高鹄新能源系列研究（二）：中国绿氢产业化展望(2)

钢铁行业是碳排放最高、脱碳压力最大的行业之一。2020年中国粗钢年产量超10.6亿吨,占全球粗钢总产量50%以上。中国钢铁行业碳排放总量约18亿吨,占全国碳排放总量15%左右。由于中国钢铁生产中燃料燃烧造成的排放和以焦炭为主要还原剂的反应过程排放,难以通过电气化的方式实现完全脱碳,利用绿氢替代碳作为还原剂并配加电炉炼钢的模式将成为钢铁行业实现碳中和最具前景的解决方案之一。

碳冶炼反应式:Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2(碳作为还原剂并生成二氧化碳)

氢冶炼反应式:Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O(氢气作为还原剂且产物是水,碳排放量为0)

目前氢冶金技术的主要研发应用方向为高炉富氢冶炼和非高炉氢基还原冶炼。其中,高炉富氢冶炼通过向高炉喷吹富氢介质,以氢还原部分取代碳还原,可实现一定程度的氢冶金,但减排潜力有限。非高炉氢基还原冶炼包括氢基直接还原冶炼、氢基熔融还原冶炼等工艺,理论碳减排上限高,但技术尚不成熟,发展相对早期。在碳中和政策引领下,国内头部钢铁集团均在积极投建新型的氢冶金项目,氢冶金工艺的研发和商业化有望进入高速发展阶段。

2、氢化工:

氢气是合成氨、合成甲醇、石油炼化和煤化工行业中的重要原料,2020年合成氨、甲醇、冶炼与化工所需氢气分别占比32%、27%和25%。目前中国的化工行业仍属于以化石燃料为主要能源基础和原料的高耗能高碳排放行业,所需的氢气主要通过天然气重整、煤气化等传统方式生产,未来有望通过绿氢大规模替代以实现化工行业的碳中和目标。

目前国内已有化工行业应用绿氢的示范项目陆续落地。例如宝丰能源在宁东建立的全国最大光伏制氢耦合煤化工项目,每年可减少煤炭资源消耗约38万吨、二氧化碳排放约66万吨、化工装置碳排放总量的5%。根据落基山研究所与中国氢能联盟研究院的研究测算,到2030年,中国化工行业可再生氢消费量将达到376万吨,是中国最大的可再生氢需求市场。

(二)交通领域

1、燃料电池汽车:

随着纯电动BEV技术、混动HEV技术的发展以及相关充换电设施网络的完善,目前在乘用车领域,电动汽车的综合使用体验和性价比优势已非常突出,在碳中和的大背景下取代传统燃油车已是大势所趋。但在长距离、大重量的商用车货运场景下,电动车的续航里程和补能时间存在明显不足。

而氢燃料电池FCEV具有能量密度高、自重低、加氢快、耐低温等优点,这决定了氢燃料电池车更适用于中长途、高载重、冷链运输等商用车类型,以及固定路线、封闭的矿区、港口等运输场景。近年来,国家针对氢燃料电池汽车的扶持政策和补贴力度不断加大,氢燃料电池产业增速显著提升。根据中汽协数据,2016-2021年国内氢燃料电池汽车销量达到1586辆,保有量接近9000辆。

目前国内外氢燃料电池汽车的主流应用是质子交换膜燃料电池(PEMFC),具有功率密度高、启动时间短、操作温度低等优势。

除了依托政府的扶持以外,燃料电池汽车产业的健康发展必须从根本上提升技术成熟度、降低终端用户的购买和使用成本。从上游来看,随着制氢行业的发展和成本下降,以及氢气储运环节的发展,氢气成本有望持续下降;而从下游来说,亟需推动燃料电池全产业链的国产化以促进终端购买成本的有效下降。

以质子交换膜燃料电池车为例,燃料电池系统占整车成本60%左右,而电堆是系统中的核心,占系统成本超60%。膜电极则是电堆中进行电化学反应的核心部件,主要由质子交换膜、催化剂层和气体扩散层组成,但目前核心零部件的国产化程度依然偏低,与世界领先厂商仍存在较大差距。

目前各个领域已涌现出一批优秀的国产自主研发企业,产品性能逐渐与海外水平接近。随着在中国燃料电池商用车落地规模的扩大,有望在较短时间内实现电堆/膜电极核心零部件的国产化突破,对推动燃料电池渗透率的提升将具有重大意义。

此外由于现阶段整体产业链尚不成熟,行业基础设施和服务网络不完善,市场上也出现了一批氢能燃料电池车运营服务商,通过整合资源向终端客户提供一体化的产品和服务,并反向助推上游的产品技术研发,推动了行业整体的迭代发展。

2、船舶、飞机等细分市场:

在交通领域还存在着其他新兴细分市场的机会,如在氢能二轮车、工业叉车、船舶、无人机等应用场景下,氢能在能量密度、加氢速度等方面的优势依然非常突出,且部分领域电动化的渗透率也并不高。只有下游氢能应用场景的多元化发展,使氢能的终端消费市场不断壮大,才能带动上游生产储运等环节的规模化,最终推动氢能产业实现整体的可持续发展。

五、高鹄的观点与投资建议

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