氢能源，凭借其环保低碳、能量密度高、蕴藏丰富等优点，尤其是在全球“碳中和”的大背景下，全球很多国家都将氢能视为重要发展方向。

　　11月7日，高层发布《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》。

　　文件提出，深入实施清洁柴油车（机）行动，全国基本淘汰国三及以下排放标准汽车，推动氢燃料电池汽车示范应用，有序推广清洁能源汽车。

　　有人说，氢能将与风电、光伏三分天下，甚至还有人说氢能要取代风电、光伏，成为人类的“唯一终极能源”。

　　然而理想很美好，现实很骨感。

　　自从1869年俄国化学家门捷列夫制定了化学元素周期表，将氢元素放在周期表的首位开始，人们就从未停止过对氢的研究和利用，但直到现在，光伏、风电等可再生能源遍布全球之际，氢能在全球能源变革中作用远远低于市场对于它的远大期许。

　　氢能的“终极能源”理想是不是还停留在科幻片中，中国为什么要大力发展氢能？氢能何时能在全球能源变革中扮演重要角色？

　　为什么要大力发展氢能？

　　我国发展氢能源，主要三个原因：一是我国对化石能源依赖度过高，2020年，我国一次能源消费中，煤炭、石油、天然气消费占比分别为56.7%、19.1、8.5%，而非化石能源仅占15.7%。

　　二是石油、天然气等化石能源自给能力不强，能源命脉掌握在他国手中，我国是油气进口第一大国，2020年对外依存度分别攀升到73%和43%。

　　三是为了减少污染、降低碳排放。目前全球碳排放的主要来源就是煤炭和石油的燃烧，大概占比为75%。从排放部门来看，电力部门、交通运输和工业部门的排放量排名前三。

　　我们在初中化学课本上学过这样一个简洁而又经典的化学反应：水电离后产生氢气和氧气，氢气燃烧之后又回归水，如此循环往复，全程没有无副产物，可谓是绿色环保，岂止是低碳，完全是无碳。

　　同时，氢气的热值是化学燃料里面最高的，同等质量下，氢气的热值约是汽油的3.3倍、天然气的3.4倍、煤炭的6.8倍。

　　还有就是制造氢气的方法有很多，制氢方式有蒸汽转化、电解水制氢以及工业副产等多种途径，氢气的不同形态可适应多种运输技术方案。

　　更关键的是，这玩意儿无处不在且取之不尽，大部分氢元素以水的形式存在于大自然，地球表面约71%的面积被水覆盖。

　　也因为氢能如此有如此的优势，美国、欧盟以及日本等发达国家或都在大力推进氢能源发展。

　　美国是最早将氢能及燃料电池作为能源战略的国家。早在1970年，美国便提出了“氢经济”概念。美国以能源部（DOE）为主导，将大量的资金用于解决氢能产业所面临的技术难题，保持美国在世界范围内氢能领域中的技术优势地位。

　　2019年美国发布《美国氢能经济路线图——减排及驱动氢能在全美实现增长》。

　　报告显示，到2030年美国氢能源累计投资将达80亿美元，建成5600个加氢站，美国氢能经济将创造约1,400亿美元的收入，提供700,000个工作岗位。

　　到2050年，它可以通过每年创造约7500亿美元的收入和累计340万个就业机会来推动增长。

　　日本作为目前全球氢能发展最为领先的国家之一，早在1974年，为了摆脱石油危机的影响，日本就启动名为“阳光计划”的第一个国家氢能项目。

　　2014年，日本政府推出《能源基本计划》将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源，并提出建设“氢能社会”的愿景，希望通过氢燃料电池实现氢能在家庭、工业、交通甚至全社会领域的应用，从而实现真正的能源安全以及能源独立。

　　日本从国家战略层面致力于实现氢能社会，日本政府高度重视氢能产业的发展，并提出“日本将成为全球第一个实现氢能社会的国家”豪言壮志。为此，先后发布了《日本复兴战略》、《能源战略计划》、《氢能源基本战略》、《氢能及燃料电池战略路线图》等相关文件，规划了实现氢能社会战略的技术路线。

　　欧盟将氢能作为能源安全和能源转型的重要保障，作为最早涉及燃料电池的地区之一，早在1956年，英国剑桥大学科学家F．T．Bacon就发明了总温碱性燃料电池，开启了欧洲乃至全球燃料电池开发的序幕。

　　而近年来，欧盟也进一步加大对氢能源的投入，2020年提出了推动氢能发展的一揽子政策规划《推动建立气候中立欧洲的氢能战略》，计划未来10年向氢能产业投入数千亿欧元，目标是2050年实现碳中和。

　　氢能替代传统化石燃料，看似是最完美的解决方案，实际却是难以大规模使用。

　　相比之下，我国氢能建设起步较晚，2000年左右，973计划“氢能的规模制备、储运及相关燃料电池的基础研究”项目才开始启动。2011年在《节能与新能源汽车产业发展规划》提及化工副产制氢及加氢站技术等，随后支持政策密集出台，尤其是2020年以来，我国的氢能源发展相关政策加速推出。

　　发展氢能产业，不仅可促使我国减少油气对外依赖，提高能源安全水平，减少大气污染排放，改善生态环境，建设清洁时代美好家园，还能带动能源科技创新、能源结构调整、能源体系变革和可再生资源高效开发利用，对我国能源体系的高质量发展、高能耗产业清洁转型、高端装备制造以及汽车等产业创新发展，都具有重大战略意义。

　　需要提醒的是，用氢能替代传统化石燃料，看似是最完美的解决方案，实际上我们的生活场景和氢能产生的交集其实少之又少。

　　小孩子能想到的大概就是氢气球，大人能想到的应该是加氢公交车。

　　为什么要发展氢燃料电池汽车？

　　这几年，中国大力发展以锂离子电池为动力的新能源汽车，为了摆脱对化石能源的依赖、应对气候变化、推动绿色发展。

　　不过，这其实是一个极端到另一个极端，新能源汽车最为核心部件——动力电池的原材料还是被卡脖子，比石油也没好到哪儿去！

　　锂电池的重要原材料——“钴奶奶”、“锂大妈”、“镍大哥”，这几种金属中国都很缺。

　　我国钴资源近99%依赖进口。2020年，全球钴探明的储量约710万吨，但集中度极高，主要分布在刚果（49%）和澳大利亚（17%），而中国已探明钴储量约8万吨，仅占全球总储量约1%。

　　全球锂资源丰富且高度集中，主要分布在南美洲“锂三角”地区（玻利维亚、智利和阿根廷）、美国、澳大利亚和中国。

　　我国虽然是全球最大的锂消费国，但锂矿资源只占全球储量的7%，且锂矿品质差,开采难度大，开采成本高，仍需要大量进口，中国锂资源对外依存度超过70%。

　　这一点和铁矿石的情况很类似。中国钢铁的产量全球第一，但钢铁的原材料铁矿石却极度依赖进口，致使我国钢企在产业链上没有话语权。

　　镍资源的集中度相对锂和钴较低，澳大利亚（25.73%）、巴西（16.25%）、俄罗斯（10.29%）为储量最大的三个国家。中国只占3.93%，主要向菲律宾和印尼进口。

　　随着电动车的推广，我国锂、钴、镍的短缺问题，正在不断暴露。电池车需要的重要原材料一旦被外国寡头垄断，国内下游企业的议价能力就弱，上游联合提价，我们也只能硬着头皮买单。

　　从长期来看，发展动力电池存在着资源安全的风险，某种程度上只是让中国从“石油危机”，转变为“贵金属危机”。

　　汽车烧油也好，依靠动力电池也好，其实都受制于人，非常之时，这汽车轮子就有可能发动不起来了。

　　因此，只有大力发展氢燃料电池汽车，这汽车轮子能不能发动才掌握在我们自己手里，而不是被人卡着脖子。

　　而且相对于锂电池，氢燃料电池回收技术比较成熟，并且随着研发，氢燃料电池的贵金属用料量在降低。

　　目前，我国氢燃料电池汽车产业处于起步阶段，截至2020年底，我国氢燃料电池汽车保有量为7350辆左右，而新能源汽车保有量高达492万辆，占比仅为1.5‰。

　　值得注意的是，氢能是一种二次能源，世界上有油田、煤田，但没有氢田。要取得氢气，需要从另一种能源转换过来。

　　目前，制氢的主要途径包括：化石能源制氢和可再生能源电解水制氢。

　　也许很多人不知道的是，中国是名副其实的产氢大国，2020年中国氢气产量突破2500万吨，已连续多年位列世界第一。

　　但这个数据一点儿都让人开心不起来，因为国内的氢气总量虽大，大部分氢气是不环保的灰氢和蓝氢。所谓灰氢是指以化石能源为原料，通过甲烷蒸气重整或自热重整等方法制造的氢气，碳排放较高。蓝氢是在灰氢的基础上将生产过程中产生的二氧化碳用碳捕捉或者碳封存手段处理了。

　　说白了，蓝氢和灰氢都不是真正的清洁能源，无助于碳中和。

　　中国承诺在2030年前，二氧化碳的排放将不再增长，达到峰值之后会逐渐减下去；而到2060年，针对排放的二氧化碳，中国会采取植树、节能减排等各种方式全部抵消掉，因此，发展氢能产业不能通过搞蓝氢和灰氢的方式，这是错误的方式。

　　想要实现氢能成为理想的清洁能源，就必须要有正确的打开方式，就是用可再生能源电解水得到的氢气，才能实现零排放，也就是业内常说的“绿氢”，但绿氢年产量仅仅只有100万吨左右，占比不足5%。

　　说到底，还是因为电解水制氢的成本实在太高了。目前电解水制氢成本约为煤、天然气制氢成本的4-5倍，绿氢的规模化发展同样取决于成本下降。

　　没有充足的“绿氢”供应，就说明连源头问题都没有解决，自然下游的各种应用环节也就处处受限，氢能的理想成了空中楼阁。

　　这也充分说明了氢气的先天不足，实际上也成了它存在的另一个意义：成为一种能源的载体。

　　随着光伏、风电站的增多，发电高峰时有多余电力不能被消纳，此时就可以通过电解水制氢，来储存多余的电力。

　　如何制氢是一个关键问题，如何储氢也是一个关键问题。

　　电解水制氢前景打开？

　　氢气作为一种原料和燃料，已在工业、制热等领域广泛使用。

　　2019年，全球氢气消费类达到了1.15亿吨，主要用于石油精炼、合成氨和制备甲醇。

　　我国是全球最大的氢气生产和消费国，消费量已经超过2500万吨。化肥厂、炼油厂、化工厂都需要大量的氢气，用于交通领域的还不足0.1%。

　　当前，化石能源制氢技术最成熟，成本最低，是主要的制氢手段，占全球氢气产量的96%。电解水制氢需消耗大量电能，当前效率只有50-70%，成本较高，所以仅有4%氢气来自电解水。

　　我国制氢原料中煤制氢最为广泛，占比高达 62%。其次为天然气制氢。占比为 19%。电解水制氢占比最少，仅为1%。

　　然而，煤炭制氢过程伴有大量CO2 排放，被称为“灰氢”技术，不能满足低碳的要求。

　　而可再生能源电解制氢具有能耗低、环保、碳排放低的特点，被认为是未来制氢的发展方向，成为各国瞄准的方向和攻关重点。

　　目前，煤和天然气等常规能源制氢的成本为0.8~1.4 RMB/Nm3，可再生能源制氢成本为1.5~3.0 RMB/Nm3。

　　随着技术升级，充分利用风能、太阳能等可再生资源，会使得电解制氢成本大幅减小，能源效率得到有效提升。

　　根据中国氢联盟预测，到2050年，氢能将在中国终端能源体系中占比达到10%，成为中国终端能源体系的消费主体之一。其中，大约70%的氢将由可再生能源生产。未来，可再生能源发电电解水制氢将成为主流制氢途径。

　　按照这样的发展趋势，光伏、风电等可再生能源制氢的行业规模，在未来几十年都会不断增长。化石燃料制氢会逐步被取代。

　　可再生能源制氢产业链，主要包含发电环节和电解环节。

　　发电环节就是新能源发电企业在做的事。光伏、风电发电先天不稳定，存在不少富余而被浪费的电力。

　　当阳光照射强、风力较大时，发电量就过大，大到电网不能消纳。储能又指望不上，因为电池储能的发展速度实在太慢了。

　　电动车其实100多年前就诞生了，比燃油车还早20多年。100多年前发明的铅酸电池，能量密度为90度/立方米。

　　发展至今，特斯拉汽车电池的能量密度也只达到了260度/立方米。而汽油的能量密度是8600千瓦时/立方米，柴油是9600千瓦时/立方米，是电池的30多倍。

　　把发电厂多余的电力储存在电池里，就目前来说，是无法成规模的。

　　这个时候，新能源发电发达的地方，可以将富余的电力用于电解水制氢，暂时把电能转入氢气这种载体，再运输到全国各地使用。

　　比如光伏+氢能储能就不失为一种不错的组合。

　　光伏发电制氢主要利用光伏发电系统所发直流电直接供应制氢站制氢。光伏直流发电系统相比传统电站减少了逆变和升压的过程，主要设备设施包括光伏组件、汇流箱、支架、基础、接地装置等，光伏组件可根据制氢站输入电压和电流要求进行串、并连配置，从而提高系统效率。

　　根据BP Energy的预测，到2060年，我国光伏发电所提供的能源占比高达35%，而现在光伏的发电量占比仅仅2%。

　　而在所有可再生能源中，光伏的成本下降速度是最快的，从2010-2020年来看，光伏发电成本下降了87%。

　　未来随着太阳能板寿命和光电转换的效率的提升，光伏发电的成本还将继续下降，根据BP发布的2020年能源展望数据，到2050年，光伏发电的成本较2018年还能下降70%。

　　随着光伏发电和电解水制氢技术的不断发展，成本的逐渐降低，太阳能制氢将能逐渐满足商业化的要求，光伏水电解制氢无疑是目前最有前景的制氢方法之一。

　　如果制氢的问题解决了，接下来我们谈一下氢能的另一个重要功能：储存能量。

　　利用可再生能源电解水制氢，氢能可以将其他不便于储存的能源，储存下来，是支撑可再生能源大规模发展的理想能源载体。

　　受市场前景吸引，包括中国石化(600028)、隆基股份(601012)、阳光电源(300274)、宝丰能源(600989)等众多企业，正积极布局光伏制氢市场。

　　2021年4月，宝丰能源(600989)“国家级太阳能电解水制氢综合示范项目”在宁夏宁东能源化工基地正式投产。5月，隆基股份(601012)与无锡高新区签署隆基新型氢能装备项目，在无锡建设电解水制氢设备基地，预计到2022年底将达到年产1.5GW氢能装备的能力。

　　然后就是电解环节了，其核心技术在于电解槽。

　　目前，根据电解槽隔膜材料不同，可以分为碱性水电解（AE）、质子交换膜（PEM）水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC)。

　　其中，质子交换膜（PEM）水电解，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术。目前PEM水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。

　　质子交换膜作为燃料电池核心材料之一，具有极高的技术壁垒，长期被国外少数厂家垄断。目前国内仅有东岳集团（00189）在燃料电池质子交换膜领域积累多年，也是国内唯一能够实现批量生产的质子交换膜企业，其他2-3家国内企业仍然处于产品研发及测试阶段。

　　氢能亟待突破的点：储氢

　　氢能市场何时爆发？

　　答案：解决了储存问题以后。

　　在意识到氢气的诸多优点后，美国从上世纪90年代就开始研发氢燃料电池技术。然而，到现在仍没有普及，全球的氢燃料电池车加起来不到5万辆。

　　不是氢气制造费用高昂，而是氢气不好储存。算上，整个供应链的成本，氢气一下就没有竞争力了。

　　根据《中国规模化氢能供应链的经济性分析》（2020年）数据，氢燃料、柴油、汽油百公里的费用，分别为42.29元、37.26元、49.28元。氢能的燃料费用虽然高于柴油，但已经低于汽油了。

　　但是，氢气供应链的成本远高于车用汽油和天然气，因此市场上的氢气价格高于天然气和汽油。

　　氢气供应链的高成本环节，主要在储存和运输。

　　氢气是气体，密度只有空气的1/14，能量密度极低。论重量，氢是能量密度最大的。但论体积，它的能量密度却是最小的。

　　为了增加单位体积的能量密度，只好增加压力。目前所有的氢燃料电池车里的储氢罐，都是350和700公斤大气压。储氢罐必须做得非常厚，因为压力太高。尤其700公斤压力的高压设备，制造起来很不容易，成本高昂。

　　而一罐罐氢气靠汽车运输起来，与输油管道相比，费用就不是高了一点半点了。氢气100KM的运输成本，已经和制造成本相当了。

　　当前，氢气的出厂价其实已经具备了经济性，供应链成本的降低是未来氢能实现平价供应的关键。

　　氢气高压储存还存在泄露问题。氢气是元素周期表中最小的分子，十分活跃，储存在罐子里容易泄露。

　　自2019年以来，世界上已经发生了多起加氢站爆炸事故。2019年，挪威、美国、韩国等国家接连发生氢气爆炸事故，2020年美国再次发生加氢站爆炸事故，给氢气行业敲响了警钟。

　　庆幸的是，截止目前，国内尚未发生一起公开的氢气爆炸事故，随着国加氢站的增多，这种对于氢安全的担忧也在与日俱增。

　　如今，一线城市的大部分车子，都停在地下车库这种封闭的空间里。当氢燃料车进入以后，若有氢气泄露，会产生很大的安全隐患。

　　何况，汽车零部件总会老化，储氢罐的阀门也有老化的概率。此时，一旦泄露遇到火星就会爆炸，引起其他车爆炸，一个大楼都有可能毁掉。

　　所以，氢气的储存环节尤为关键。

　　目前，高压气氢储存容器主要分为4种：纯钢金属瓶（Ⅰ型）、钢内纤维缠绕瓶（Ⅱ型），铝纤维缠绕内瓶（Ⅲ型）和塑料纤维缠绕内瓶（Ⅳ型）。

　　Ⅰ型、Ⅱ型储氢密度低，安全性能差，难以满足车辆储氢密度的要求。Ⅲ、Ⅳ型具有提高安全性、减轻重量、提高储氢密度等优点。

　　国外燃料电池汽车大多装配了70MPa的IV型瓶。70MPa车用IV型储氢瓶具有更优越的抗氢脆腐蚀性、更轻的质量、更低的成本及更高的质量储氢密度与循环寿命。

　　国内主要以搭载Ⅲ型35MPa氢气瓶为主，70MPa车用IV型储氢瓶还处于起步阶段，尚未制定统一的国家标准。

　　虽然Ⅳ型瓶目前在国内限制使用，但是此前，在多个地方政府发布的项目申报通知中都明确提出，将自主企业突破70MPaIV型氢气瓶的复合材料结构关键技术 。

　　我国上市公司中，在主要有中材科技(002080)和京城股份(600860)。目前，两家公司均已拥有了70MPa高压储氢瓶的技术，并逐渐向IV型瓶产业化发展。

　　随着可再生能源制氢的成本进一步降低，这部分产能有望取代传统的化石能源制氢。这是未来氢能产业的一个看点。

　　然而，由于氢气难于储存、安全标准高，导致供应链成本高，制约了氢能市场的快速发展。纵使当前国家政策对氢能产业有所扶持，也不能一蹴而就。氢能大规模的使用（用于汽车等场景），仍有待时日。

　　纵观世界能源工业发展史，自人类钻木取火进入“柴薪时代”；到煤炭在19世纪80年代超过柴薪终结“薪柴时代”进入了“煤炭时代”；

　　再到1886年的工业革命，油气取代煤炭成为世界第一大能源，人类又从“煤炭时代”进入了“油气时代”；

　　现在又从“油气时代”向“氢能时代”迈入，21世纪中叶有望进入“氢能经济”时代 。

　　特别提醒：本文内容仅供参考，不构成任何投资建议，交易风险自担。

杨正东
非常干货

上善若水任方圆
地下车库氢燃料泄露，氢气往上走，到时候怎么办

美丽之约
受益匪浅，给阿飞童鞋，加两只大鸭腿！！！

蒋美军
到时候氢就变成随处可见的移动炸弹
新一代经济学人(作者)
一般露天只有火苗，没有爆炸。

学者智也
看着长，但一气呵成！小伙子，有前途！

头像是本人
锂也受制于人，氢又太危险难以普及，好像只剩钠了，偏偏这东西太重了能量密度又小。
新一代经济学人(作者)
是挺纠结