1766年，英國化學家卡文迪許發(fā)表了一篇名為“論人工空氣”的論文，它被認為是人類了解氫氣的開端。盡管此前已經(jīng)有很多科學家對于氫氣這種可燃氣體進行研究，但科學界依然將“發(fā)現(xiàn)氫氣”的殊榮送予卡文迪許。

當然，卡文迪許對于氫氣的研究仍很片面，在普利斯特、拉瓦錫等科學家的補充研究下，氫氣才逐漸走入人們的認知之中。

然而氫氣被發(fā)現(xiàn)的很早，但真正作為“氫經(jīng)濟”提出還是在第一次能源危機的時候。當時中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，石油價格猛漲，氫氣被視為石油的“最佳取代者，但卻由于制備困難，因此始終無法成為主流能源。

“碳中和”的大背景之下，新能源正在逐漸崛起替代傳統(tǒng)能源，由于氫氣燃燒后，只會產(chǎn)生水，因此被稱為最清潔的能源，氫氣再次成為人類能源迭代聚焦的方向。

尤其近兩年，多省發(fā)布氫能及燃料電池車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，大幅加速氫能產(chǎn)業(yè)化進程。北京、山東、河北、浙江、四川等省份，相繼出臺氫能及燃料電池車發(fā)展規(guī)劃或扶持政策，并從產(chǎn)業(yè)規(guī)模、企業(yè)數(shù)量、燃料電池汽車、加氫站等方面明確階段目標。

中國煤炭加工利用協(xié)會統(tǒng)計，2020 年我國氫能產(chǎn)量和消費量均已突破 2500萬噸，已成為世界第一大制氫大國，氫能這種最純凈的能源儼然已經(jīng)到了爆發(fā)前夕。

目前，抑制氫能源發(fā)展的主要困境在于氫的制取，如何高效的制取氫氣成為整個產(chǎn)業(yè)的痛點所在。

就在很多投資者嘆息，氫能何時才可以普及的時候，實則氫能源產(chǎn)業(yè)內，一場關于制氫的“革命”正在悄然進行。

/ 01 /氫氣的三種制備方式

自氫氣誕生之日起，人類就不斷嘗試去駕馭這種能源類型。

經(jīng)過兩個多世紀的研究，人類已經(jīng)能夠成熟的制備氫氣，但主流工業(yè)化量產(chǎn)依然需要利用化石燃料石油、天然氣和煤作為原料，與低碳的初衷南轅北轍。

現(xiàn)階段，氫能源共有三種制取方式，按照碳排放量劃分，分別為“灰氫”、“藍氫”和“綠氫”。

“灰氫”指的是傳統(tǒng)利用化石燃料石油、天然氣和煤制取氫氣的方式，雖然制氫成本較低，但排放量較大，并不能達到減碳的作用。這種路線是目前成本最低、效率最高的制氫方式。

“藍氫”則是在“灰氫”基礎上，加配碳捕捉和碳封存技術（CCS 技術），借此來降低碳排放強度，但卻由于加配的設備則讓成本有所增加。

“綠氫”主要是利用電解水制氫。這種方式需要大量的電能，在過去電力主要依靠煤炭來制取，因此并不具有經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。但隨著以光伏、風電為代表的新能源的崛起，讓“綠氫”實現(xiàn)真正的綠色，制氫過程完全沒有碳排放，但成本較高。

現(xiàn)階段，中國氫氣制取依然依賴“灰氫”為主，“藍氫”為輔。62%的氫氣來自煤炭制氫、19%的氫氣來自天然氣制氫、18%的氫氣來自工業(yè)副產(chǎn)制氫，只有1%的氫氣是由“綠氫”方式制取的。

盡管“藍氫”利用CCS 技術有效的降低“灰氫”的碳排放量，但CCS 技術依然需要消耗大量電力來運行，從而間接導致溫室氣體的排放。

據(jù)康奈爾大學和斯坦福大學的研究人員在《能源科學與工程》發(fā)布的一項研究顯示，“藍氫”不僅沒有想象中的那樣清潔，甚至全生命周期所排放的溫室氣體比天然氣取暖還要高20%，并沒有實現(xiàn)真正的低碳。

由此可見，想讓氫氣回歸純凈本源，就需要“綠氫”占比持續(xù)提升。只有“綠氫”這種模式發(fā)展起來，那么氫能源才能最終成為社會主流能源。

隨著光伏、風電逐漸迎來平價時代，“綠氫”的性價比也在逐漸提升，“綠氫”已經(jīng)成為氫能源發(fā)展的必經(jīng)之路。

/ 02 /一場悄然進行的制氫“革命”

既然“綠氫”成為氫能源發(fā)展的關鍵，那么“綠氫”制備技術就顯得至關重要。

從原理上講，“綠氫”就是在充滿電解液的電解槽中通入電流，水分子在電極上發(fā)生電化學反應，分解成氫氣和氧氣。

“綠氫”面對的最大問題就是成本，現(xiàn)階段主流的堿性電解水制氫技術，這種技術最大的問題在于能耗較高，電費占到了制氫總成本的85%。據(jù)《財經(jīng)》測算，當工業(yè)電價降至0.3元時，堿性電解水的成本將會與其他制氫路線相當，才具有經(jīng)濟效應。

由此可見，“綠氫”全面推廣的核心就在于降低電價，而這則主要看光伏、風電等新能源行業(yè)的發(fā)展情況，但想要降至0.3元的理想價位，顯然并非一朝一夕的事情。

如果“綠氫”依然延續(xù)堿性電解水制氫技術，那么距離爆發(fā)可能依然很遠，然而在不被市場關注的暗面，實則一場制氫“革命”正在悄然進行。

實際上，根據(jù)電解槽隔膜材料的不同，電解水制氫可以分為堿性電解水、質子交換膜電解水（PEM）和固體氧化物電解水（SOE）三大類。除堿性電解水已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)外，PEM 處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期；SOE 還處在實驗室開發(fā)階段。

不同于堿性電解水的高耗電量，PEM和SOE的能耗標準明顯更低。但由于SOE距離產(chǎn)業(yè)化還很遠，因此PEM已經(jīng)成為“綠氫”迭代的主要方向。

雖然PEM路線在耗電量和產(chǎn)氫純度方面都明顯占優(yōu)，但卻受限于設備成本。由于質子交換膜等核心部件依賴進口，因此電解槽成本昂貴，設備總成本要比堿性電解水高出不少。這就導致PEM路線存在前期設備投入較高的弊端。

由于PEM路線在能耗方面具備一定的優(yōu)勢，再加上核心部件質子交換膜有經(jīng)一部國產(chǎn)化和技術進步的空間，因此PEM路線有望受益于電費下降和設備降本雙重因素驅動，有望成為助力“綠氫”規(guī)?；暮诵年P鍵。

/ 03 / PEM風口下的受益者們

過去五年，全球電解槽產(chǎn)能發(fā)展迅速，至2030年有望達到54GW的規(guī)模。

歐洲在電解槽產(chǎn)能部署方面處于領先地位，占全球裝機容量的40%?？梢钥吹?，歐洲是氫能戰(zhàn)略推進最快的區(qū)域之一。澳洲和拉丁美洲的產(chǎn)能也在快速擴張，有望成為重要的出口產(chǎn)地。

與他們相比，中國的腳步明顯偏慢，但近些年也獲得很多大型企業(yè)的關注。如隆基股份、陽光能源、晶科科技在內的很多能源企業(yè)，以及三一重工、三峽集團在內的裝備企業(yè)都開始布局相關產(chǎn)能。

但在未來五年，全球電解槽的發(fā)展將由數(shù)量的增長轉換為路線的迭代，PEM路線有望挑戰(zhàn)堿性電解水，成為“綠氫”的核心路線。

PEM路線與堿性電解水路線最大的不同，就在于設備的差異上，因此設備迭代成為最先受益的產(chǎn)業(yè)方向，專注于PEM的設備商有望成為直接受益者之一。

過去一年中，龍蟠科技、濱化股份、威孚高科、先導智能、美錦能源等上市公司，都已經(jīng)明確將會布局PEM電解槽設備。

供應鏈層面，在PEM設備的落地過程中，最卡脖子的是質子交換膜環(huán)節(jié)。

現(xiàn)階段，國內幾乎所有出貨的PEM電解槽所采用的質子交換膜幾乎都來自于進口，國內企業(yè)只有科潤新材料、東岳未來具備了小范圍替代能力。目前，東岳未來正在籌劃上市輔導，極有可能在未來兩年登陸科創(chuàng)板；科潤新材料也在聯(lián)泓集團的領投下完成B輪融資，資本已經(jīng)開始逐漸重視PEM這種正在悄然迭代的技術路線。

除在PEM制氫上的應用外，質子交換膜還是釩液流儲能電池和氫燃料電池的核心材料，有望成為集氫能源、儲能、動力電池為一體的資本焦點。

實際上，進口的質子膜供應也并不穩(wěn)定，交貨周期很長，價格也高，國產(chǎn)替代空間極大，質子交換膜也有望成為PEM普及最受益的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。

催化劑方面，國內也一度出現(xiàn)缺口，但隨著中科科創(chuàng)、大物所、賽克賽斯的努力，國內已經(jīng)能夠完成催化劑的自給自足，并有望在隨后的迭代中逐漸降低PEM設備的成本，助力“綠氫時代”的到來。

除產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的自主研發(fā)外，國內還有很多項目選擇與海外巨頭合作的方式布局PEM路線。

2020年10月，中國石化集團資本有限公司、恩澤海河（天津）股權投資基金合伙企業(yè)、康明斯（中國）投資有限公司敲定合作計劃，共同促進電解水制氫技術的開發(fā)及推廣，而PEM就是重點推廣的路線。

康明斯是全球最大的獨立發(fā)動機制造商之一，近年來不斷加快氫能源領域布局，在與中國石化和恩澤海河合作后，有望全面推進PEM路線在中國的落地。

去年9月和12月，康明斯分別在上海臨港、廣東佛山落地康明斯氫能中國區(qū)總部與研發(fā)中心總部、康明斯恩澤（廣東）氫能源科技有限公司，全面開啟國內氫能市場擴張，并在今年1月正式在佛山南海區(qū)啟動建設PEM電解水制氫設備生產(chǎn)基地項目。

總的來看，沒有人再懷疑氫能源的價值，作為最純凈的能源，他幾乎成為實現(xiàn)“碳中和”的必經(jīng)之路。但聚焦當下，中國的氫產(chǎn)業(yè)依然處于發(fā)展早期，或許當我們完成了這場制氫“革命”，氫能源就將逐漸成為市場關注的焦點。