氫能源：綠色零排放，或是能源終極形式

從歷史變遷的縱向角度看，人類利用能源的發展歷史是不斷走向清潔化的過程，氫能源是目前已知最綠色清潔的能源，其反應產物只有水，因此有望成為能源的終極形式。從橫向對比角度看，氫能源相較于其他形式的能源具有功率密度優勢，在發電領域具有建設成本優勢。目前氫能源應用的主要阻礙在于分布式應用場景利用綜合成本高，并且氫氣使用的便利性和其他能源相比有較大差距。以全球氫能源乘用車發展為例，氫能源產業化應用尚處于導入期，需要政策支持。我們認為，在各國產業政策及補貼的推動下，氫能源產業發展有向好趨勢，國內市場也有望真實進入導入期，但產業鏈仍需完善。

從氫能源非工業應用看：燃料電池是使用氫能源的理想方式，下游交通運輸需求漸成主流

應用和交通運輸式應用，據國外研究機構Fuel Cell Today和E4tech數據顯示，交通運輸裝載的氫燃料電池量逐年增長，2017年全球燃料電池裝機中，交通運輸需求占比68.05%。交運需求已經成為燃料電池的主要需求，也是氫能源非工業應用的主要需求。

氫能源應用有多種方式，可以通過傳統熱機也可以通過燃料電池。由于燃料電池跳出了熱循環的限制，因而具有更少的能量損失，能量利用效率更高。同時，燃料電池利用氫能源具有噪音小等優點。因此燃料電池是氫能源利用的理想形式。氫能源燃料電池下游有便攜設備、固定式

氫能源產業鏈：日益完善，整裝待發

氫能源產業鏈包括上游制氫產氫、氫氣儲存運輸、加氫站運營、中游燃料電池系統及零部件生產制造、下游氫燃料電池應用等眾多環節。同時，圍繞氫氣展開的主產業鏈條需要大量高技術含量機械設備支持，主要集中在制氫和壓縮領域。我們認為，制氫路徑會按照制氫地的資源稟賦不同而有所變化，儲氫環節主要還是氣態儲氫，但合金儲氫前景較好，加氫站環節會呈現中央制氫與分布式制氫共存互補的格局，燃料電池環節的機會在于質子交換膜、低成本催化劑以及儲氫瓶，下游應用環節中汽車市場最大，汽車應用市場中，我們預計氫燃料電池商用車市場最先爆發。

總結與展望：看好配套設施市場

我們認為未來應該關注的投資機會有三點：1)氫能源的生產及其設備等附屬產業;2)加氫站運營服務產業;3)燃料電池核心技術的突破和氫能源商用車生產制造產業鏈。在國內目前的發展狀況下，配套設施先行是大概率事件，之后是商用車制造。

分割線 箭頭 動態

重點關注環節：我們看好配套設施及制造裝備和核心技術有壁壘的環節：

1、配套設施及制造裝備環節：關注制氫產氫、氫氣壓縮設備以及加氫站配套設備;相關標的建議關注：厚普股份、漢鐘精機、伯肯節能等。

2、核心技術有壁壘環節：關注質子交換膜、雙極板、氣體擴散層、催化劑、車載儲氫罐等環節相關機會;相關標的建議關注：雄韜股份、東岳集團、安泰科技、中材科技、貴研鉑業、雪人股份等。

相關行業風險：政策支持力度不達預期;宏觀環境變化等系統性風險;氫能源燃料電池汽車發展不及預期;成本下降、技術工藝發展不及預期;電動車安全事故等因素降低大眾預期;技術路線的變化導致新產品競爭的風險。

目錄

氫能源：綠色零排放，或是能源終極形式

歷史縱向看：能源使用清潔程度不斷提升

橫向對比看：氫能源具有多方面優勢

氫能源應用阻礙：分布式應用場景綜合成本高與加氫難

產業化現狀：尚處于導入期，需要政策支持

氫能源應用方式及場景：主要通過燃料電池，交通運輸需求漸成主流

氫能源主產業鏈：日益完善，整裝待發

制氫

儲氫

加氫站

氫燃料電池

下游應用

總結與展望：看好配套設施市場

技術落地方案：多種形式共存

技術瓶頸與突破：燃料電池核心技術與產氫設備

相關標的

相關行業風險

氫能源：綠色零排放或是能源終極形式

歷史縱向看：能源使用清潔程度不斷提升

環境保護意識的增強推動能源利用向著綠色、清潔化的方向發展。從最開始的草木發展到如今的風能、太陽能、核能、地熱能等多種形式，能源使用過程的污染物排放逐漸降低，這代表這人類能源使用的方向。而目前已知的所有能源中，最為清潔的是氫能，氫氣使用過程產物是水，可以真正做到零排放、無污染，被看做是最具應用前景的能源之一，或成為能源使用的終極形式。我們這篇報告主要是研究氫能源產業鏈情況(主要是研究非工業用途，尤其是在燃料電池上的應用)，望其未來的可行性和機會所在。

橫向對比看：氫能源具有多方面優勢

從不同能源的功率密度和用于發電時的建設成本方面考慮，氫能源都具有優勢。從物質能量密度角度看，氫能源高于汽油、柴油和天然氣。美國能源局數據顯示，氫氣功率密度幾乎是其他化石燃料的3倍多。從發電建設成本來講，氫能源發電建設成本最低。EIA數據顯示，氫氣發電建設成本僅580美元/KW，在風能、天然氣、光伏、石油、生物質能發電等眾多方式中成本最低。

可以看到氫能源在功率密度、成本方面具有優勢，同時兼具環境友好性，其應用前景十分廣闊。

氫能源應用阻礙：分布式應用場景綜合成本高與加氫難

雖然氫氣在理論層面相較于其他能源具有功率密度優勢，且用于發電時建設成本較低，但是這僅考慮了發電時利用氫能源的模式。氫能源大范圍推廣使用離不開分布式使用場景，當應用場景發生變化時，氫能源使用需要考慮的影響因素就變得更為復雜。

分布式應用場景中與替代產品相比成本較高

氫能源的清潔利用主要是通過燃料電池，燃料電池應用在分布式應用場景中的時候與其他可替代方式相比，還存在成本高的問題。以氫能源燃料電池汽車為例，應用氫能源首先要考慮購買產品的成本，燃料電池本就是技術含量高的產品，應用到汽車上時使得汽車的一次性購置成本迅速增長;其次考慮維護成本，燃料電池汽車比其他汽車更為精密，因此其維護成本更高;接著考慮消耗燃料的成本，氫氣由于在制備、儲存、運輸等過程中需要更多的技術處理而具有更高的單位成本;最后考慮配套設施設施成本，燃料電池汽車使用需要眾多加氫站支持，加氫站由于需要配置大型壓縮機等大型設備，具有比加油站和充電站更高的建設成本。綜合考慮之下，分布式應用場景中，氫能源應用綜合成本很高。

根據羅蘭貝格提供的燃料電池汽車的數據測算，歐洲市場燃料電池小汽車的綜合使用成本達到0.24歐元/km，高于純電動和柴油汽車的綜合使用成本。因為氫氣出售時會考慮氫氣制備、運輸以及加氫站建設、運營等成本，所以氫氣價格里面包含了這些相關配套設施的成本。因此這一成本就是氫能源以燃料電池形式應用到小汽車上的全成本。

氫氣使用便利程度不如可替代產品

氫氣利用另一大難題是加氫難。因為設備與技術要求，加氫站的建設運營成本遠高于加油站和充電站，目前加氫站的數量還不足以完全滿足商業化應用的需求。汽油和電力的廣泛使用是以加油站和電網覆蓋為前提的，氫能源大規模使用也要以加氫站覆蓋為基礎。截止2017年底，全球共計加氫站328個，而國內僅有9座。加氫站覆蓋范圍小對于氫能源的利用有不小的阻礙。

產業化現狀：尚處于導入期，需要政策支持

國際汽車制造商協會數據顯示，2017年全球銷售乘用車接近0.71億輛，而勢銀智庫數據顯示2017年全球FCV(燃料電池汽車)銷量3260輛(燃料電池汽車大多使用氫能源作為燃料，極少數使用其他燃料，在此暫且先認為這些FCV都使用了氫氣做燃料)，氫能源在汽車領域滲透率不過0.0046%，在汽車應用領域氫能源產業化尚處于導入期。

因為目前氫能源的利用尚處于導入期，因此需要政策支持引導。世界各國都針對氫能源利用出臺了各自的扶持政策，由于氫能源燃料電池汽車市場有望成為氫能源最大的消費端，支持政策主要集中在燃料電池汽車產業鏈。

國外政策支持：消費端補貼與制造端補貼并舉

從補貼形式看，大多國家把補貼放在了消費環節，以購置稅費抵免或者購置補貼的形式發放，僅德國將補貼放在了開發制造環節。前者屬于需求端的刺激，后者屬于供給端刺激。供給側(生產制造領域)補貼促進企業研發新車型，有利于在無形中促進企業形成研發能力，就算補貼斷了，多年的技術積累不會隨著補貼停止而消失。因此從這個角度看，德國將研發補貼放在生產領域不無道理。國內補貼政策也可借鑒此類方法，在補貼政策上實行多途徑刺激，在消費端和研發端同時給予補貼，既保證政策效果也利于產業技術積淀。

從補貼力度看，各國補貼力度波動幅度較大。美國和英國補貼在5000美元/輛上下，日韓則給予消費者22000美元/輛左右的補貼。這也是日韓在燃料電池汽車領域技術領先的原因之一。

資料來源：OFweek鋰電網，信達證券研發中心

國內政策支持：補貼力度大

國內方面補貼政策最早是在2009年出現，主要形式是免征購置稅，同時還會在購買時給予一次性的不同額度的補貼。從補貼力度看，我國的補貼力度是最大的，按2017年標準，僅乘用車補貼就高達20萬元/輛，高于日韓22000美元/輛的標準，大型客貨則高達50萬元/輛，遠超出國外最高額度。2018年補貼有所調整，原來對應的20、30、50萬元/輛，分別調整為對應補貼上限。

雖然我國氫能源燃料電池汽車補貼高出國外很多，但是全部都是以購置補貼形式發放的，沒有在氫能源燃料電池汽車生產制造領域設置補貼政策。我們可以考慮在需求側和供給側同時補貼。需求刺激與技術進步刺激并舉，可能是更健康的產業政策，對產業發展更為有利。

同時，我們看到國家從2014年起將加氫站納入了補貼范圍，這是刺激配套產業加速發展，是從整條產業鏈的角度出發看問題，對氫能源燃料電池汽車發展有促進作用。

國家層面出臺多項支持政策之后，各地方政府也出臺了相關產業政策，支持氫能源燃料電池汽車發展。在產業導入階段，只有中央和地方相互配合，好的產業政策才能落地，才能真正促進產業向好發展。

國內方面，新能源汽車領域一直是鋰電汽車占據主導地位。但是國家在鋰電池汽車上的補貼政策正在逐步退坡，而氫能源燃料電池汽車的補貼政策相對來說較為穩定，就補貼力度上限來說，燃料電池汽車的補貼力度是沒有下降的。2018年鋰電池汽車的補貼力度降幅較大，傳統工況續航在300km左右的乘用車補貼降幅達20%多，更低續航里程的降幅則更多。而燃料電池汽車補貼力度較為穩定，且力度比鋰電池補貼力度大，因此氫能源燃料電池汽車處于政策大力支持階段，這也是氫能源產業處于導入階段所決定的。

總的來說，氫能源在眾多能源中具有一定優勢，但實際應用仍有成本和便利性方面的障礙，尤其是在分布式應用領域更是如此。在國家政策支持和財政補貼下，氫能源的分布式應用正處于高速發展中，而且處于概念向導入期轉化的關鍵時間節點。我們認為，氫能源燃料電池汽車產業發展有向好趨勢，但產業化和行業健康發展仍需產業鏈逐步成長和完善。

氫能源應用方式及場景：主要通過燃料電池，交通運輸需求漸成主流

目前全球范圍內，氫能源分布式應用主要是通過燃料電池。氫能源利用可以通過熱機(通過利用內能做功的機械)也可以通過燃料電池，通過熱機利用氫氣的原理是：燃料在燃燒室內燃燒，氣體膨脹推動傳動裝置，實現機械驅動。另一種利用方式就是通過燃料電池的形式，氫氣不直接燃燒，先分解成原子，再分解成質子和電子，電子通過外電路產生電流做功。熱機利用氫能源的方式還屬于熱循環的過程，存在熱量的浪費，能量利用效率低。燃料電池利用氫能源的方式不受熱循環原理影響，因而具有更高的能量利用效率，同時還有更低的噪音。因此燃料電池應用是氫能源利用的主流途徑。

燃料電池原理：氧化還原反應

燃料電池主要由正極、負極、電解質三部分組成，原理是氧化還原反應，反應實質是燃料和氧氣發生反應生水或者其他產物。負極(陽極)是燃料反應端，正極(陰極)是空氣反應端。負極發生的反應是燃料物質(氫氣/甲醇/煤氣等)在催化劑作用下產生氫質子、電子以及其他副產物，氫質子穿過電解質達到正極，準備與正極上的物質發生反應。正極發生的反應是氧氣在催化劑作用下與通過電解質達到正極的氫質子、通過外電路從負極到達正極的電子結合生成水或者其他產物。電子從負極出發經過外電路達到正極的過程中會產生電流(電子定向運動產生電流)，從而可以帶動負載工作。

氫能源應用需求：三大應用場景，交運需求漸成主流

氫能源主要是通過燃料電池得到應用，而且燃料電池使用的燃料也主要是氫氣，因此我們可以根據氫燃料電池的應用將氫能源的應用分為三大場景：便攜式應用場景、固定式應用場景、交通運輸應用場景。便攜式應用主要在輔助充電設備(戶外等場景)、軍用等產品，固定式應用主要在家庭熱電聯產、家用燃料電池、通信基站備用電源、不間斷電源等產品，交通運輸應用主要在汽車等產品上。

FuelCell Today和E4tech數據顯示，燃料電池裝機逐年增長，2012年-2017年復合增長率達到32.1%，其中交通運輸領域的應用比例逐年上升，2017年交運領域的裝機占比已經達到68.05%。交運領域的需求已經成為燃料電池主要需求，也是氫能源的主要需求。

氫能源主產業鏈：日益完善，整裝待發

氫能源主產業鏈包括上游氫氣制備、氫氣運輸儲存、中游氫燃料電池、下游氫能源燃料電池應用等多個環節。上游氫氣制備包括氯堿工業副產氫、電解水制氫、化工原料制氫(甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等)、石化資源制氫(石油裂解、水煤氣法等)和新型制氫方法(生物質、光化學等)等多種途徑;氫氣儲存包括氣態儲氫、液態儲氫、固態合金儲氫三種方式，氫氣運輸包括罐車運輸、管道運輸等方法途徑;中游氫燃料電池涉及質子交換膜、擴散材料、催化劑等多種零部件和關鍵材料;下游燃料電池應用包括便攜式應用、固定式應用、交通運輸應用。

氫能源產業鏈的完善需要很多專用裝備支持，而且大多數技術含量高，主要集中在制氫、儲氫領域。

制氫

制取氫氣目前主要的方法有化工原料制氫、石化資源制氫、電解水制氫等多種途徑。化工原料制氫主要使用的原料是甲醇、乙醇、液氨等，具有制取氫氣純度高、反應要求低等優點;石化資源制氫主要使用石油、水煤氣、天然氣等資源，具有規模效應，且原料易獲取;電解水制氫使用的原材料是水，具有原料可再生、可依賴的特點，如果使用清潔電力可實現全程無污染，但是過程中耗費大量電能，成本昂貴;生物質能制氫反應速度較慢，且不能滿足大規模使用要求。

制氫工藝路線選擇上，我們認為不同地區根據資源稟賦適合不同的工藝路線。在煤炭資源豐富的地區如山西等地，因為煤價格低廉，使用煤制取氫氣是較為實際的方式。同樣，在風電、光伏、水電豐富的地區由于電價低，電解水可能是最經濟環保的制氫方式。沒有特殊資源稟賦的地區，性價比是制取氫氣時的首要考慮因素。

未來在氫氣制取環節，會存在兩種運營形式。第一種是中央制氫，典型的運營模式是在城市周邊地區建設大規模氫氣生產廠，然后通過運氫車將氫氣運輸到城市中的加氫站，再由加氫站出售給消費者。第二種是分布式制氫，城市中的加氫站在站內裝有氫氣發生器，實現氫氣生產、壓縮、儲存、出售一體化，或者在應用端直接安裝氫氣發生器，實現應用端自產自供氫氣。我們認為，未來中央產氫和分布式產氫兩種形式并存較為合理。

儲氫

儲氫方式有三種，分別是氣態儲氫、液態儲氫、固態儲氫。氣態儲氫主要是將氫氣直接儲存在高壓罐中，又細分為低壓儲存和高壓儲存，低壓儲存使用巨大的水密封儲槽儲存，高壓儲存是通過對氫氣加壓減小體積儲存在容器中;液態儲氫是將氫氣冷卻到一定低的溫度之下，使氫氣呈現液態，然后再將其儲存到特定容器中;固態儲氫是利用金屬合金(一般稱為儲氫合金)晶格間隙吸附氫原子，(涉及到氫氣分子轉化為氫原子的過程)，同時表面還可以在表面結合一部分氫分子。

氣態儲氫是目前主流的儲氫方式。氣態儲氫最大的優點是使用方便，儲存要求條件易滿足，成本低。液態儲氫需要先提供極低的溫度，之后儲存的容器還必須采用雙層真空隔熱結構，液態氫沸點低，僅為20.38K(-253℃)，氣化潛熱小，僅0.91kj/mol，罐內液氫和外界存在巨大的溫度差，一旦隔熱工作沒做好，液氫將大規模沸騰揮發損失，目前的技術只能保證液氫每天1%-2%的揮發，作為對照，汽油每月只損失1%。固體合金儲氫可以做到安全、高效、高密度，不僅可以在表面吸附氫分子，還可以在一定溫度和壓力下讓氫分子分解成為氫原子，進入合金的八面體或四面體間隙(金屬原子堆垛時形成的空隙)，形成金屬化合物，可吸收相當于儲氫合金體積1000-3000倍的氫氣，儲氫能力極其強大。常見的儲氫合金有鈦系合金、鋯系合金、鐵系合金、稀土系合金。其主要問題在于儲存和釋放氫氣的過程主要是化學反應的過程，需要一定的溫度和壓強環境，使用不方便，同時儲氫合金一般成本較高。

雖然目前大范圍使用的是氣態儲氫，但是固態合金儲氫方式性能卓越，是三種方式中最為理想的儲氫方式，是儲氫科研領域的前沿方向之一。隨著技術進步，儲氫合金吸收釋放氫氣的條件要求可能降低和改善，非稀土系金屬合金的開發研究可以降低儲氫成本，儲氫合金使用便利性的提升和成本的降低有望使得儲氫合金成為未來主流的儲氫方式。

加氫站

目前，為了支持燃料電池汽車發展，各國積極建設氫能源燃料電池汽車配套設施。根據規劃，到2020年，中國將建成100座加氫站，到2030年將建成1000座加氫站，日本在2020年前建成160個加氫站，韓國計劃到2020年建成80座加氫站，德國到2020年也預計達到100座加氫站的規模。世界上幾個建設加氫站的大國都以2020年100座加氫站為目標。而截至2017年底我國加氫站共有9座，北京、上海各2座，深圳、廣州各1座，還有一座移動加氫站，另外2座歸屬新源動力和宇通客車，這距離我國2020年100座加氫站的目標還有很大距離，同時也表明，未來兩年內加氫站建設進度會急劇增加，相關方面需求巨大，也是機會點。

技術路線：看好站內制氫加氫方案發展前景

加氫站的技術路線有：站內制氫技術和外供氫技術。站內制氫加氫站技術主要是用天然氣或者其他原料在加氫站內自己制氫然后加注到燃料電池汽車中，或者通過電解水制取氫氣然后壓縮，再加注到氫能源燃料電池汽車中。天然氣通過管道輸送到加氫站，加氫站配備有自己的制氫和壓縮氫氣的設備。其中，電解水制氫技術在國外已經十分成熟，歐洲大多數加氫站都采用這種技術;外供氫加氫站的氫氣供氫氣來源多樣，包括中央產氫廠產出的氫氣、氯堿廠副產氫等多種來源，一般使用高壓氫氣瓶集束拖車運輸。

我們看好站內制氫加氫方案的發展前景。站內制氫加氫比外供氫氣少了汽車運輸成本，可以利用原有的天然氣管道或者送水管道，成本相對較低。而且電解水在現階段仍因為電價因素綜合成本高于天然氣制氫成本，從成本角度和配套設施完備程度來看，使用天然氣的站內制氫加氫站比較符合實際情況。從便利性角度看，站內制氫加氫可以隨時制取，方便快捷。但是加氫站一般建在城市內或者城市周邊，面積限制決定了其氫氣產能產量不一定夠用，因此中央制氫通過運氫車運到加氫站的模式作為補充形式具有存在的合理性。考慮到中央制氫廠建設投入大，資金需求高，且運營成本高，因此可能是由政府部門建設運營，形成“市場化的站內制氫加氫站點主導，少數大型中央產氫廠補充”的格局。我們看好站內加氫制氫模式帶來的投資機會。

氫燃料電池

氫能源燃料電池是氫能源清潔高效利用的核心，同樣也是整條氫能源主產業鏈的核心所在。燃料電池主要由膜電極組(MEA)、雙極板、集流板、端板組成，其中膜電極組又是由質子交換膜、催化劑、氣體擴散層組成。

一塊MEA單體正負極之間的理論電壓在0.7V，需要串聯起來使用才能提供高電壓。而用外接導線串聯則會有較多的電壓降和電量損失，因此采用雙極板在各個MEA之間充當傳輸氣體和連接電路的作用。最后燃料電池的結構就變成“...雙極板-MEA-雙極板-MEA-雙極板-MEA-雙極板-MEA...”的結構，類似于高分聚合物重復的單體結構。

催化劑在燃料電池的總成本中占比最高，在年產1000套燃料電池時，催化劑占總成本25%，當年產電池數量達到10萬套和50萬套時，催化劑成本就會達到40%左右。因此，從成本角度看，催化劑是整個燃料電池汽車降低成本的關鍵所在，但是燃料電池最為關鍵的技術在質子交換膜上。