氫能源行業產業鏈分析下游燃料電池起飛在即

在能源短缺和環境惡化兩大困境的威脅下，可持續清潔能源的開發日益迫切。傳統能源中80%以上都被用作能量載體為交通運輸、工業和發電提供能量，如果將這部分消耗的石化能源用可持續清潔能源替代，能源和環境問題都將迎刃而解，而正處于產業化導入期的氫能源無疑是最好的選擇。

在能源短缺和環境惡化兩大困境的威脅下，可持續清潔能源的開發日益迫切。傳統能源中80%以上都被用作能量載體為交通運輸、工業和發電提供能量，如果將這部分消耗的石化能源用可持續清潔能源替代，能源和環境問題都將迎刃而解，而正處于產業化導入期的氫能源無疑是最好的選擇。

經過多年的發展，氫能源產業鏈逐漸完善。其中氫能源的上游是氫氣的制備，主要技術方式有傳統能源的熱化學重整、電解水和光解水；中游是氫氣的儲運環節，主要技術方式包括低溫液態、高壓氣態和固體材料儲氫；下游是氫氣的應用，氫氣應用可以滲透到傳統能源的各個方面，包括交通運輸、工業燃料、發電等，主要技術是直接燃燒和燃料電池技術。

上游電解水制氫前景廣闊

氫能是一種二次能源不可以直接獲得，需要通過制備獲得，目前制氫技術主要有傳統能源和生物質的熱化學重整、水的電解和水的光解。2017年全球氫氣產量約為6000萬噸，其中96%來源于傳統能源的熱化學重整，還有4%來自于電解水。

圖1 氫能源產業鏈

對比幾種主要制氫技術的成本，煤氣化制氫的成本最低，為1.67美元每千克，其次是天然氣制氫2.00美元每千克，甲醇裂解3.99美元每千克，成本最高的是水電解，達到5.20美元每千克。相對于石油售價，煤氣化和天然氣重整已有利潤空間，而電解水制氫成本仍高高在上。

雖然目前電解水制氫成本遠高于石化燃料，而煤氣化制氫和天然氣重整制氫相對于石油售價已經存在利潤空間。但是用化石燃料制取氫氣不可持續，不能解決能源和環境的根本矛盾，并且碳排放量高，對環境不友好。而電解水制氫是可持續和低污染的，隨著電價下降和技術發展、規模化效應，電解水產業即將興起。

圖2 不同治氫方法氫氣產量（產量：%）

圖3 不同治氫方法治氫成本（單位：美元/千克）

中游儲氫材料潛力巨大

氫是所有元素中最輕的，在常溫常壓下為氣態，密度僅為0.0899kg／m3，是水的萬分之一，因此其高密度儲存一直是一個世界級難題。儲氫問題一旦突破，氫能必將迎來繁榮發展。

目前儲氫方法主要分為低溫液態儲氫、高壓氣態儲氫、儲氫材料儲氫三種。液態氫儲運簡單安全體積占比小，不過氣態氫轉換成液態氫不經濟，僅適用于不太計較成本問題且短時間內需迅速耗氫的航天航空領域。高壓氣態儲氫是目前最常用并且發展比較成熟的儲氫技術，其儲存方式是采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里。

目前所使用的容器是鋼瓶，它的優點是結構簡單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快。但是存在泄露爆炸隱患，安全性能較差。儲氫材料儲氫就是利用氫氣與儲氫材料之間發生物理或者化學變化從而轉化為固溶體或者氫化物的形式來進行氫氣儲存的一種儲氫方式。儲氫材料最大的優勢是儲氫體積密度大，相同質量的氫氣用儲氫材料儲存占用空間最少。并且操作容易、運輸方便、成本低、安全等，恰好克服了高壓氣態儲氫和低溫液態儲氫的缺點，成為最具發展潛力的一種儲氫方式。

下游燃料電池起飛在即

氫能源的應用有兩種方式：一是直接燃燒（氫內燃機），二是采用燃料電池技術，燃料電池技術相比于氫內燃機效率更高，故更具發展潛力。

圖4 氫能源下游應用

目前以燃料電池技術為基礎的應用已經很廣闊，現階段主要分布在交通運輸式、固定式和便攜式三個方面，燃料電池車正在大力推進中，未來將遍及所有能源相關下游包括汽車、發電和儲能等領域。燃料電池車相比傳統汽車，具有無污染，“零排放車”，無噪聲，無傳動部件的優勢，相比電動車，具有續航里程長，充電時間段，起動快（8秒鐘即可達全負荷）的優勢，因此非常具有發展前景。

除此之外，2017年為消費級無人機爆發元年，而氫燃料電池具有續航時間長，加注氫氣時間短幾分鐘就能完成，同時生命周期內性能衰減小的絕對優勢，成為無人機功能體系的一個強勢可替代選項，氫燃料電池起飛在即。