中國氫能發(fā)展缺口大，機遇初現(xiàn)

日前，在英國格拉斯哥召開的COP26氣候峰會宣布國際應(yīng)采取有意義和有效行動實現(xiàn)將全球升溫限制在1.5攝氏度的目標。同時，峰會在一份發(fā)布的協(xié)議中也提出呼吁各國加快淘汰煤炭和對化石燃料的補貼。雖然包括澳大利亞、印度、中國和美國等在內(nèi)的一些對煤碳能源依賴較大的國家沒有就此做出承諾，但逐步降低煤炭能源使用，增加可持續(xù)能源使用仍然是未來的主要趨勢。

氫能是當今廣受關(guān)注的可持續(xù)能源之一。根據(jù)國際氫能委員會的預(yù)測，預(yù)計到2050年，氫能將在全球能源需求中占比超18%。美國能源部2020年底發(fā)布氫能發(fā)展計劃，對未來氫能產(chǎn)業(yè)進行戰(zhàn)略規(guī)劃，提出2050年氫能在美國能源消費總量占比將超過14%。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》的相關(guān)數(shù)據(jù)，2020年中國一次能源消費結(jié)構(gòu)中，化石能源總占比超85%，而氫能占比僅為8%。中國作為世界上最大的原油和天然氣進口國，原油等能源對外依存度高持續(xù)影響著我國的能源安全，并為未來長期發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。

2021年，氫能列入《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 2035 年遠景目標綱要》未來產(chǎn)業(yè)布局，意味著我國將開始大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟統(tǒng)計，2020年我國氫能需求量已突破2000萬噸，預(yù)計2050年氫氣需求量有望在2020年的基礎(chǔ)上增長7倍，達到 1.6億噸。中國中長期氫能需求預(yù)測詳見圖1。

 圖1 中國中長期氫能需求預(yù)測

開辟氫能需求新綠洲

目前，我國氫氣需求集中在工業(yè)領(lǐng)域，其中化工需求占據(jù)主導(dǎo)地位，主要用于合成氨和煉化，與其他化工細分行業(yè)合計占比超94%。未來化工行業(yè)仍然是氫氣消費的重點領(lǐng)域。2020年我國氫氣需求結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2  2020年我國氫氣需求結(jié)構(gòu)

而據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，鋼鐵行業(yè)是我國碳排放量最高的制造業(yè)行業(yè)，碳排放量約占全國碳排放總量的15%左右。鋼鐵行業(yè)的高碳排放與使用煤炭為能源、焦炭為還原劑密不可分。而氫氣有潛力可為鋼鐵行業(yè)提供大量的高溫熱量，同時也可作為還原劑。在“碳中和”政策的推動下，未來氫能冶金有望成為鋼鐵行業(yè)從源頭端實現(xiàn)脫碳的重要路徑。此外，隨著未來氫氣供應(yīng)能力增強而實現(xiàn)“平價化”，氫氣也可作為清潔工業(yè)燃料替代煤用作水泥窯的燃料等，在其他工業(yè)領(lǐng)域形成規(guī)?；男枨蟆?/p>

未來氫能有望在燃料電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，從而帶動交通運輸領(lǐng)域的需求快速增長。以車用燃料電池為例，目前純電動汽車雖然總體使用成本較低，但由于電池重量大、充電時間長、續(xù)航里程有限等，制約了純電動車在某些場景下的使用。

而氫能燃料電池汽車由于高能量密度以及補能時間短，很好地彌補了純電動汽車的缺點。在重型卡車、礦用卡車、挖掘機，以及長途公共汽車等應(yīng)用中具有優(yōu)勢，考慮到這些車輛負載重、行駛里程長、燃料消耗高，且需要快速補充燃料。然而目前，我國氫能燃料電池汽車的推廣尚處于早期，燃料電池的氫氣需求占總體氫氣需求最低，僅為0.1%。

此外，氫能還在其他交通運輸領(lǐng)域擁有應(yīng)用潛力。比如航空，為實現(xiàn)航空領(lǐng)域的脫碳，全世界已有多種以氫能為燃料的機型正在開發(fā)和試驗，用以替代航空燃油成為中短途航空飛行的另一種能源選擇。比如船運，未來隨著氫燃料存儲技術(shù)的突破，氫燃料電池技術(shù)可輔以動力電池實現(xiàn)內(nèi)河和沿海船運的脫碳轉(zhuǎn)型。

機遇與挑戰(zhàn)并存，

千億級氫能材料市場可期

根據(jù)國際氫能委員會的預(yù)測，預(yù)計到2050年全球氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的潛在市場規(guī)模將達2.5萬億美元。我國氫燃料電池材料的潛在市場未來也將達到千億規(guī)模，其中將迎來爆發(fā)式增長的產(chǎn)品包括碳纖維、質(zhì)子交換膜、電催化劑等細。

推動氫儲運技術(shù)的提升和儲運成本的下降是氫能產(chǎn)業(yè)走向成熟的關(guān)鍵，而車載儲氫技術(shù)的改進將是未來氫燃料電池車發(fā)展的重點突破環(huán)節(jié)。其中，碳纖維纏繞復(fù)合材料儲氫氣瓶被寄予厚望。

我國儲氫瓶使用的碳纖維約有一半由國外廠商供應(yīng)，日本東麗、日本東邦、韓國SK等化工產(chǎn)品廠商均是我國市場的主要供應(yīng)商。其中，日韓企業(yè)占據(jù)我國進口儲氫瓶用碳纖維70%以上的市場份額。國內(nèi)企業(yè)如上海石化、中復(fù)神鷹等企業(yè)已實現(xiàn)碳纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

我國多個省份陸續(xù)宣布將在“十四五”期間大力推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，另外也有十多個城市將氫燃料汽車納入未來規(guī)劃，受到多領(lǐng)域的需求推動，未來我國很可能成為全球最大的車載儲氫瓶市場。而面對即將爆發(fā)的車載儲氫瓶市場需求，碳纖維已經(jīng)成為了目前氫能裝備制造業(yè)的“最大瓶頸”。

質(zhì)子交換膜是氫燃料電池中膜電極的關(guān)鍵材料，直接影響著燃料電池的性能。另外，質(zhì)子交換膜也可用于電解槽中用于電解水制氫氣。全氟磺酸樹脂作為質(zhì)子交換膜的主要原料，由于生產(chǎn)技術(shù)難度較大，所以國內(nèi)質(zhì)子交換膜基本依靠進口，主要廠商包括美國杜邦，日本旭硝子與旭化成等。近年來，國內(nèi)部分企業(yè)成功實現(xiàn)了實現(xiàn)質(zhì)子交換膜的國產(chǎn)化，如東岳集團，國家電投等。

根據(jù)工信部指導(dǎo)編制的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖》規(guī)劃，我國將在2030年建設(shè)加氫站超過1000座，可再生能源制氫比例達到50%以上，我國氫源結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生劇烈變革。提出2020、2025以及2030年燃料電池汽車發(fā)展目標為1萬輛、10萬輛以及100萬輛，預(yù)計2030年將帶來質(zhì)子交換膜需求量約2640萬平，市場空間可達132億元。同時，與可再生能源發(fā)電適配性優(yōu)越。

催化劑是燃料電池的核心材料之一，占燃料電池電堆成本的40%以上。2020年9月，財政部、工信部等五部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，明確指出要重點支持催化劑等關(guān)鍵材料和零部件的研發(fā)突破。

鉑族金屬是金屬中的貴族，因熔點高、強度大、電熱性穩(wěn)定、催化活性好等特點，廣泛用于氫燃料電池等領(lǐng)域。但世界上鉑族金屬資源高度集中，80%以上位于南非。目前，氫燃料電池催化劑的研究，國外技術(shù)仍處于全面領(lǐng)先地位。研究開發(fā)替代貴金屬催化劑、提高電催化劑活性成為影響我國燃料電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵。除此之外，如何實現(xiàn)催化劑的量產(chǎn)，降低催化劑的制備成本也是企業(yè)需要思考并破局的關(guān)鍵。

作為“雙碳”背景下未來最重要的可移動可再生能源之一，氫能及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)鏈的增長是非常確定和可期的。對此，化工企業(yè)應(yīng)抓住機遇，在氫能浪潮來臨前做好準備。