氢能应用现状、产业布局、制备路线及产能情况如何？

氢作为能源应用的普及程度不高，现阶段主要作为工业原料使用。

1.应用现状：氢主要作为工业原料使用，中国占全球需求的30%

2021年，全球氢气需求超过9400万吨。分地区来看，我国是全 球最大的氢气消费国，需求量约2800万吨，占全球的30%；美国、中东和欧洲分别占据全球14%/12%/9%的需求量。分应用来 看，氢气主要用于化工（合成氨/合成甲醇）和炼油，2021年全球交通运输氢气需求仅3万吨左右，占比较少。我国氢气应用领域 同样以化工为主，56%的氢气被用于化工合成，9%用于炼油，16%作为尾气直接燃烧，氢作为能源的应用程度不高。

工业用氢存在巨大的脱碳潜力。2021年，全球工业用氢和炼油用氢绝大部分源于化石燃料制氢，产生的直接二氧化碳净排放量分 别为6.3亿吨和2.0亿吨。工业合成氨、合成甲醇、炼油等均以氢为主要原料，工艺成熟，存在绿氢替代灰氢的减碳空间；此外， 全球各地正在探索氢气在钢铁工业领域的应用，绿氢未来有望逐步替代焦炭作为还原材料，推动钢铁工业的大规模脱碳（2019年 全球钢铁行业直接碳排放量26亿吨，约占全球碳排放总量的7-8%）。

2.我国政策驱动下，氢能产业开启新篇

政策驱动下，氢能产业链开启新 篇。我国国家层面日益重视和认 可氢能的战略重要性，加强对氢 能的布局。2022年3月，国家发 改委、能源局发布《氢能产业发 展中长期规划（2021-2035 年）》，明确了氢能的战略定 位，并提出了氢能产业一系列发 展目标。政策的重视和认可将推 动氢能产业开启新篇。

各地方政府纷纷出台氢能发 展规划目标。2019年以来， 国内至少有18个省级行政区 公布了氢能发展规划目标。 从已公布的规划目标来看， 到2025年，我国将累计至少 建成加氢站762座，燃料电 池车保有量8.8万辆，氢能 产业规模接近7000亿元。

制氢路线：三种制氢路线共存，可再生能源电解水制氢是“终极路线”

三种制氢路线：“成本”短期制约，“可持续”长期引领。氢气制备方式主要包括化石燃料制氢、工业副产氢和电解水制氢三 类。 化石燃料制氢是以煤或天然气为原料还原制氢的传统方案，技术成熟、成本最低，但碳排放量高，且化石燃料不可再生，产能扩 张空间有限，存量产能将逐步结合CCUS技术，以降低排放。 化工副产氢是氯碱，轻烃利用等化工工艺获得副产氢的方案，成本较低，但制备规模取决于主产品制备规模，扩张空间有限，可 作为补充性氢源。 电解水制氢是利用水的电解反应制备氢气的技术，可再生电力制氢称为“绿氢”，是零碳排、可持续的“终极路线”，但目前成 本仍是制约其普及的瓶颈因素，其规模化应用需要产业链各环节推动降本。

化石燃料制氢：应用广泛的传统方案，提纯和CCUS环节存在设备投资潜力

煤气化制氢和天然气蒸汽重整（SMR）制氢是化石燃料制氢的两种主流方案。煤气化制氢是煤在气化炉中与水蒸气发生分步反应 制备的氢气。其原理为：煤(C)在气化炉中与水蒸气反应生成CO和H2，CO进一步与水反应生成H2和CO2。天然气制氢主要为天然气 中的甲烷与水蒸气发生分步反应生成的H2 ，反应前通常需对天然气进行脱硫处理，防止催化剂中毒。

我国化石燃料制氢以煤制氢为主。一方面，我国的化石能源储量呈现“富煤少气” 特点，煤储量更为丰富；另一方面，我国天然 气含硫量高，预处理工艺复杂，导致在我国天然气制氢经济性低于煤制氢。

煤制氢路线中，制备环节设备投资增量可能有限。煤制氢的核心设备是煤气化炉，为大型设备，固定成本高，适用于大规模集中 化生产。现阶段存量煤气化炉的制氢潜力较充足，在氢能应用的过渡阶段可提供补充氢源，但不排除产生增量设备投资的可能。

提纯、碳捕集环节带来广阔的潜在设备需求。化石燃料制氢需经过提纯工序，方可在燃料电池中使用；制氢反应产生大量二氧化 碳，需要结合CCUS(碳捕集、封存和利用)技术，以降低碳排放。提纯和碳捕集环节存在较为广阔的设备投资空间。

工业副产氢：经济效益优良的过渡路线

工业副产氢指生产化工产品时同时得到的副产物氢气，成本 介于化石燃料制氢和电解水制氢之间。焦炉煤气、氯碱化 工、轻烃利用（丙烷脱氢、乙烷裂解）、合成氨合成甲醇等 工业均会产生副产物氢气。目前，国内工业副产氢部分作为 化工原材料或锅炉燃料使用，也存在部分放空，整体使用效 率不高。工业副产氢经济效益优良，制取成本在9.3元-22.4 元/kg之间，低于电解水制氢，可作为制氢的过渡路线。工业副产氢扩产取决于主产品需求，部分路线存在增长空 间。目前我国工业副产氢供应潜力超过450万吨，每年可供 应公交车近100万辆，主要产能来自于焦炉煤气副产氢。目 前，焦炭和氯碱工业处于成熟期，产能规模稳步下降，但体 量较大，弃氢存在提纯利用空间；轻烃利用产业处于成长 期，产能不断爬升，且副产氢纯度高，存在增量投资需求； 合成氨合成甲醇工业较为成熟，但随着氢能的推广，氨和甲 醇有望作为燃料或储氢介质加以应用，未来存在增长空间。 从主要参与者来看，用于丙烷脱氢、乙烷裂解的成套装置， 以及PSA提纯相关的成套装备存在投资机会。

电解水制氢主要有4种技术路线

电解水制氢主要有碱性电解(ALK)、质子交换膜电解 (PEM)、固体氧化物电解(SOEC)和阴离子交换膜(AEM) 四种方法。 碱性电解(ALK)是在碱性电解质溶液(通常为KOH)中完 成的电解过程，OH-离子经隔膜到达阳极，失去电子 产生O2，水在阴极得到电子，产生H2和OH-。 质子交换膜电解(PEM)是对纯水进行电解，H2O分子在 阳极氧化生成氧气和H +离子，H + (质子)在电场作用下 通过质子交换膜迁移至阴极并发生还原反应生成氢气 的方法。固体氧化物电解(SOEC)是在高温状态下将水蒸气电离 生成氢离子和氧离子，分别在电极上生成氢气和氧气 的过程，其反应温度通常在600 ℃以上，适用于产生 高温、高压蒸汽的光热发电系统。 阴离子交换膜电解(AEM)通常采用纯水或低浓度碱性 溶液作为电解质，反应过程为：OH-经交换膜到达阳 极生成水和氧气，水分子在阴极生成OH-和氢气。

3.全球氢气产能以化石燃料制氢为主，清洁制氢存在替代空间

目前全球氢气生产以化石燃料制氢为主， 清洁制氢存在替代空间。 2021年全球氢气总产量为9400万吨，其中 化石燃料制氢占80%以上，清洁制氢（电解 水/化石燃料+CCUS）占比不到1%。 现阶段，我国氢气产能约4100万吨/年，产 量约3300万吨，产能规模全球领先，但同 样以化石燃料制氢为主（近80%），清洁制 氢存在广阔的替代空间。 未来清洁制氢方案将成为主要增量。IEA预 测，到2030年，全球氢气产量将达到1.8亿 吨，较2021年的0.94亿吨翻倍增长。其中， 主要的增量产量将由电解水制氢满足，电 解水制氢产量将从2021年的不到4万吨大幅 增长至6170万吨；耦合CCUS的化石燃料制 氢产量将从2021年的60万吨增长至3300万 吨，清洁制氢方案将成为主流。