，舉辦具有國際影響力的氫能與燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)論壇等，開(kāi)展氫能與燃料電池汽車(chē)知識普及。