一文讀懂氫能源汽車(chē)：“綠氫”占比待提升，儲(chǔ)氣瓶高性能材料依賴(lài)進(jìn)口

在俄烏沖突持續(xù)，歐美等國(guó)對(duì)俄羅斯啟動(dòng)“一攬子”全面制裁方案的背景下，布倫特原油在今日已突破110美元/桶，創(chuàng)下2014年油價(jià)暴跌至今的歷史新高。

目前，歐洲地區(qū)的能源供應(yīng)毫無(wú)疑問(wèn)被供應(yīng)大戶(hù)卡著脖子，而地緣危機(jī)所帶來(lái)的能源供應(yīng)不確定性，則促使西方加快了清潔能源的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)替代進(jìn)程。

歷史上氫能發(fā)展規(guī)律

根據(jù)國(guó)際能源網(wǎng)分析，氫能的第一次發(fā)展在20世紀(jì)70年代，由于石油價(jià)格沖擊、石油短缺以及對(duì)空氣污染和酸雨的關(guān)注，人們開(kāi)始把注意力往氫上轉(zhuǎn)移。1976年，《國(guó)際氫能期刊》創(chuàng)刊，次年，國(guó)際能源署氫能和燃料電池技術(shù)合作計(jì)劃設(shè)立，但好景不長(zhǎng)，隨后世界各國(guó)探明了豐富的油氣資源量，油價(jià)回落，氫能被“打入冷宮”。

氫能的第二次發(fā)展源于上世紀(jì)90年代人們對(duì)氣候變化的擔(dān)憂(yōu)。在碳捕捉和碳封存技術(shù)（CCS）、可再生能源和交通運(yùn)輸領(lǐng)域等方面成為發(fā)展重點(diǎn)。1993年，宣布為其基于可再生能源的國(guó)際氫能貿(mào)易長(zhǎng)期WE-NET計(jì)劃的前四年投資45億日元。和魁北克政府撥款約3300萬(wàn)加元，共同研究一系列氫的儲(chǔ)存和應(yīng)用情況，其中包括氫氣的國(guó)際運(yùn)輸。隨著燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展，氫能源汽車(chē)在上世紀(jì)90年代的汽車(chē)展上正式亮相。然而，低廉的油價(jià)使得這一技術(shù)的發(fā)展再次成了“雞肋”。

21世紀(jì)初，人們對(duì)氣候變化的擔(dān)憂(yōu)逐漸轉(zhuǎn)化為針對(duì)交通運(yùn)輸部門(mén)的新政策行動(dòng)，對(duì)石油峰值的擔(dān)憂(yōu)也重新顯現(xiàn)。于2003年召集了“國(guó)際氫能與燃料電池合作伙伴組織”（IPHE）。然而，彼時(shí)，氫能源汽車(chē)在部分程度上受到了應(yīng)先建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施還是先制造車(chē)輛的“雞生蛋還是蛋生雞”問(wèn)題的阻礙。到2010年前后，石油價(jià)格回落，燃料電池汽車(chē)的發(fā)展再次陷入低谷。

從歷史規(guī)律上看，氫能的受關(guān)注程度與石油價(jià)格的上漲，以及發(fā)達(dá)對(duì)于能源安全和氣候問(wèn)題的擔(dān)憂(yōu)成高度的正相關(guān)。此次油價(jià)上漲，似乎又成為了氫能源“卷土重來(lái)”的契機(jī)。

目前，氫能的產(chǎn)業(yè)鏈涉及多個(gè)環(huán)節(jié)。上游為氫的制備，主要包括電解水制氫、化石燃料制氫、工業(yè)尾氣制氫以及其他方式制氫。中游是氫能的供應(yīng)，包括氫的儲(chǔ)存運(yùn)輸，分別為高壓儲(chǔ)運(yùn)、液氫儲(chǔ)運(yùn)、固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)以及有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)。下游則通過(guò)加氫站加氫后進(jìn)行利用，利用方式主要有三種：直接燃燒、通過(guò)燃料電池轉(zhuǎn)化為電能以及核聚變，其中燃料電池是最安全高效的。

“綠氫”前景廣闊

現(xiàn)階段按碳排放量劃分，氫能源制取方式共有三種，分別為“灰氫”、“藍(lán)氫”和“綠氫”。

“灰氫”是目前成本最低、效率最高的制氫方式，指的是傳統(tǒng)利用化石燃料石油、天然氣和煤制取氫氣的方式，低成本的同時(shí)卻帶來(lái)較大的排放，并不能達(dá)到減碳的作用。

“藍(lán)氫”則是在“灰氫”的基礎(chǔ)上，利用CCS技術(shù)來(lái)降低碳排放。但CCS技術(shù)依然需要消耗大量電力來(lái)運(yùn)行，從而間接導(dǎo)致溫室氣體的排放?？的螤柎髮W(xué)和斯坦福大學(xué)的研究表明，“藍(lán)氫”在全生命周期所排放的溫室氣體比天然氣取暖還要高20%。這也是氫能源在國(guó)內(nèi)廣受詬病，清潔能源“不清潔”的原因。

“綠氫”則主要利用電解水制氫。這種方式同樣需要消耗大量的電能，但光伏、風(fēng)電為代表的新能源的崛起，讓“綠氫”實(shí)現(xiàn)了真正的“綠色”，制氫過(guò)程完全沒(méi)有碳排放，缺點(diǎn)則在于成本較高。

目前，“綠氫”在國(guó)內(nèi)的制氫格局生產(chǎn)占比僅有1%。不過(guò)，隨著光伏、風(fēng)電逐漸迎來(lái)平價(jià)時(shí)代，“綠氫”的性?xún)r(jià)比也在逐漸提升。

電解水制氫根據(jù)電解槽隔膜材料的不同，可分為堿性電解水、質(zhì)子交換膜電解水（PEM）和固體氧化物電解水（SOE）三大類(lèi)。除了第一類(lèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)外，PEM處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期；SOE則尚處在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)階段。

A股不少上市公司在電解槽隔膜材料方面已有布局。記者了解到，金通靈（300091.SZ）通過(guò)與北京漢氫科技有限公司合作，為后者的項(xiàng)目承接生產(chǎn)制造相關(guān)電解槽設(shè)備；明陽(yáng)智能（601615.SH）在2021年半年報(bào)中表示，公司新型電解槽設(shè)備已進(jìn)入試制階段，同時(shí)正在開(kāi)發(fā)風(fēng)機(jī)—制儲(chǔ)氫一體化海洋能源利用新產(chǎn)品；億利潔能（600277.SH）則在電解槽膜極距改造等技改項(xiàng)目有諸多項(xiàng)目落地。鴻達(dá)興業(yè)（002002.SZ）同樣也在燒堿電解槽節(jié)能技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目等領(lǐng)域有所建樹(shù)。龍?bào)纯萍迹?03906.SH）、濱化股份（601678.SH）、威孚高科（000581.SZ）、先導(dǎo)智能（300450.SZ）、美錦能源（000723.SZ）等上市公司，都已經(jīng)明確將會(huì)布局PEM電解槽設(shè)備。

此外，包括隆基股份（601012.SH）、陽(yáng)光能源（300274.SZ）、晶科科技（601778.SH）在內(nèi)的很多能源企業(yè)，以及三一重工（600031.SZ）、三峽能源（600905.SH）在內(nèi)的裝備企業(yè)都開(kāi)始布局相關(guān)產(chǎn)能。

國(guó)內(nèi)車(chē)載儲(chǔ)氫瓶的市場(chǎng)格局

高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，低溫液化儲(chǔ)氫和液、固體儲(chǔ)氫是氫燃料電池汽車(chē)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的技術(shù)解決路徑?，F(xiàn)階段，氣態(tài)氫儲(chǔ)存是最成熟和主要應(yīng)用的儲(chǔ)氫技術(shù)，具有存儲(chǔ)及取用快、能量損耗低和成本低的優(yōu)點(diǎn)。

作為儲(chǔ)氫的容器儲(chǔ)氫瓶，根據(jù)最早能源部DOE在2002年提出的（Hydrogen storage vessels classification）定義，可分為四種：鉻鉬鋼儲(chǔ)氫瓶（I型）、鋼質(zhì)內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞瓶（II型）；高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫主要采用鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶（III型）、塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（IV型）。I型和II型只要用于加氫站等固定式儲(chǔ)氫應(yīng)用，而III型和IV型則應(yīng)用于國(guó)內(nèi)、國(guó)際車(chē)載儲(chǔ)氫。III型和IV型氣瓶除內(nèi)膽材料不同外，都采用碳纖維全纏繞工藝，碳纖維重量占比最高可達(dá)57%，因工作壓力高，對(duì)碳纖維的規(guī)格要求也高。

據(jù)悉，從2021年初開(kāi)始，東麗開(kāi)始收緊碳纖維供應(yīng)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商在優(yōu)先滿(mǎn)足航天軍工領(lǐng)域應(yīng)用需求的前提下，僅有少部分產(chǎn)品可以供應(yīng)氣瓶市場(chǎng)。而國(guó)內(nèi)主流氣瓶生產(chǎn)企業(yè)的碳纖維主要依賴(lài)進(jìn)口，近兩年才逐漸開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化小批量替代，國(guó)內(nèi)主要的碳纖維供應(yīng)商有中復(fù)神鷹（科創(chuàng)板受理）、光威復(fù)材（300699.SZ）、中簡(jiǎn)科技（300777.SZ）等。

從國(guó)內(nèi)車(chē)載儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)格局來(lái)看，生產(chǎn)供應(yīng)商主要是國(guó)富氫能、京城股份（600860.SH）的子公司天海工業(yè)、斯林達(dá)安科、科泰克、中集安瑞科、中材科技（002080.SZ）、遼寧美托等企業(yè)，產(chǎn)品以35MPa III型瓶為主。

斯林達(dá)為國(guó)內(nèi)70MPa車(chē)用儲(chǔ)氫瓶技術(shù)代表，是國(guó)內(nèi)第一家獲得IV型儲(chǔ)氫瓶制造許可的工廠；科泰克是是國(guó)內(nèi)III型氣瓶主要生產(chǎn)企業(yè)，也是車(chē)用氫氣瓶和車(chē)載氫系統(tǒng)的主要供應(yīng)商；中材科技現(xiàn)具備1~2萬(wàn)只35Mpa高壓儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)能。

亞普股份（603013.SZ）、斯林達(dá)、中集安瑞科（03899.HK）、京城股份（600860.SH）、科泰克等企業(yè)表示已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行IV型瓶的技術(shù)布局。國(guó)外企業(yè)佛吉亞、Hexagon等也加快了對(duì)IV型儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)的開(kāi)拓。

國(guó)內(nèi)方面，通過(guò)搜索公告和研報(bào)，記者了解到，亞普股份自主研發(fā)的III型35MPa車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)正與相關(guān)方深度合作，產(chǎn)品將搭載成渝氫走廊項(xiàng)目進(jìn)行示范運(yùn)行，而IV型70MPa小容積車(chē)載儲(chǔ)氫瓶正在搭載整車(chē)臺(tái)架進(jìn)行相關(guān)性能驗(yàn)證。

京城股份下屬的天海工業(yè)公司推出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代車(chē)載IV型儲(chǔ)氫瓶，目前已建成一條柔性化IV型瓶生產(chǎn)線，此外，公司還通過(guò)旗下附屬公司中集氫能科技與Hexagon Purus公司達(dá)成合營(yíng)協(xié)議，成立高壓儲(chǔ)氫瓶合營(yíng)公司和供氫系統(tǒng)合營(yíng)公司。

昇輝科技（300423.SZ）則通過(guò)投資國(guó)鴻氫能與飛馳汽車(chē)，在氫燃料電池下游的交通運(yùn)輸、氫能儲(chǔ)能等環(huán)節(jié)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)合作。

液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)從當(dāng)前技術(shù)水平及實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，民用還為時(shí)尚早，目前國(guó)內(nèi)液氫僅限用于航天領(lǐng)域，商用化則需要跨越使用成本過(guò)高及安全問(wèn)題的鴻溝。

燃料電池國(guó)產(chǎn)化加速

2008年北京奧運(yùn)會(huì)，福田汽車(chē)（600166.SH）提供了3輛氫燃料電池客車(chē)，到了今年的北京冬奧會(huì)，福田汽車(chē)帶來(lái)了515輛氫燃料電池汽車(chē)。福田汽車(chē)證券部工作人員對(duì)記者表示，公司的氫燃料電池汽車(chē)早已投入使用，去年交付的主要以商用客車(chē)為主，因?yàn)楸狈降貐^(qū)加氫站等設(shè)施較早發(fā)展，所以銷(xiāo)售市場(chǎng)方面主要集中在北方地區(qū)，氫能源客車(chē)方面，加滿(mǎn)一次氫氣續(xù)航能達(dá)800~1000公里左右，重卡的話續(xù)航里程也相近?！肮驹趪?guó)內(nèi)氫能源汽車(chē)企業(yè)屬于領(lǐng)先行列，目前2022年在手訂單主要還是以客車(chē)為主。此外在發(fā)展戰(zhàn)略上，該工作人員對(duì)記者表示：“公司判斷未來(lái)幾年乘用車(chē)市場(chǎng)方面仍欠缺發(fā)展機(jī)會(huì)，所以發(fā)展重心仍是以商用車(chē)市場(chǎng)為主?！?/p>

燃料電池系統(tǒng)是氫燃料電池汽車(chē)的核心環(huán)節(jié)。在氫燃料電池車(chē)中，燃料電池系統(tǒng)是氫能車(chē)的核心構(gòu)成，按結(jié)構(gòu)來(lái)拆分主要包括燃料電池堆及輔助系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)BOP，包含氫循環(huán)系統(tǒng)、空壓機(jī)、水熱管理系統(tǒng)等）。從成本端來(lái)看，燃料電池系統(tǒng)在氫能車(chē)購(gòu)置成本中占比超過(guò)60%，而電堆成本在系統(tǒng)中占比同樣超過(guò)60%，是氫燃料電池汽車(chē)占比最高的成本項(xiàng)。

根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）行業(yè)分析，2020年燃料電池系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化率已經(jīng)提升到60~70%，而2017年這一數(shù)據(jù)僅有30%左右。目前電堆、膜電極、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等核心部件均可自主控制，而氣體擴(kuò)散層、催化層和質(zhì)子交換膜等核心材料也在加速研發(fā)中，普遍處于送樣測(cè)試驗(yàn)證階段。預(yù)計(jì)到投入生產(chǎn)需要2~3年左右時(shí)間。其中，系統(tǒng)關(guān)鍵材料的催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層和雙極板等均有待國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速。

從商業(yè)化角度看，國(guó)內(nèi)車(chē)型上側(cè)重于發(fā)展氫燃料電池中重卡等商用車(chē)，具體來(lái)看，系統(tǒng)功率及成本相對(duì)較低的客車(chē)和中輕型物流車(chē)將會(huì)是該階段氫能車(chē)的主要車(chē)型。

從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，GGII數(shù)據(jù)顯示，2020年氫燃料電池系統(tǒng)裝機(jī)量TOP5企業(yè)為愛(ài)德曼、億華通（688339.SH）、上海重塑（科創(chuàng)板受理）、廣東探索（上海重塑旗下）、濰柴動(dòng)力（000338.SZ）。

此外，致遠(yuǎn)新能（300985.SZ）在現(xiàn)階段燃料電池陽(yáng)極材料的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)外投資逐步進(jìn)入氫能源汽車(chē)領(lǐng)域，布局氫能源汽車(chē)配件。