被吹捧的“人类终极能源”，为何没人提了？|光伏|新型储能|氢能源|电解槽

出品｜虎嗅ESG组

作者｜陈玉立

头图｜电影《钢铁侠》

本文是#ESG进步观察#系列第108篇文章

本次观察关键词：氢能源

最近两个月，沉寂许久的氢能源行业有了新动向。11月，国富氢能成为继亿华通和国鸿氢能之后第三家港股IPO成功的内地氢能公司；12月，重塑能源也成功登陆港股，发行规模达到约1亿美元。

自“十四五”以来，从中央到地方围绕氢能频频表态，推出了一系列重要政策以推动氢能产业的发展。前有《“十四五”全国清洁生产推行方案》与“双碳”目标，后有《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，诸多利好政策直接将氢能源捧到了“21世纪人类终极能源”的高度。

氢能源之所以受推崇，主要还是在于其零碳排放、热值高、安全性好的特点。首先，氢在燃烧、燃料电池电化学反应过程中都不会生成化石能源使用过程中所产生的污染源和二氧化碳；其次，它的高热值也意味着相同质量燃料消耗下，氢气能够提供更多的能量。

但与耳熟能详的“新三样”（指新能源汽车、锂电池和光伏产品）相比，目前氢能源无论在产值和规模上都还有较大增长空间。据贝哲斯咨询的调研数据指出，2024年全球制氢市场规模达1206亿美元。其中，中国氢气产量占全球总产量三成、约达3500万吨，绝大部分用于国内工业、电力等部门，出口量极少。

回溯历史，从被捧为“21世纪人类终极能源”到如今全球绿色氢能源发展停滞不前，短短几年间，氢能源的“信徒”越来越少，产业发展也逐渐显出疲态，其背后的原因是什么？

氢能源为何没人提了？

就在上个月，将氢能源当作企业增长“第二曲线”的隆基绿能总裁李振国表示，隆基绿能正在优化收缩绿氢业务，需要静下心来发展。这侧面反映出国内氢能源发展的尴尬现状。

按照碳排放标准的不同，氢气被分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢指通过煤炭、石油、天然气等化石能源制成的氢气；绿氢指通过可再生能源发电制成的氢气；蓝氢介于二者之间，属混合制氢。

如前文所述，中国氢能源占全球总产量三成、约达3500万吨，但其中绝大部分均为碳排放较高的灰氢，绿氢产量每年仅为20万吨左右。据国信证券研报指出，国内以煤制氢为主，占60%以上；国外市场以天然气制氢为主，占比约为75%。

在“双碳”背景下，以煤炭、天然气为代表的灰氢，需要逐步转向绿氢，这是氢能源迈入大发展的前提。

但关键问题在于，绿氢成本过高，这也是隆基绿能选择收缩的重要原因之一。从制氢成本看，李振国直言当前绿氢的成本要比灰氢的成本高出2-3倍，如果将其用作储能会更难。

虽然制绿氢有多条技术路线。但目前，碱性电解槽由于技术成熟、成本较低、单槽制氢量高，成为电解水制氢的最主要方式。根据 IEA 统计，到 2022 年底，碱性电解槽占全球装机容量的 60%，其次是质子交换膜电解槽，约占 30%，而固体氧化物电解槽目前占比不到 1%，离子交换膜电解槽则尚未投入实际应用。

具体到价格细节，氢辉能源董事长李辉在接受中国能源报采访时指出，“假设煤价为800元/吨，煤制氢成本约为11元/千克、焦炉气制氢成本约为10元/千克—15元/千克；假设电价为0.6元/千瓦时，电解水制氢目前成本仍大于35元/千克。目前，电解水制氢电价成本占比约为60%—70%，不同技术路线制氢成本构成稍有浮动。”

制约氢能源发展的不仅仅是成本问题，从制氢效率来看也存在瓶颈。光伏专业研究人士侯兵向虎嗅ESG组表示，“用电解水制氢，根据热力学第二定律，不是不能实现，而是能耗成本过高。效率只有45%，加之光伏发电年运行小时数只有2300小时，所以绿氢很难形成再生循环能力。另外，氢能运输能耗是天然气的8倍。所以用氢能作为储能的话，仍然任重而道远。”

在刚举办不久的cop29国际会议上，全球绿氢2030的目标量被提高了3倍，在100万吨左右，而灰氢则是9600万吨，只是逐步替代了少量的灰氢，而整个能源存储的目标则是6倍。因此，绿氢发展要比预想的缓慢得多。

侯兵继续指出：“相关数据显示，中国当前装机招标为1-1.5gw每年，而当前电解槽的产能超过了20gw。”这意味着当前氢能源产业已经存在一定的产能过剩现象。

既没有性价比，也没有经济性，更没有形成完整的商业逻辑，成了制约氢能源发展的主要原因。

全球氢能源发展，走到哪一步了？

过去几年来，全球主要国家均开始高度重视氢能源的发展，日本、美国、欧洲等发达国家已将氢能源的发展上升到了国家能源战略高度。

日本是其中的典型。据社科院世经政所指出，日本的一次能源供给94%来自海外，原油的消费98%集中在汽车燃油领域，这些原油87%来自中东地区。为了减轻对外部能源的依赖，日本一直把提高能源效率作为重要的手段。

因此，早在2017年日本就发布了“氢能基本战略”，并提出了“氢能社会”的概念，涵盖了制氢、储氢和氢能利用及基础设施建设等氢能全产业链。

2019年10月，全球最大的制氢气工厂——日本福岛氢能源研究站完成建设进入运行阶段，该制氢工厂通过1万kW的制氢装置来制造、储藏和供应最大900吨的氢。驱动巨大制氢装置的能源来自毗邻的光伏发电设备和风能等可再生能源。

2020年12月，《2050年碳中和绿色增长战略》由日本经济产业省正式发布，该战略再次强调了氢能产业对于日本能源供应端清洁低碳化的重要性，支持规模约2.33万亿美元，并指出预计到2030年进口氢气300万吨、成本下降至20日元/立方米，2050年氢气供应量达到2 000万吨。

但好景不长，2023年日本自然能源财团发布了一份报告《Re-examining Japanʼs Hydrogen Strategy》（以下简称“报告”），对日本的氢能发展战略进行了反思。报告认为，日本氢能战略优先考虑化石燃料衍生的灰色和蓝色氢气，忽略了绿色氢，并且忽视了可再生能源的发展。

据《日本经济新闻》报道，2023年日本氢价较2030年目标价格高出1/3，约为化石燃料价格的12倍。氢能供应量仅为每年200万吨，其中超过一半被用于炼油。日本虽大力布局氢能产业，但收效甚微。

中国工程院院士干勇在接受媒体采访时表示，“报告的反思比较中肯。日本氢能战略发展受阻是多方面因素综合的结果，绿氢发展滞后是重要因素，还有其他的阻力也不能忽视。”

细究来看，报告反思日本氢能战略主要有两大问题，一是应用场景；二是重视灰氢、蓝氢，而绿氢生产滞后。

在应用场景上，报告指出在缺乏零碳手段的领域应该优先采用氢能，可以采用其他高效和经济方法减少碳排放的领域则不应该采用氢能。例如，可直接使用再生能源的领域或者热泵，这些领域都不应该采用氢能。

对于日本而言，氢能源一大重要使用场景是氢能源汽车。日本对氢燃料电池车的系统性探索始于2008年前后，并在2013年通过《日本再复兴战略》确立了氢能源车的地位。后续日本持续颁布相关政策，一度将氢能源车视作燃油车唯一替代方案。

但“成本”依旧是最大的问题，氢能源车不仅买车贵，用车也贵。国际领先的丰田Mirai价格在70万元以上，国内技术相对领先的氢能源车型如深蓝SL03价格也在70万元左右。

从使用成本来看，1公斤氢气的价格约为1100日元（约合8美元），丰田Mirai一次加满氢需要约6000日元（约合44美元），续航约650公里，合0.06美元/公里。而电车每公里充电成本仅为0.02美元。

此外，氢能源车还面临加氢站数量有限、燃料电池维护费用高等问题。这还是在日本大力补贴推广氢能源的前提下，若换到国内，氢能源车的使用成本只会更高。

日本虽然只是氢能源转型发展的一个缩影，但极具代表性。在全球范围来看，“成本过高”几乎成了各国氢能源发展的通病，环球同此凉热。

“中东已经不再大力发展绿氢，欧洲多家企业退出绿氢市场，美国的绿氢已然受到极大的负面影响，在这样的情况下，短期内绿氢发展的确不容乐观，”侯兵说道。

保持一些耐心

短暂的产业发展困境并不意味着长期看衰。

隆基绿能总裁李振国在接受媒体专访时表示，氢能长期发展的主逻辑并未改变，绿氢会在未来能源体系里面扮演不可或缺的角色。

国信证券研报也指出，未来在多因素的推动下，绿氢成本有望快速下行。

设备方面，目前国内已有 2500Nm³/h 碱性电解槽产品发布，随着电解槽设备大型化以及设备生产规模化，设备单位投资额有望下降，带动整体制氢成本下降；

技术方面，目前已有企业发布 3.87kWh/Nm³直流电耗的碱性电解槽产品，降低直流电耗带动制氢成本下降仍存在一定空间，且当电解槽工作时长从 2000 小时提升至 4000 小时后氢气成本有望降低4.6%；

电价方面，当可再生能源电价降至 0.2 元/kWh 时，电解水制氢成本将接近于化石原来制氢成本。

需要点出的是，相比起其他国家中国在氢能产业发展方面有独有的优势。

目前，中国已基本形成较为完整的氢能产业链，初步掌握氢能制、储、输、运、用（燃料电池和系统集成等）主要技术和生产工艺。

在制氢方面，目前中国是全球氢气生产第一大国，也是电解制氢项目部署的主导力量，截至2023年底累计规划绿氢项目产能合计已超过650万吨/年，电解槽装机容量占到全球一半。输运氢方面，中国建成加氢站超480座，新增加氢站、在运加氢站两项指标均居世界第一。

但在先进电解制氢技术方面，中国却处于落后地位。据中国科学院文献情报中心指出，中国电解制氢装机规模虽已超过全球半数，但对风、光等波动性能源适应性较差，发展风光耦合电解制氢还需开发运行更灵活的质子交换膜电解制氢技术。

目前，该技术在中国尚处于商业化初期，在技术成熟度、装置规模、性能和可靠性等方面均落后于国外，单槽产氢量最大在400标方/小时，而国外厂家如康明斯已推出1000标方/小时产品；核心部件如全氟磺酸质子交换膜制备工艺复杂，长期被美日企业垄断。

此外，在氢能储运技术工艺与燃料电池核心部件材料工艺方面，中国也与当今世界顶尖技术存在一定差距，这是需要正视且攻克的难题。

2023年，国际能源署（IEA）和欧洲专利局（EPO）曾联合发布了《氢能源技术创新与专利趋势报告》，报告全面分析了全球氢能源技术领域的专利分布和发展趋势。

报告数据显示，欧盟国家是氢专利的全球领导者，在2011-2020年期间新增专利占比达到28%，其中德国和法国表现出众，分别占比11%和6%；日本在2011-2020年间的专利占比高达24%；美国表现依然强势，十年间氢能专利占比达到20%；相比之下，中国的国际专利申请数量在这十年间虽然不多，但处于快速增长状态，平均年增长率达到为15.2%。