1766年，英国化学家卡文迪许发表了一篇名为“论人工空气”的论文，它被认为是人类了解氢气的开端。尽管此前已经有很多科学家对于氢气这种可燃气体进行研究，但科学界依然将“发现氢气”的殊荣送予卡文迪许。

　　当然，卡文迪许对于氢气的研究仍很片面，在普利斯特、拉瓦锡等科学家的补充研究下，氢气才逐渐走入人们的认知之中。

　　然而氢气被发现的很早，但真正作为“氢经济”提出还是在第一次能源危机的时候。当时中东战争爆发，石油价格猛涨，氢气被视为石油的“最佳取代者，但却由于制备困难，因此始终无法成为主流能源。

　　“碳中和”的大背景之下，新能源正在逐渐崛起替代传统能源，由于氢气燃烧后，只会产生水，因此被称为最清洁的能源，氢气再次成为人类能源迭代聚焦的方向。

　　尤其近两年，多省发布氢能及燃料电池车产业规划，大幅加速氢能产业化进程。北京、山东、河北、浙江、四川等省份，相继出台氢能及燃料电池车发展规划或扶持政策，并从产业规模、企业数量、燃料电池汽车、加氢站等方面明确阶段目标。

　　中国煤炭加工利用协会统计，2020 年我国氢能产量和消费量均已突破 2500万吨，已成为世界第一大制氢大国，氢能这种最纯净的能源俨然已经到了爆发前夕。

　　目前，抑制氢能源发展的主要困境在于氢的制取，如何高效的制取氢气成为整个产业的痛点所在。

　　就在很多投资者叹息，氢能何时才可以普及的时候，实则氢能源产业内，一场关于制氢的“革命”正在悄然进行。

　　氢气的三种制备方式

　　自氢气诞生之日起，人类就不断尝试去驾驭这种能源类型。

　　经过两个多世纪的研究，人类已经能够成熟的制备氢气，但主流工业化量产依然需要利用化石燃料石油、天然气和煤作为原料，与低碳的初衷南辕北辙。

　　现阶段，氢能源共有三种制取方式，按照碳排放量划分，分别为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。

　　“灰氢”指的是传统利用化石燃料石油、天然气和煤制取氢气的方式，虽然制氢成本较低，但排放量较大，并不能达到减碳的作用。这种路线是目前成本最低、效率最高的制氢方式。

　　“蓝氢”则是在“灰氢”基础上，加配碳捕捉和碳封存技术（CCS 技术），借此来降低碳排放强度，但却由于加配的设备则让成本有所增加。

　　“绿氢”主要是利用电解水制氢。这种方式需要大量的电能，在过去电力主要依靠煤炭来制取，因此并不具有经济效益和环保效益。但随着以光伏、风电为代表的新能源的崛起，让“绿氢”实现真正的绿色，制氢过程完全没有碳排放，但成本较高。

　　现阶段，中国氢气制取依然依赖“灰氢”为主，“蓝氢”为辅。62%的氢气来自煤炭制氢、19%的氢气来自天然气制氢、18%的氢气来自工业副产制氢，只有1%的氢气是由“绿氢”方式制取的。

　　尽管“蓝氢”利用CCS 技术有效的降低“灰氢”的碳排放量，但CCS 技术依然需要消耗大量电力来运行，从而间接导致温室气体的排放。

　　据康奈尔大学和斯坦福大学的研究人员在《能源科学与工程》发布的一项研究显示，“蓝氢”不仅没有想象中的那样清洁，甚至全生命周期所排放的温室气体比天然气取暖还要高20%，并没有实现真正的低碳。

　　由此可见，想让氢气回归纯净本源，就需要“绿氢”占比持续提升。只有“绿氢”这种模式发展起来，那么氢能源才能最终成为社会主流能源。

　　随着光伏、风电逐渐迎来平价时代，“绿氢”的性价比也在逐渐提升，“绿氢”已经成为氢能源发展的必经之路。

　　一场悄然进行的制氢“革命”

　　既然“绿氢”成为氢能源发展的关键，那么“绿氢”制备技术就显得至关重要。

　　从原理上讲，“绿氢”就是在充满电解液的电解槽中通入电流，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。

　　“绿氢”面对的最大问题就是成本，现阶段主流的碱性电解水制氢技术，这种技术最大的问题在于能耗较高，电费占到了制氢总成本的85%。据测算，当工业电价降至0.3元时，碱性电解水的成本将会与其他制氢路线相当，才具有经济效应。

　　由此可见，“绿氢”全面推广的核心就在于降低电价，而这则主要看光伏、风电等新能源行业的发展情况，但想要降至0.3元的理想价位，显然并非一朝一夕的事情。

　　如果“绿氢”依然延续碱性电解水制氢技术，那么距离爆发可能依然很远，然而在不被市场关注的暗面，实则一场制氢“革命”正在悄然进行。

　　实际上，根据电解槽隔膜材料的不同，电解水制氢可以分为碱性电解水、质子交换膜电解水（PEM）和固体氧化物电解水（SOE）三大类。除碱性电解水已经实现规模化生产外，PEM 处于产业化发展初期；SOE 还处在实验室开发阶段。

　　不同于碱性电解水的高耗电量，PEM和SOE的能耗标准明显更低。但由于SOE距离产业化还很远，因此PEM已经成为“绿氢”迭代的主要方向。

　　虽然PEM路线在耗电量和产氢纯度方面都明显占优，但却受限于设备成本。由于质子交换膜等核心部件依赖进口，因此电解槽成本昂贵，设备总成本要比碱性电解水高出不少。这就导致PEM路线存在前期设备投入较高的弊端。

　　由于PEM路线在能耗方面具备一定的优势，再加上核心部件质子交换膜有经一部国产化和技术进步的空间，因此PEM路线有望受益于电费下降和设备降本双重因素驱动，有望成为助力“绿氢”规模化的核心关键。

　　PEM风口下的受益者们

　　过去五年，全球电解槽产能发展迅速，至2030年有望达到54GW的规模。

　　欧洲在电解槽产能部署方面处于领先地位，占全球装机容量的40%。可以看到，欧洲是氢能战略推进最快的区域之一。澳洲和拉丁美洲的产能也在快速扩张，有望成为重要的出口产地。

　　与他们相比，中国的脚步明显偏慢，但近些年也获得很多大型企业的关注。如隆基股份、阳光能源、晶科科技在内的很多能源企业，以及三一重工、三峡集团在内的装备企业都开始布局相关产能。

　　但在未来五年，全球电解槽的发展将由数量的增长转换为路线的迭代，PEM路线有望挑战碱性电解水，成为“绿氢”的核心路线。

　　PEM路线与碱性电解水路线最大的不同，就在于设备的差异上，因此设备迭代成为最先受益的产业方向，专注于PEM的设备商有望成为直接受益者之一。

　　过去一年中，龙蟠科技、滨化股份、威孚高科、先导智能、美锦能源等上市公司，都已经明确将会布局PEM电解槽设备。

　　供应链层面，在PEM设备的落地过程中，最卡脖子的是质子交换膜环节。

　　现阶段，国内几乎所有出货的PEM电解槽所采用的质子交换膜几乎都来自于进口，国内企业只有科润新材料、东岳未来具备了小范围替代能力。目前，东岳未来正在筹划上市辅导，极有可能在未来两年登陆科创板；科润新材料也在联泓集团的领投下完成B轮融资，资本已经开始逐渐重视PEM这种正在悄然迭代的技术路线。

　　除在PEM制氢上的应用外，质子交换膜还是钒液流储能电池和氢燃料电池的核心材料，有望成为集氢能源、储能、动力电池为一体的资本焦点。

　　实际上，进口的质子膜供应也并不稳定，交货周期很长，价格也高，国产替代空间极大，质子交换膜也有望成为PEM普及最受益的产业环节。

　　催化剂方面，国内也一度出现缺口，但随着中科科创、大物所、赛克赛斯的努力，国内已经能够完成催化剂的自给自足，并有望在随后的迭代中逐渐降低PEM设备的成本，助力“绿氢时代”的到来。

　　除产业环节的自主研发外，国内还有很多项目选择与海外巨头合作的方式布局PEM路线。

　　2020年10月，中国石化集团资本有限公司、恩泽海河（天津）股权投资基金合伙企业、康明斯（中国）投资有限公司敲定合作计划，共同促进电解水制氢技术的开发及推广，而PEM就是重点推广的路线。

　　康明斯是全球最大的独立发动机制造商之一，近年来不断加快氢能源领域布局，在与中国石化和恩泽海河合作后，有望全面推进PEM路线在中国的落地。

　　去年9月和12月，康明斯分别在上海临港、广东佛山落地康明斯氢能中国区总部与研发中心总部、康明斯恩泽（广东）氢能源科技有限公司，全面开启国内氢能市场扩张，并在今年1月正式在佛山南海区启动建设PEM电解水制氢设备生产基地项目。

　　总的来看，没有人再怀疑氢能源的价值，作为最纯净的能源，他几乎成为实现“碳中和”的必经之路。但聚焦当下，中国的氢产业依然处于发展早期，或许当我们完成了这场制氢“革命”，氢能源就将逐渐成为市场关注的焦点。

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