2023 Research Report on China Hydrogen Energy Industry-Production ©2023.6 Sixsigma Research 「云点道林 Sixsigma Research」为精品投资银行「云道资本」下属研究机构 以专业的数据信息、敏锐的市场洞察和创造灼见的研究咨询服务赋能中国创业企业、产业 可持续的清洁零碳能源，万亿市场蓄势待发 氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，21世纪来，中国和美国、日本、加拿大、欧 盟等都制定了氢能发展规划，并且取得了多方面的进展。当今世界开发新能源迫在眉睫，随 着化石燃料消耗的日益增加，其储量日益减少，且环境污染、气候变暖等问题日益突出，迫 切需要不依赖化石燃料的储量丰富的新型含能体能源，氢正是这样的理想的新型含能体能源 能量密度高 清洁零碳 可跨季长时储能 原料来源广泛 可承接风光弃电 …… 可持续的清洁零碳能源，万亿市场蓄势待发 中国能源体系面临着三大关键问题，而氢能源作为绿色零碳的二次能源，是解决我国能源问题、 能源体系转型、实现碳中和碳达峰、构建能源领域双循环体系、保障国家能源安全的必经之路。 在政府端持续政策红利释放、产业端需求驱动、技术迭代支撑下，氢能产业发展已迎来窗口期 中国可再生能源消纳能力提升远远滞后于发电占比的提升。大规模的可再生能源发电是实现碳中和的关键一步，但 风电、光伏发电间歇性、波动性强，电网消纳压力较大，且电能为二次能源、过程能源，难以直接存储，其储用过 程存在较大损耗。清洁电力占比持续升高的同时，“弃风、弃光”等能源浪费问题，电网解列等电力安全问题，适 宜规模风光发电区距东部用电集中区距离远、电网输电压力大损耗大问题更加突出。而氢能可直接生产、存储、应 用，通过离网风光电电解制氢，可实现电能大规模、长周期、跨区域储存及更广范围应用 我国能源呈现“多煤少油少气”的局面，且石油、天然气在终端消费占比始终处于高位，自给率严重低下，中国能 源领域外贸逆差2021年高达3611亿美元，与6762亿美元总体贸易顺差数量级相当，能源安全问题始终未得到根本解 决，能源领域“双循环”也根本无法实现。绿氢与绿电耦合可有效提升能源体系运转效率，有望显著提升能源自给 率，为构建国内循环为主的新格局、推动经济的持续高质量发展、保障国家能源体系安全注入新动力 工业等广大下游应用场景脱碳极其困难，冶金、化工、建材等大中型场景对化石能源的需求极为刚性。IEA将能源 划分为热能、电能、交通燃料三大层次，而现有能源体系中，只有石油可以同时满足电、热、燃料三大层次能源需 求；但氢能源的出现，颠覆了这一格局，氢能是零碳、高效、无污染的“万能燃料”，既能像石油一样满足三大层 次能源需求，且热值是同等重量汽油的3倍，在交通、冶金、化工等广泛领域拥有替代化石能源的潜力 可持续的清洁零碳能源，万亿市场蓄势待发 氢能源拥有丰富的应用 场景，现阶段主要作为 工业原料使用。2021年， 全球氢气需求超过9400 万吨。我国是全球最大 氢气消费国，需求量约 2800 万 吨 ， 占 全 球 的 30%；全球来看，氢气 全球氢能源应 用场景 建 筑 主要用于化工(合成氨/ 合成甲醇)和炼油 我国氢气应用领域同样 以化工为主，56%的氢 气被用于化工合成， 9%用于炼油，16%作为 尾气直接燃烧，氢作为 能源的应用程度不高 交 通 中国氢能源应 用场景 电 力 可持续的清洁零碳能源，万亿市场蓄势待发 国家层面日益重视和认可氢能的战略重要性，加强对氢能的布局，明确了氢能源的战略定位；中央及地方陆续 发布了系列支持氢能源发展的政策文件，推动中国氢能源产业发展开启新篇 时间 政策/文件名称 内容 2023年1月 《新型电力系统发展蓝皮书》 氢燃料电池车、氢储能等应用环节推广；长期实现电能与氢能深度融合利用 2022年3月 2022年能源工作七大重点任务 明确了氢能的战略定位并提出了一系列阶段性目标 时间 政策/文件名称 内容 2021年12月 2022年能源工作七大重点任务 “加快推进能源科技创新”，提出推动氢能技术装备攻关、产业创新等 2021年12月 《“十四五”工业绿色发展规划》 指出加快氢能技术创新和基础设施建设，推动氢能多元利用 2021年11月 《加强产融合作推动工业绿色发展指导意见》 引导企业加大可再生能源使用、推动电能、氢能等替代化石燃料；加快加氢 站等基础设施建设运营 2021年11月 《2030 年前碳达峰行动方案》 从应用领域、化工原料、交通、人才建设等多个方面支持氢能发展 2021年3月 《“十四五”规划和2035 年远景目标纲要》 在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，实施未来产业孵化与加速计划 2021年2月 《加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系》 提升可再生能源利用比例，因地制宜发展水能、地热能、氢能等 时间 政策/文件名称 内容 2020年10月 《节能与新能源汽车技术路线图2.0 版》 2030-2035 年实现氢能及燃料电池汽车的大规模应用，保有量达 100 万辆 2020年9月 《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》 “以奖代补”开展燃料电池汽车核心技术产业化攻关和示范应用奖励 2020年4月 《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》 首次从法律上将氢能列入能源范畴 短期内多路径共存，电解水制氢将成为未来主流路径 一、制氢路径对比 一、蓝氢路线对比 二、未来发展趋势 二、蓝氢提纯环节 一、灰氢发展概况 一、清洁电力端 二、碳捕捉 【新材料-纳米硅】 （一）碳捕捉三大技术路径定义及对比 （一）纳米硅概念 （二）DAC技术优势 （三）DAC技术市场空间及应用场景 （四）DAC经济性分析 （五）DAC细分技术路径 （六）DAC国内外进展 （二）纳米硅生产工艺与技术路径 （三）纳米硅应用场景 （四）纳米硅主要结论 （七）碳捕捉环节及DAC技术主要结论 【先进国产替代-过滤提纯设备】 短期内多路径共存，电解水制氢将成为未来主流路径 二、电解槽端 （一）电解槽技术概览 （二）碱性电解水制氢（ALK） （三）质子交换膜技术（PEM） （四）高温固体氧化物电解水（SOEC） （五）阴离子交换膜电解水（AEM) （二）光催化制氢技术路径 （三）光催化制氢国内外进展 （四）光催化制氢主要结论 三、生物质制氢 （一）生物质制氢概念及技术原理 （二）生物质制氢技术路径 （三）生物质制氢国内外进展 （四）生物质制氢主要结论 一、核能制氢 （一）核能制氢概念及定义 （二）核能制氢技术路径及对比 （三）核能制氢国内外进展 （三）核能制氢主要结论 二、光催化制氢 （一）光催化制氢概念及技术原理 四、超临界水制氢 （一）超临界水制氢概念及技术原理 （二）超临界水制氢技术路径 （三）超临界水制氢国内外进展 （四）超临界水制氢主要结论 制氢概述—短期内成本因素主导，长期由零碳引领 制氢路径对比--短期内由经济性优势主导，零碳/负碳属性是长期决胜关键 氢气制取目前主流三大路径为：化石燃料制氢（灰氢）、工业副产氢（蓝氢）、电解水制氢（绿氢），此外还存在着光催化 制氢、超临界水制氢、生物质制氢、核能制氢等若干新兴技术路线（一般是与三大主流制氢路径耦合）。短期内，经济性是 各技术路径应用快慢的主导因素；中长期看，零碳/负碳属性及可持续性是关键 化石燃料制氢（灰氢） 以煤或天然气为原料，技术成熟、成本最低，但碳排放量最高；随煤价波动与其他制氢方式规模化应用带来的成本下探， 其成本优势不断减弱;加之化石燃料的不可再生性与减排压力，其扩张空间有限，以存量市场为主；存量产能需结合碳 捕捉技术，以降低碳排放 工业副产氢（蓝氢） 在氯碱、轻烃利用等化工产品生产时同时获得副产氢，该技术制氢成本较低，经济效益显著，但氢只作为生产的副产品， 氢气的制备规模取决于主产品制备规模，难以实现稳定的大规模供应，无法作为长期稳定的氢气来源，只作为补充性氢 源与短期内的过渡路线 电解水制氢（绿氢） 利用水的电解反应制备氢气，实现零碳排；目前成本仍是制约其大规模应用的关键因素，其成本主要在于清洁电力端电 价（全离网风光耦合）与设备端（电解槽等关键设备固定投资），伴随着清洁电力电价与电解设备价格下探，规模化应 用后环境效益与经济效益双优势凸显，将逐步成为主流制氢路径 ©2023.6 Sixsigma Research www.6sigmacapital.com 制氢概述—短期内成本因素主导，长期由零碳引领 未来发展趋势--当前灰氢为主，绿氢不断渗透成确定性主流制氢路径 目前全球氢气制取仍以灰氢为主，2021年全球氢气产量达9400万吨，其中灰氢占比80%以上，清洁制氢（电解水/化石燃料+CCUS）占比不足1%。 中国2022年氢气产量达3781万吨，产氢规模占全球1/3以上，但同样也以灰氢为主（80%），清洁制氢占比较低 据IEA预测，2030年全球氢气产量将达1.8亿吨，较2021年实现翻倍；其中增量产量将主要由电解水制氢提供。电解水制氢产量将由2021年的4万 吨级大幅升至6170万吨；耦合CCUS的化石燃料制氢产量将从2021年的60万吨增至3300万吨，清洁制氢方式将成为主流 2021年全球氢气生产结构 2021年中国氢气生产结构 2030年全球氢气生产结构 1.50% 0.70% 0.04% 18% 21.20% 0.70% 34% 40.00% 13.80% 19% 62% 63.50% 8% 18% 天然气制氢 煤制氢 化工副产氢 化石燃料+CCUS 电解水制氢 ©2023.6 Sixsigma Research 石油制氢 煤制氢 天然气重整制氢 化石燃料制氢（无CCUS） 化石燃料+CCUS 化工副产氢 电解水制氢 工业副产氢 电解水制氢 www.6sigmacapital.com 灰氢—最为成熟、应用广泛，提纯与碳捕捉环节蕴含新机遇 中国灰氢发展概况--煤制氢为主，早期新机会有限，重点关注先进提纯及碳捕捉技术 煤 制氢 煤在气化炉中与水蒸气发生分步反应制备氢气 • 中国化石能源储量 “富煤少气”特点 • 中国天然气含硫量高， 预处理工艺复杂 化石 燃料 制氢 天然气 制氢 天然气中甲烷与水蒸气发生分步反应生成氢气 中国天然气制氢路线 经济性较差，化石燃 料制氢以煤制氢为主 （反应前需进行脱硫处理，以防催化剂中毒） 煤制氢核心设备是煤气化炉，为大型化工设备，前期固定投资高，适于大规模集中化生产，目前主要玩家为拥有大型煤气化设备 的国资或