一文读懂氢能源汽车：“绿氢”占比待提升，储气瓶高性能材料依赖进口

在俄乌冲突持续以及欧美等国对俄启动“一揽子”全面制裁的背景下，布伦特原油今日突破110美元/桶，创下2014年油价暴跌以来的历史新高。目前，毫无疑问，欧洲地区的能源供应正被主要供应商所窒息，地缘危机造成的能源供应不确定性促使西方国家加快清洁能源的发展和工业替代进程。根据国际能源网的分析，氢能在历史上的首次发展发生在20世纪70年代。由于油价、石油短缺以及对空气污染和酸雨的担忧的影响，人们开始将注意力转移到氢气上。1976年，《国际氢能杂志》创刊。第二年，国际能源署的氢与燃料电池技术合作计划成立，但好景不长。随后，世界各国发现了丰富的石油和天然气资源，油价下跌，导致氢能“遇冷”。氢能的第二次发展源于20世纪90年代对气候变化的担忧。它已成为碳捕获和储存技术、可再生能源和交通运输等领域的发展重点。1993年，日本宣布在其基于可再生能源的国际氢能贸易长期WE-NET计划的前四年投资45亿日元。欧盟和魁北克政府已拨款约3300万加元，共同研究一系列氢气储存和应用，包括氢气的国际运输。随着燃料电池技术的快速发展，氢动力汽车在20世纪90年代的汽车展览会上正式亮相。然而，低油价再次使这项技术的发展成为“鸡肋”。21世纪初，人们对气候变化的担忧逐渐转化为针对交通部门的新政策行动，对油价峰值的担忧也重新浮出水面。美国于2003年召开了国际氢能和燃料电池伙伴关系会议。然而，当时氢动力汽车部分受到了“先建基础设施还是先制造汽车”的“鸡蛋还是鸡蛋”问题的阻碍。到2010年左右，油价下跌，燃料电池汽车的发展再次陷入低迷。从历史角度来看，对氢能的关注程度与油价上涨以及发达国家对能源安全和气候问题的担忧高度正相关。这次油价的上涨似乎成为了氢能卷土重来的机会。目前，氢能产业链涉及多个环节。上游是氢气的制备，主要包括电解水制氢、化石燃料制氢、工业尾气制氢和其他制氢方法。中游是氢能供应，包括氢气的储存和运输，包括高压储存和运输、液氢储存和运输以及固态储存和运输和有机液体储存和运输。在下游，它在加氢站加氢后使用。主要有三种利用方式：直接燃烧、通过燃料电池转化为电能和核聚变，其中燃料电池是最安全有效的。

氢能产业链概述“绿色氢能”前景广阔。目前，基于碳排放的氢能生产方式有三种，即“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。“灰氢”是目前成本最低、效率最高的制氢方法，指的是使用石油、天然气和煤炭等化石燃料生产氢气的传统方法。虽然成本较低，但它带来了大量排放，无法实现碳减排。“蓝氢”是以“灰色氢”为基础，利用CCS技术来减少碳排放。然而，CCS技术仍需要大量电力才能运行，间接导致温室气体排放。康奈尔大学和斯坦福大学的研究……

ity表明，“蓝氢”在其整个生命周期中排放的温室气体比天然气供暖多20%。这也是氢能在中国广受诟病、清洁能源“不清洁”的原因。绿氢主要利用电解水生产氢气。这种方法也需要大量的用电，但以光伏和风电为代表的新能源的兴起，让“绿氢”真正“绿色”起来。氢气生产过程没有碳排放，但缺点是成本相对较高。目前，“绿色氢气”在国内氢气生产格局中所占比例仅为1%。但随着光伏和风电逐渐进入平价时代，“绿氢”的性价比也在逐步提升。根据电解池膜材料的不同，电解水制氢可分为三类：碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水。除了第一种已经实现大规模生产外，PEM还处于工业化发展的早期阶段；SOE仍处于实验室开发阶段。多家A股上市公司已经在电解槽隔膜材料领域做出布局。记者获悉，金铜陵已与北京汉氢科技有限公司合作，为后者的项目承担相关电解槽设备的生产制造；明阳智能在其2021半年度报告中表示，公司的新型电解电池设备已进入试生产阶段，目前正在开发一种集风力发电、储氢和海洋能源利用为一体的新产品；伊利洁能实施了电解槽膜极距改造等多项技术改造项目。宏达兴业在烧碱电解槽节能技术研发项目方面也取得了成果。龙蟠科技、宾华有限公司（601678）、伟福高新（000581）、先锋智能（300450）、美金能源（000723）等上市公司均明确表示将布局PEM电解槽设备。此外，包括隆基集团、阳光能源、晶科科技在内的多家能源公司，以及三一重工、三峡能源等装备公司已开始布局相关产能。国内车载储氢瓶的市场格局包括高压气态储氢、低温液化储氢、液态和固态储氢，这是氢燃料电池汽车储氢系统的技术解决方案。目前，气态储氢技术是最成熟、应用最广泛的储氢技术，具有储存和回收快、能量损失低、成本低等优点。储氢瓶作为储氢容器，根据美国能源部2002年提出的定义，可分为四种类型：铬钼钢储氢瓶、钢衬纤维环绕瓶；

高压气态储氢主要使用铝内纤维包裹瓶和塑料内纤维包裹罐。I型和II型仅用于加氢站等固定储氢应用，而III型和IV型用于国内和国际车载储氢。除内衬材料不同外，III型和IV型气瓶均采用碳纤维全缠绕技术，碳纤维占重量的比例高达57%。由于工作压力高，对碳纤维的规格要求也很高。据报道，从2021开始，日本东丽开始收紧碳纤维供应。国内供应商在优先满足航空航天和军工行业应用需求的同时，只能向气瓶市场供应一小部分产品。中国主流气瓶生产企业的碳纤维主要依赖进口，近两年才逐渐开始在国内小批量替代。国内主要碳纤维供应商包括中孚神盈、广威复合材料（300699）、中建科技（300777）等。从车内储氢瓶国内市场结构来看，主要生产供应商为国富氢能、京成集团子公司、天海实业、思琳达安科、科泰克、中机安瑞科等公司，中材科技、辽宁美拓等，主要产品为35MPa三级瓶。思琳达是中国70MPa汽车储氢瓶的技术代表，是中国首家获得IV型储氢瓶生产许可的工厂；科泰克是中国III型气瓶的主要制造商，也是汽车氢气瓶和车载氢系统的主要供应商；

中材科技（002080）目前拥有10-20万个35Mpa高压储氢瓶的生产能力。雅普集团、思琳达、中集安瑞科、精诚集团、科泰克等企业均表示已开始进行IV瓶的技术布局。Faurecia和Hexagon等外国公司也加快了对中国IV储氢瓶市场的探索。国内方面，记者通过搜索公告和调研报告了解到，雅普集团自主研发的III型35MPa车载储氢系统正在与相关方深度合作。该产品将在成渝氢走廊项目上进行演示和运行，而IV型70MPa小容量车载储氢瓶正在车载平台上进行性能测试。北京首都集团子公司有限公司推出了具有完全自主知识产权的新一代车载IV型储氢瓶。目前，一条柔性IV型瓶子生产线已经建成。此外，公司已通过子公司中集氢能科技与Hexagon Purus达成合资协议，成立高压储氢瓶合资公司和氢气供应系统合资公司。另一方面，盛晖科技通过投资国宏氢能和梅赛德斯-奔驰，在氢燃料电池下游的交通和氢储能领域进行产业合作。从目前的技术水平和实际应用来看，将液氢用于民用还为时过早。目前，液氢在中国仅用于航空航天领域，商业化需要弥合高使用成本和安全问题之间的差距。2008年北京奥运会加速了燃料电池的国产化。福田汽车提供了三辆氢燃料电池公交车，截至今年北京冬奥会，福田汽车（600166）已带来515辆氢燃料细胞汽车。福田汽车证券部一名工作人员告诉记者，该公司的氢燃料电池汽车已经投入使用。去年，主要交付的是商用巴士。由于北方地区加氢站等设施发展较早，销售市场主要集中在北方地区。在氢能源公交车方面，全加氢里程可达800-1000公里左右，重型卡车的续航里程也差不多。该公司是国内领先的氢能源汽车企业之一，目前2022年的主要订单为乘用车。此外，在发展战略方面，该工作人员告诉记者：“公司判断，未来几年乘用车市场仍缺乏发展机会，因此发展重点仍将放在商用车市场。”燃料电池系统是氢燃料电池汽车的核心环节。在氢燃料电池汽车中，燃料电池系统是氢燃料汽车的核心部件，根据结构主要分为燃料电池堆和辅助系统。从成本角度来看，燃料电池系统占氢燃料汽车采购成本的60%以上，而电池组成本也占系统成本的60%左右，是氢燃料电池汽车成本最高的项目。根据高产业研究院的行业分析，2020年燃料电池系统的国产化率已提高到60-70%，而2017年这一数据仅为30%左右。目前，堆芯、膜电极、空气压缩机、氢循环泵等核心部件都可以独立控制，而气体扩散层、催化层、质子交换膜等核心材料也在加快研发，普遍处于样品测试验证阶段。预计投入生产大约需要2-3年的时间。其中，催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板等系统关键材料在国产化过程中需要加快。从商业角度来看，国产车型专注于开发氢燃料电池和重型卡车等商用车。具体而言，系统功率和成本相对较低的乘用车和中轻型物流车将是现阶段氢动力汽车的主要车型。从竞争格局来看，GGII数据显示，2020年中国氢燃料电池系统装机容量排名前五的公司是……

德尔曼、亿华通、上海改造、广东勘探、潍柴动力（000338）。此外，智源新能源在现有燃料电池负极材料的基础上，通过对外投资逐步进入氢能源汽车领域，布局氢能源汽车配件。

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