氫氣制備工藝、儲運方式及投入應用情況如何？

三種氫氣制備工藝中，電解水制氫有望是最終選擇。

氫氣的制取主要有化石能源重整、工業副產提純和電解水制氫三種工藝。相比前兩種方式， 電解水制氫的原料和生產過程都以清潔能源為主，是更具優勢的制氫技術路線。根據《光明 日報》，電解水制氫易與可再生能源結合，規模潛力更大，更加清潔可持續。

1、化石能源重整制氫：分為煤制氫和天然氣制氫。 1）煤制氫：根據《中國氫能產業發展報告（2022）》，中國煤制氫技術成熟，傳統煤化工 和焦炭行業已形成完整的制氫工藝體系和完整的產業鏈條。盡管煤制氫過程排放強度較高， 但原料煤炭來源穩定，經濟性顯著，目前已占全國氫氣產量 60%以上。由于基數較大，煤制 氫在今后一段時期內或仍將是中國氫能供應體系的重要組成部分，也是近中期低成本氫氣的 主要來源。 2）天然氣制氫：蒸汽重整制氫較為成熟，也是國外主流制氫方式。其中，天然氣原料占制 氫成本的比重較大，天然氣價格是決定制氫價格的重要因素。考慮到中國“富煤、缺油、少 氣”的資源稟賦，僅有少數地區可以探索開展，不適用于主流的制氫方式。

2、工業副產提純制氫：根據《中國能源報》，我國工業副產氫在氫氣供應方面有著得天獨 厚的優勢，與可再生能源電解水產業資源豐富的西北地區相比，工業副產氫可覆蓋京津冀、 長三角和廣東地區，與氫能應用先發地區匹配。中國國際工程咨詢有限公司高級工程師張建 紅指出，隨著未來碳交易機制的進一步成熟，煤制氫成本將因其產生的大量碳排放而有所上 升。而電解水制氫由于電力價格、設備技術等因素，成本仍然較高。因此，與煤制氫、天然 氣制氫、電解水制氫相比，工業副產氫的綜合成本優勢更加明顯。

3、電解水制氫：目前，電解水制氫技術主要有堿性水電解槽（AE）、質子交換膜水電解槽 （PEM）和固體氧化物水電解槽（SOE）。其中，堿性電解槽技術最為成熟，生產成本較低； 質子交換膜電解槽流程簡單，能效較高，但因使用貴金屬電催化劑等材料，成本偏高；固體 氧化物水電解槽采用水蒸氣電解，高溫環境下工作，能效最高，尚處于實驗室研發階段。

根據生產來源和碳排放量的不同，氫能可分為灰氫、藍氫和綠氫。1）灰氫：是通過化石燃 料（天然氣、煤等）轉化反應制取的氫氣，由于生產成本低、技術成熟，也是目前最常見的 制氫方式。2）藍氫：是在灰氫的基礎上，將二氧化碳副產品捕獲、利用和封存（CCS）而 制取的氫氣，是灰氫過渡到綠氫的重要階段。3）綠氫：是利用可再生能源（如太陽能或風 能等）發電后，通過電解工序制取的氫氣，綠氫的制取技術路線主要為電解水，其碳排放可 以達到凈零。 未來可再生能源發電制氫的潛力較大。一方面，作為全周期零碳排放技術，隨著可再生能源 發電平價上網，電解水制氫成本有望持續下降；另一方面，當波動性可再生能源在電源結構中占到較高比重時，長周期儲能或將成為調峰的主要手段，氫儲能是其中較好的選擇。國家 發改委與國家能源局先后發文，支持高效利用廉價且豐富的可再生能源制氫。四川、廣東等 地紛紛給予電價支持政策，四川電解水制氫最高電價限定為 0.3 元/千瓦時。在 1）電價受控 使得成本得到控制且 2）綠電普及使得電解水制氫沒有碳排放的情況下，我們認為，電解水 制綠氫或成為最終的路線。

目前，氫氣的儲存主要有氣態儲氫、液態儲氫和固體儲氫三種方式。1）氣態儲氫：具有充 放氫氣速度快、容器結構簡單等優點，高壓氣態儲氫是現階段主要的儲氫方式，已得到廣泛 應用。2）液態儲氫：具有儲氫密度高的優勢，可分為低溫液態儲氫和有機液態儲氫，其中 低溫液態儲氫在航天等領域得到應用，有機液態儲氫尚處于示范階段。3）固態儲氫：是以 金屬氫化物、化學氫化物或納米材料等為儲氫載體，通過化學吸附和物理吸附方式實現氫的 存儲，目前處于示范階段。

高效儲運減少中間成本。根據《中國能源報》，我國氫氣來源與煤炭工業緊密相連，主要集 中在北方內陸地區，而東部沿海地區氫能產業發展超前，氫能需求量較大。因此，我國氫能 產業發展存在一定的供需錯配問題，亟待突破儲運技術制約，減少氫能應用中間成本，實現 大規模產業化發展。當前我國仍以 20MPa 氫氣運輸為主，30MPa 剛開始得到應用，而國外 運氫基本采用 50MPa Ⅳ型儲氫瓶，整體而言，我國儲運氫技術與國外相比還存在一定差距。 在氫氣運輸方面，根據儲氫狀態的差異分為氣態輸送、液態輸送和固態輸送，氣態和液態為 目前的主流方式。通常的輸氫形式包含長管拖車、槽罐車、管道（純氫管道、天然氣管道混 輸），不同的儲運方式具有不同特點及適應性。船舶運氫也有望成為未來氫氣運輸的主要方 式之一，但目前離實現商用規模化仍有一定距離，畢馬威預計其在 2025-2027 年間有望實 現商用化。

由于中國目前氫能產業處于發展初期，氫能市場規模較小，且氫能示范應用主要圍繞工業副 產氫和可再生能源制氫地附近，因此多采用長管拖車運輸，這也是當前較為成熟的運輸方式。 氫能儲運有望按照“低壓到高壓”、“氣態到多相態”的技術發展方向，逐步提升氫氣的儲 存和運輸能力。1）《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035 年）》指出，我國將穩步構建 氫能儲運體系，以安全可控為前提，推動氫儲運技術研發，提高高壓氣態儲運效率，加快降 低儲運成本，有效提升高壓氣態儲運商業化水平，體現了“低壓到高壓”的前進方向。2） 同時，為滿足氫能發展后期長距離、大規模運輸需求，我國將持續推動低溫液氫儲運產業化 應用，探索有機液體、固態等儲運方式應用，整體發展將有望呈現“氣態到多相態”的發展 趨勢。

我國已經出臺政策支持加氫站建設，推動氫能進入實際運用環節。加氫站是為燃料電池汽車 充裝氫氣燃料的專門場所，作為服務氫能交通商業化應用的中樞環節，是氫能源產業發展的 重要基礎設施。2014 年國家首次發布針對加氫站的補貼政策。2019 年，推動加氫設施建設 正式寫入政府工作報告。2020 年財政部出臺有關開展燃料電池汽車示范應用的政策，將“運 營至少 2 座加氫站且單站日加氫能力不低于 500 公斤”作為示范城市群申報的基礎條件，畢 馬威預計未來加氫站至少會從 500 公斤/天的加注量起步，對后期氫能的產業化將起到帶動作用。

中國加氫站數量逐年增加，2021 年位居世界首位，但關鍵設備尚未實現國產替代。1）2021 年中國新建 100 座加氫站，累計建成數量達 218 座，位居世界首位。2022 上半年國家進一 步統籌推進加氫網絡建設，全國已建成加氫站超 270 座。2）中國加氫站的技術尚未成熟， 關鍵設備依賴進口。目前國內缺乏成熟量產的加氫站設備廠商，設備費用占比較高。當前國 內氫能應用規模有限，但隨著未來需求的增加和加氫站的推廣，加氫環節的關鍵設備亟需國 產化。

氫能有望為各行業實現脫碳提供重要路徑選擇，并在未來得到廣泛應用。1）《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035）》指出，“2035 年形成氫能產業體系，構建涵蓋交通、儲能、 工業等領域的多元氫能應用生態”。我們預計，交通、工業和建筑等領域或將成為未來氫能 應用的主戰場，氫能有望助力上述行業的脫碳歷程。2）根據《光明日報》，2050 年全球 10% 的建筑供熱和 8%的建筑供能將由氫氣提供，每年可減排 7 億噸二氧化碳。到 2060 年，我 國氫能需求預計達 1.3 億噸，其中工業需求占主導地位，占比約 60%，交通運輸領域將逐年 擴大規模達到 31%。

交通領域是目前氫能應用相對比較成熟的領域，燃料電池汽車是氫能在交通運輸領域實現 脫碳的重要途徑。根據世界知識產權組織，自 2016 年以來，與交通運輸有關的氫燃料電池 技術的創新蓬勃發展，中國、日本和德國是該技術專利申請的主要來源國。氫能在交通領域 的應用包括汽車、航空和海運等，其中氫燃料電池汽車是交通領域的主要應用場景。同時， 氫燃料汽車的使用也有助于交通行業實現脫碳。

氫燃料電池汽車應用規模擴大，我國也出臺相關政策進行支持。1）純電動車由于其續航里程短、載重低和受低溫環境的影響等原因，在“大載重、長續航、效率要求高”的重卡領域， 推廣應用效果有限，而氫燃料電池由于具有高能量密度、加氫時間短、零污染等優勢，可以 滿足重卡等應用場景的需求。此外，根據北京冬奧組委公布的數據，2022 屆冬奧會示范運 行超 1000 輛氫燃料電池汽車，是全球最大規模的一次燃料電池汽車示范應用。2）《氫能 產業發展中長期規劃（2021-2035 年）》提出：立足本地氫能供應能力、產業環境和市場空 間等基礎條件，結合道路運輸行業發展特點，重點推進氫燃料電池中重型車輛應用，有序拓 展氫燃料電池等新能源客、貨汽車市場應用空間，逐步建立燃料電池電動汽車與鋰電池純電 動汽車的互補發展模式。積極探索燃料電池在船舶、航空器等領域的應用，推動大型氫能航 空器研發，不斷提升交通領域氫能應用市場規模。

氫能有望在非道路交通領域推進商業化應用。1）中國正在氫燃料電池重型工程機械、軌道 交通、船舶、航空等領域積極探索，未來有望逐步完成實際運營驗證及性能改進，擴展氫能 在交通運輸領域的應用。2）在航空業，氫能源為低碳化航空提供了可能，相比于化石能源， 燃料電池可減少 75%-90%的碳排放，在燃氣渦輪發動機中直接燃燒氫氣可減少 50%-75% 的碳排放，合成燃料可減少 30%-60%的碳排放。氫動力飛機可能成為中短距離航空飛行的 減碳方案。

氫能將在工業領域的脫碳過程中起到重要作用。工業具有顯著的高能耗和高排放特征，是溫 室氣體的主要來源。根據《中國工業低碳發展的現狀與展望》，我國工業生產部門碳排放量 占所有排放源排放量的比例從 1990 年的 71%上升至 2018 年的 83%。尤其是石油和金屬加 工業、建筑材料及非金屬礦物制品業、化工和機械設備制造業等重化工業產值的快速增長， 工業碳排放量增長迅速。通過解決原料和高品位熱能領域的碳排放問題，綠色氫能是實現工 業減排領域深度脫碳的重要解決方案之一，即大規模應用氫氣直接還原鐵技術、可再生能源 制氫替代化石能源制氫、天然氣摻氫或純氫燃燒等方式。我們認為，氫能冶金、綠氫化工和 天然氣摻氫是未來氫能在工業領域的三個主要應用場景。

1）氫能冶金：氫能直接還原鐵技術是用氫氣作為還原劑，在低于礦石軟化溫度下，在反應裝置內將鐵礦石還原成金屬鐵的方法。將氫氣代替煤炭作為高爐的還原劑，能夠減少鋼鐵生 產中的二氧化碳排放。根據《中國氫能產業發展報告（2022）》，通過中國鋼鐵行業政策規 劃、專家訪談及數據分析，預計到 2030 年氫治金產量可達 0.21-0.29 億噸，約占全國鋼鐵 總產量的 2.3%-3.1%。氫治金的氫氣需求約為 191-259 萬噸。我國的鋼鐵企業從 2019 年開 始，也在積極探索氫能冶金相關技術。

2）綠氫化工：綠氫化工即“綠氫替代灰氫”，是實現石化、化工等行業深度脫碳的重要途 徑。根據《中國氫能產業發展報告（2022）》，在化工領域綠氫替代灰氫方面，國內企業也 已開展了技術示范。如寶豐能源在寧東建立光伏制氫項目，以綠氫作為原料推動煤化工生產 過程綠色轉型。寧東基地通過發展氫能，推動煤炭清潔高效安全利用和能源轉型，確保煤化 工項目煤制氫替代比例達到 13%以上。

3）天然氣摻氫：工業部門有大量高品位熱能需求（溫度在 400°C 以上），分布于鋼鐵、石 化、水泥等產品生產過程之中。由于熱能的需求量大、溫度高，很難通過電氣化的方式來解 決，而天然氣摻氫有助于實現高品位熱能需求的深度脫碳。根據《中國能源報》，在現役天 然氣機組中增加氫燃料來源，不僅能夠有效節約天然氣用量，保證冬季供暖安全穩定，還能 顯著降碳。根據國家電投的數據，荊門一臺 54 兆瓦的燃機，摻氫 30%后，每年可減少二氧 化碳排放 1.8 萬噸以上。

氫能在建筑領域脫碳進程中的應用主要包括氫能熱電聯供和管道摻氫。1）氫能熱電聯供： 根據羊城晚報，中集安瑞科副總經理兼中集氫能負責人楊葆英表示：分布式熱電聯供系統直 接針對終端用戶，相較于傳統的集中式生產、運輸、終端消費的用能模式，分布式能源供給 系統直接向用戶提供不同的能源品類，能夠最大程度地減少運輸消耗，并有效利用發電過程 產生的余熱，從而提高能源利用效率。2）管道摻氫：和使用純氫相比，將氫氣混合到天然 氣管道中可以降低成本，平衡季節性用能需求。隨著氫能發展速度的加快，天然氣網絡摻氫 研究和示范項目也不斷增加。根據《中國能源報》，在天然氣摻氫管道建設方面，已有國家 電投“朝陽可再生能源摻氫示范項目”、河北省首個“天然氣摻氫關鍵技術研發及應用示范項目”、寧夏“輸氫管道及燃氣管網天然氣摻氫降碳示范化工程中試項目”等項目率先試水。