氢能产业链图谱剖析

恋之_风景

图片来源@视觉中国
文｜火石产业大脑，作者 | 魏欢欢，审核 | 冯雷殷莉前言
近些年来，为了应答气象变动和如期完成“3060”指标，氢能作为一种清洁低碳、热值高、来源多样、储运灵敏的绿色动力，失掉了寰球的普遍关注。
日本高度注重氢能产业的开展，是寰球第一个提出建立“氢能社会”的国度。在过来的30年里，日本政府前后投入数千亿日元用于氢能和燃料电池技术的钻研和推行。
美国将氢能视为将来不成或缺、仅次于电能的首要二次动力。美国动力局从1970年就开始规划燃料电池研发，并始终走在世界前列。
韩国将氢能定位为晋升动力效力和优化可再生动力电力零碎的首要媒介，并将氢能列为三大策略投资畛域之一。
我国氢能产业的开展，在国内上也处于当先位置。在《氢能产业开展中长时间布局（2021-2035 年）》中，我国将氢能定位为将来国度动力体系中的首要组成部份和完成绿色动力转型的首要载体，并方案在将来15年内逐渐建设齐备的氢能产业体系。
在政策的加持下，愈来愈多的资本和资源流向氢能产业。捷氢科技、国富氢能和治臻股分三家氢能企业在三日内接连请求科创板IPO，加上重塑科技、东岳氢能、国鸿氢能等氢能企业均已实现股改，可能在短时间内启动科创板上市申报任务，都从一定水平上标明氢能产业正在蓬勃开展。
氢能 产业链全景图谱
氢能是指氢在物理与化学变动过程当中释放的能量，可用于储能、发电、各种交通工具用燃料、家用燃料等。氢能是二次动力，不像石油、自然气能够间接开采使用，需求经过一定的技术制取失掉，所以氢能产业链长且症结环节泛滥。全部产业链能够分为下游动力端、中游产品端和上游运用端。
动力端包罗氢气制取、氢气储运和加氢站；产品端包罗燃料电池、氢燃气轮机和氢内燃机，目前燃料电池技术是氢能产业开展的重点和难点；运用端次要体当初交通、发电、储能和工业等畛域上，其中交通畛域中的燃料电池汽车是氢能最次要的运用，愈来愈多的汽车厂商开始在燃料电池汽车畛域规划。

图1：氢能全产业链图谱
氢能 产业链下游
1、氢气制取
氢气制取是氢能产业链中的首要一环，根据制取技术来分，能够分为化石动力制氢、工业副产制氢和电解水制氢。化石动力制取的氢气也被称为灰氢，灰氢制取本钱较低，是我国氢气的次要来源。但这类制氢形式的碳排放较高，无益于我国“3060”指标的完成。工业副产气制取的氢气被称为蓝氢，次要是指出产焦炉煤气、分解氨、分解甲醇等化工产品时所失掉的氢气。经过电解水等伎俩制取的氢气被称为绿氢，全部制氢进程不会排放温室气体，并且失掉的氢气纯度高。不外目前电解水制氢耗电量大，出产本钱较高。综合来看，电解水制氢会是将来制氢的次要标的目的。
2、氢气储运
氢气储运是制约我国氢能产业开展的症结环节，氢气是天然界中最轻的气体，因为其共同的物理、化学机能，使得它储运难度十分大，本钱较高，这也是马斯克不看好氢能产业开展的缘故之一。
氢气储运包罗氢的贮存和运输两方面，一种储氢形式对应着一种运氢办法。储运氢的形式次要有四种，分别是低压气态储运、高温液氢储运、无机液体储运、固体储运。其中，无机液体储运指的是利用烯烃、炔烃、芳烃等不饱和无机液体做储氢资料，借助不饱和无机物与氢的可逆反映来完成氢的贮存。固体氢储运指的是利用活性炭、碳纳米管进行物理吸附，或者是利用金属氢化物进行化学吸附，从而达到储氢的指标。目前来讲，低压气态储氢技术较成熟，在将来一段时间内都会是国际主推的储氢技术，高温液氢储运次要应用在航空航天畛域，而无机液体储运和固体储运尚处在钻研或示范阶段。
3、加氢站
加氢站的次要部件包罗加氢机、氢气紧缩机、储氢瓶组等，其中氢气紧缩机占总本钱比例较高，约30%。目前装备制作的开展标的目的是减速氢气紧缩机的国产化过程，进而升高加氢站的建立本钱。
截止到2022年7月5日，我国累计建成加氢站272座。其中广东省的加氢站数量至多，达到52座，遥居全国第一；山东省有29座加氢站，居全国第二；江苏省和浙江省的加氢站数量均超20座。在直辖市中，上海的加氢站数量至多，达到15座；北京的加氢站数量略小于上海，为14座。目前来讲，我国除西藏、青海、甘肃外，加氢站完成全掩盖。全国各省、市/区、自治区已出台氢能布局文件达90项，根据加氢站数量布局，2025年加氢站总布局数量将超800座。
氢能 产业链中游
针对氢能产业链中游来讲，氢燃气轮机和氢内燃机的市场范围较小，故在此不做过量的形容，本文次要环抱燃料电池及其八大症结部件进行引见。
1、燃料电池
燃料电池是将氢气和氧气的化学能间接转换成电能的发电安装。其根本原理是电解水的逆反映，把氢和氧分别供应阳极和阴极，氢经过阳极向外分散和电解质产生反映后，放出电子经过内部的负载抵达阴极。燃料电池与常见的锂电池不同，零碎更加繁杂，次要由电堆和零碎部件（空压机、增湿器、氢气循环泵、储氢瓶组）组成，其中电堆是全部电池零碎的中心。

图3：燃料电池零碎任务原理来源：捷氢科技招股书
2、燃料电池八大症结部件
在氢能畛域，工信部将燃料电池电堆、双极板、膜电极、质子替换膜、催化剂、气体分散层、空压机和氢气循环泵列为燃料电池的八大症结部件，这也是我国开展氢能产业需求重点霸占的环节。
燃料电池电堆是发起机零碎的中心部件，是氢气和氧气产生电化学反映及发生电能的场合。因为单个燃料电池单元输入功率较小，通常将多个燃料电池单元串连起来构成电堆，以此进步输入功率。因此，电堆是由双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆拴牢，构成的复合组件。在燃料电池汽车中，燃料电池零碎占整车本钱的60%摆布，而燃料电池电堆占燃料电池零碎本钱的62%以上，故升高燃料电池电堆本钱是开展燃料电池汽车产业的症结。
双极板品质约占燃料电池电堆的60-80%，本钱占20-40%，而且简直占领了全部燃料电池电堆的整个体积，起到撑持机械构造、平均调配气体、排水、导热、导电的作用。按照资料不同，双极板能够分为石墨双极板、金属双极板以及复合资料双极板。石墨双极板拥有品质轻、不乱性强和耐侵蚀性初等特征，但机械机能较差；金属双极板拥有机械机能强、厚度薄、阻气性好等特征，但易被侵蚀，寿命较短。复合双极板则兼具石墨板和金属板的优点，但制备工艺复杂，本钱较高。因为金属双极板的批量出产过程放慢，我国的双极板市场格式产生改动。石墨双极板（含复合双极板）市场占比从2019年的78%，降至2020年的65%和2021年的49%，与之对应的，金属双极板市场占比从22%、35%，回升到2021年的51%。
膜电极次要由质子替换膜、催化剂、边框和气体分散层组成，个别是一种七层叠加构造。目前，国际外主流膜电极厂商出产的产品机能差距愈来愈小，制备价钱昂贵、机能高、持久性好的膜电极成为国际外厂商关注的焦点。从企业规划状况来看，21年后国际膜电极企业扩产速度放慢，双面间接涂布技术和膜电极一体成型技术正在成为主流。鸿基创能、武汉理工和擎动科技等企业在膜电极产业上处于国际当先地位。
质子替换膜起到断绝电子，分隔阴、阳两极并传导质子的功用。根据含氟量，能够将质子替换膜分为全氟磺酸膜、部份氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、复合膜等。目前全氟质子替换膜（全氟磺酸膜）因为其优秀的热不乱性、化学不乱性、较高的力学强度以及较高的产业化水平而失掉普遍运用。质子替换膜制造工艺繁杂，拥有较高的技术壁垒和资质壁垒。在国产化上，以山东东岳为代表的企业曾经完成技术上的冲破和量产，有但愿在该赛道上完成疾速生长。
燃料电池催化剂能够分为铂催化剂，低铂催化剂和非铂催化剂。在催化剂的工业化出产上，我国始终远远后进于国外。很长一段时间以来，我国燃料电池的催化剂必需靠进口，这推高了燃料电池本钱，也限度了我国氢能产业的开展。但燃料电池催化剂的国产化过程不停放慢，近期中自环保的燃料电池催化剂出产线建成并顺利经过验收。此次中自环保出产线的建成，对燃料电池中心资料国产化推动、完成技术可控并升高本钱有严重意义。
气体分散层在燃料电池中起到撑持催化层、采集电流、传导气体和排出反映产物水的首要作用。气体分散层通常由基底层和微孔层组成。基底层通过疏水处置后，在其上涂覆单层或多层微孔层，从而制成气体分散层。根据基底层不同，能够将气体分散层分为碳纤维纸基材，碳布基材和金属基材等不同类型。现阶段，燃料电池出产商大多采取日本东丽、美国AvCarb、德国SGL等厂商的气体分散层产品，不外我国通用氢能、江苏氢电等企业在技术层面根本能够对标国内先进产品，无望完成产业化。
氢气循环泵是我国主流的氢气循环产品，假如将电堆比作燃料电池的“心脏”，那末氢气就是燃料电池的“血液”，而氢气循环零碎就是“强心肌”，保障“血液”的自在活动。氢气循环产品次要包罗氢气循环泵和氢气引射器，与氢气引射器比拟，氢气循环泵在被动可调理、快响应速度和宽任务区间等方面占有一定劣势。在2020年之前，德国厂商普旭占领国际氢气循环泵90%的份额，近些年来，国际山东东德、瑞驱科技开始小批量供给氢气循环泵，市场占比在不停晋升。
空压机由紧缩元件、驱动器、驱动紧缩机元件的机械装备等组成。不同于普通空压机，燃料电池空压机需求知足绝对无油、低噪声、高牢靠性、高效、小型化、任务规模宽、良好的静态响应才能、良好的热办理等诸多严苛要求。从市场占最近说，燃料电池空压机的国产化水平较高，国际当先企业包罗金士顿、势加透博等。
氢能 产业链上游
在产业链上游，氢能的运用次要体当初交通、发电、储能、工业等几大场景上，其中交通是氢能消费首要的冲破口。
而在交通畛域，鼎力开展的是燃料电池汽车，目前是以政策疏导的区域市场模式，由“短时间示范——公交、物流畛域示范运转——城市群示范”，逐渐迈入商业化推行阶段。截至2022年4月30日，新动力汽车国度监测与办理平台累计接入燃料电池汽车8198辆。其中燃料电池客车占比至多，客车共接入4241辆，占接入总量的51.73%；公用车接入3945辆，占接入总量的48.十二%，包罗物流特种车、工程特种车和环卫特种车等；而乘用车共接入十二辆，占接入总量的0.15%。
从燃料电池汽车示范运用来看，以后我国有京津冀、上海、广东、河北、郑州五大示范城市群。五大示范城市群累计接入5853辆燃料电池汽车，占全国燃料电池汽车接入量的71.40%。其中，广东城市群燃料电池汽车累计接入量至多，达到2604辆，客车和公用车分别累计接入1049辆和1555辆。
日前，我国首款燃料电池轿车—长安深蓝SL03氢电版正式上市，该款车型拥有730千米超长续航、3分钟超快补能、馈电状况下百千米耗氢量仅为0.65公斤等多项机能，但因为售价高达69.99万元，因此将指标市场定位在B端。除长安汽车外，海马、上汽、广汽、长城等国际主流车企均加大了对燃料电池汽车的研发和规划。不外因为遭到制氢、储氢、加氢等技术的制约，燃料电池乘用车的商业化还需求一些光阴。
总结
总的来讲，我国氢能产业开展初具范围。从氢能产业的市场范围来看，目前范围较小，然而增速较快。2021年我国氢能产量达3,300万吨，同比增长32%。按照中国氢能同盟数据，2020年中国氢能行业市场范围为3,000亿元，预计至2025和2035年，氢能行业产值将分别达1万亿和5万亿范围。
从氢能产业的区域规划来看，氢能产业会聚性特点显著，目前长三角、粤港澳大湾区、环渤海三大区域氢能产业呈现了“集群化”的开展态势，氢能相干产业处于同步协调开展阶段。从氢能产业的市场主体方面来看，我国开展非常迅速，目前氢能全产业链范围以上工业企业曾经超过了300家。从氢能产业链的症结环节下去看，质子替换膜、催化剂和气体分散层等环节国产化水平较低，需求重点冲破。
而在燃料电池汽车的开展上，尤为是在乘用车畛域，我国还处于起步阶段，与日本、韩国等国比拟，还存在微小的差距。政府应该充沛发扬疏导作用，一方面在财政补助和推销等方面提供政策反对，推进技术翻新运用，并外行业多个症结环节发力；另外一方面要拓宽鼓吹渠道，举行拥有国内影响力的氢能与燃料电池汽车产业论坛等，发展氢能与燃料电池汽车常识遍及。

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