中國石化鎮海煉化分公司，當代石油石化

1全球氫能概況

“雙碳”目標推動全球能源行業由高碳能源向低碳能源轉型，氫能作為一種來源廣泛、清潔無碳、應用場景豐富的綠色能源，正成為全球關注和投資的熱點。根據國際能源署(IEA)2023年9月發布的統計報告，2022年全球氫氣總產量(含合成氣)超9500萬噸，其中純氫制備產量逾7900萬噸、工業副產氫氣逾1600萬噸，當年全球氫氣總需求量達9500萬噸，超過2021年9400萬噸的歷史最高需求水平。在加氫站建設方面，據德國LBST最新發布報告顯示，2012—2022年全球加氫站保有量從215座增長至814座，其中2022年新投運130座加氫站(見圖1)。

歐洲、亞洲、北美是全球加氫站建設的主要地區，自2019年以來，亞洲地區在加氫站數量上實現了對歐洲地區的趕超，未來氫燃料電池汽車在亞洲地區將有更適宜的運營環境。

在我國，氫能被持續關注，近年國家及地方氫能支持政策密集出臺。2019年3月，氫能源首次被我國寫入《政府工作報告》，提出“推動充電、加氫等設施建設”;2020年5月，我國明確了“制定國家氫能產業發展戰略規劃”，同年，國家相關部門出臺多個全國性燃料電池支持政策，地方政策也相繼加碼，主要聚焦于加氫站建設以及燃料電池車推廣;2022年3月，多部門聯合發布《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》，規劃明確了氫的能源屬性，指出氫能是未來國家能源體系的組成部分，提出到2025年燃料電池汽車保有量約5萬輛，部署建設一批加氫站，到2035年形成氫能多元應用生態等目標;2022年6月，多部門聯合印發《“十四五”可再生能源發展規劃》，推動可再生能源規模化制氫利用;2023年8月，多部門聯合印發《氫能產業標準體系建設指南(2023版)》，這是我國國家層面首個氫能全產業鏈標準體系建設指南。

在國家、地方諸多利好政策推動下，我國氫能產業呈蓬勃發展態勢，氫能產業基礎設施發展加快，氫氣在汽車交通領域的滲透率逐步上升。在氫氣生產方面，據國家能源局統計數據顯示，2022年我國氫氣總產量超3781萬噸，同比增長14.5%，我國已成為全球最大制氫國。

2我國氫能產業鏈發展現狀

我國氫能產業仍處于導入期，在國家政策扶持下，產業進入“規模化—降本—開拓市場”的量價循環，持續的技術進步有助于解決各環節核心技術的成本制約，進一步提升商業化競爭力。

2.1氫氣生產

在氫能產業鏈中，氫氣生產是源頭。從技術路徑看，目前主要制氫方式有天然氣和煤等化石燃料制氫、工業副產氫、電解水制氫等，其中，化石燃料制氫具有較大成本優勢，是目前主流技術。據IEA數據顯示，2022年全球范圍內天然氣(甲烷)制氫比例較高，約占62%，通過煤炭生產氫氣占比為21%。而在我國，煤制氫是主流制氫技術，2022年煤制氫占比超60%。在化石燃料制氫工藝中，煤制氫成本相對較低，但污染最重，煤制氫方法下氫氣與二氧化碳排放比為1∶11，而天然氣制氫和石油制氫方法下則分別為1∶5和1∶7。

世界能源理事會將伴有大量二氧化碳排放的氫稱為灰氫;將對伴生二氧化碳進行捕集、封存和利用后生產的氫稱為藍氫;利用可再生能源發電，通過電解水制得的氫稱為綠氫。在“雙碳”目標下，以煤工藝為主的制氫模式面臨較大環保壓力，短中期來看，我國制氫結構將逐步從灰氫過渡到藍氫，終極目標是零碳排放的綠氫。

2.2氫氣儲運

氫氣密度為0.0899kg/m3，遠小于空氣，難于高密度存儲，因此氫儲運成本較高，約占氫氣終端售價的30%。儲存氫氣主要有3種方式，包括氣態儲氫、液態儲氫和固態儲氫。目前國內高壓氣態儲氫應用相對成熟，通過連接減壓閥即可方便快捷地釋放所需氫氣，運營成本相對較低，被廣泛用于車用領域。而低溫液態儲氫僅在航天等領域得到應用，固態儲氫和有機液態儲氫尚處于示范階段。

氫氣運輸分為氣態氫輸送、液態氫輸送和固態氫輸送，國內以長管拖車運輸高壓氣態氫為主，但該方式適合短途，導致氫氣運輸半徑相對較小。隨著我國氫能市場逐步發展，氫氣需求半徑逐步增大，低成本、可高效跨域運輸的管道輸氫將成為發展趨勢。在管道運輸方面，美國和歐洲是世界上最早發展氫氣管網的國家和地區，據IEA數據顯示，截至2022年，全球氫氣管道近5000km，其中美國投入運營輸氫管道2600km，歐洲近2000km。我國氫氣管道建設規模目前較小，未來我國輸氫管道建設將提速，據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》數據，預計到2030年，我國氫氣管道將達3000km。

2.3氫氣應用

在我國，化工需求在氫氣應用中占據主導地位，氫氣廣泛應用于石化、冶金、電子和航天等工業領域，在交通能源領域的應用尚未形成規模。為推動能源消費結構轉型，我國政府近年先后出臺大量政策加速推動氫氣的能源利用，特別是在發展氫燃料電池汽車方面給予了較大支持。

2016—2019年，我國氫燃料電池汽車產量穩步上升，復合年均增長率達65%，截至2022年底，我國燃料電池汽車保有量已達12306輛，同比增長近38%。根據《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，未來燃料電池車仍為我國氫能利用核心載體，預計到2025年，氫燃料電池汽車保有量將達到10萬輛，將拉動氫能市場規模進一步快速增長。據中國氫能聯盟預測，到2050年中國氫氣需求量將接近6000萬噸，其中交通運輸領域用氫需求達2458萬噸，占比將超過40%。

與此同時，氫氣在我國交通運輸領域的應用仍面臨瓶頸。

一是供應鏈體系不健全，加氫站網絡待完善。加氫站是氫能廣泛應用的重要基礎設施，由于缺乏規范的加氫站建設審批流程，加上建設成本高，相較于遍布全國、數量逾10萬座的加油站，我國加氫站數量明顯不足，加氫成為了燃料電池汽車發展的瓶頸。我國目前運營加氫站主要集中在廣東、山東、上海、江蘇等4個省市，據國內氫燃料電池行業研究機構香橙會氫能數據庫最新數據顯示，截至2022年底，我國已建加氫站310座，其中僅240座正在運營。

二是成本過高。因燃料電池發動機昂貴，導致一輛燃料電池車售價是燃油車的近3倍，是鋰電池車的1.5~2.0倍。同時，作為燃料的氫氣價格較高，目前加氫站終端銷售價格在50元/kg以上，若以60元/kg價格計算，氫燃料電池物流車每百公里燃料成本約為柴油車的1.5倍。

三是技術瓶頸，氫能技術難點多，亟需從氫氣儲運和加注、氫燃料電池、氫儲能系統等主要環節重點突破“卡脖子”技術，如，嚴重影響燃料電池壽命和使用成本的質子交換膜生產技術等。

3我國化工行業機遇分析

在“雙碳”目標大背景下,我國氫能產業發展迎來了加速期，根據中國氫能聯盟預測，2026—2035年，我國氫能產業鏈年產值將達5萬億元，氫能產業鏈的蓬勃發展必將推動氫能材料需求持續旺盛，在碳纖維、質子交換膜、催化劑等領域為化工企業帶來重要發展機遇。

3.1碳纖維

碳纖維是一種含碳量在90%以上，具有高強度、輕質、耐高溫等優良性質的新型纖維材料。氫燃料車對儲氫瓶有較高安全性和輕量化等要求，當前國內車載儲氫方式主要采用金屬內膽碳纖維全纏繞氣瓶(Ⅲ型)，發達國家則采用非金屬內膽碳纖維全纏繞氣瓶(Ⅳ型)，Ⅲ型和Ⅳ型儲氫瓶均需要碳纖維材料。根據中國科學院寧波材料所特種纖維事業部數據統計，氫能商用車攜帶4個儲氫瓶，單個儲氫瓶碳纖維用量約80.0kg;乘用車攜帶2個儲氫瓶，單瓶碳纖維用量約37.5kg。

目前我國對于儲氫瓶使用的碳纖維進口依賴度較高，約50%。雖然近年我國碳纖維產能明顯增長，但受限于原絲生產技術和碳化技術，碳纖維產品性能較低，儲氫罐所用碳纖維仍需從日本東麗、日本東邦、韓國SK等企業進口，日韓企業占據我國進口儲氫瓶用碳纖維70%以上的市場份額。我國多個省份已明確將在“十四五”期間大力推動氫能產業發展，未來我國很可能成為全球最大的車載儲氫瓶市場。在龐大市場需求的預期下，目前已有企業開始進入碳纖維生產領域。

3.2質子交換膜

質子交換膜被廣泛應用于燃料電池、電解水等領域，在燃料電池行業，質子交換膜是電堆膜電極的關鍵材料，其性能優劣決定著電池的性能和使用壽命。全氟磺酸質子交換膜技術成熟、性能優良，是目前應用最廣泛的質子交換膜體系。

國外質子交換膜生產企業主要有Gore、科慕(由杜邦拆分出的業務)、陶氏化學、日本旭化成、日本旭硝子等，國內質子交換膜基本依靠進口，在國產膜電極中有約90%使用的是Gore公司膜產品。

國內氫燃料汽車產業規劃有望帶動質子交換膜需求大幅提升。截至2022年底，我國共有20個省、市、自治區公布了2025年氫燃料電池汽車保有量目標，至2025年20個省、市、自治區總保有量目標將達10.837萬輛，高于《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》提出的到2025年燃料電池汽車保有量約5萬輛目標。質子交換膜作為燃料電池關鍵部件的核心材料，其需求會隨著燃料電池車推廣而增長。

3.3催化劑

燃料電池成本是目前制約氫能普及率最突出的問題，而氫燃料電池“卡脖子”的關鍵技術是氫能的催化劑。2020年9月，我國明確指出要重點支持催化劑等關鍵材料和零部件的研發突破。

在氫燃料電池的三大類催化劑中，鉑因具有熔點高、強度大、電熱性穩定、催化活性好等優點，成為目前生產企業的首選。不過，鉑族金屬資源高度集中，據美國地質調查局統計，世界鉑族金屬儲量大國有南非、俄羅斯、美國和加拿大，4國儲量占全球鉑族金屬資源總儲量99%以上。

我國鉑族金屬資源比較貧乏，未來隨著我國氫燃料電池普及，市場對鉑的需求將會增加，進一步導致鉑價格上漲，對氫能源發展形成阻力。目前一些企業和機構圍繞開發替代貴金屬催化劑、提高電催化劑活性從而降低鉑金屬用量等內容思考應對策略。

4某石化企業氫產業鏈分析

得益于廣闊的應用場景和較高的產業鏈價值，氫能的開發與利用不僅成為石化企業實現能源轉型的重要路徑，而且演化為市場競爭的重要領域，包括中國石化、中國石油在內的多家企業紛紛布局氫能產業鏈。以華東地區某石化企業為例介紹企業層面氫能產業鏈布局情況。

4.1氫氣的生產與化工消耗

華東某企業具備2700萬噸/年煉油、220萬噸/年乙烯產能規模，其氫氣系統由產氫裝置、耗氫裝置、氫氣管網組成，按照供氫壓力，氫氣管網由1.2Mpa、3.5Mpa和7.2Mpa等3個壓力等級的子管網組成，管網氫源主要來自重油制氫、煤焦制氫氣、乙烯裂解氫氣、3#/4#重整變壓吸附(PSA)氫、膜分離氫氣等。

為爭取低成本氫氣資源、減少浪費，近年該企業在氫氣系統優化方面積極探索，力爭物盡其用，如，回收催化干氣尾氣中含有約50%的氫氣、對二甲苯(PX)異構化尾氫等。截至目前，該企業氫氣產能約58000kg/h(其中工業副產氫約25000kg/h)。

該企業耗氫裝置主要包括渣油加氫、加氫裂化、加氫裝置、非芳加氫、PX異構化、環氧丙烷/苯乙烯(PO/SM)等，聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、裂解汽油抽提和焦氣回收等裝置也有少量用氫，總耗氫約56000kg/h。經全廠氫氣產耗平衡，尚有約2000kg/h氫氣可供外送。

4.2氫氣的能源利用

石化行業具有低成本氫氣優勢，同時氫源穩定，在發展氫能產業鏈方面具有先天優勢。該企業充分利用行業優勢，并結合公司產業轉型升級布局實際，提前加速布局氫能市場。2021年6月，建成了所在市首座加氫示范站，將4#PSA裝置生產純度達99.99%的氫氣，經管道運輸至新建加氫站作為氣源，加氫站加氫設計能力為500kg/12h。2023年7月，該企業在已建成投用加氫示范站基礎上，增設加氫機預冷器、高壓儲氫瓶組，優化完善加氫工藝流程，新增4000kg/d的魚雷車氫氣充裝設施，可供20輛魚雷車(單輛載氫量200~400kg)向周邊加氫站輸送氫氣，實現了可同時為燃料電池汽車加氫及下游加氫站充裝的服務。

該企業氫氣生產成本10~12元/kg，較社會加氫站具有明顯成本優勢。在國家與地方政策發力，持續加大氫能推廣力度的大背景下，未來擬將以增加氫氣產量，降低氫氣成本為目標，穩妥發展氫能業務，聯合地方政府不斷創新氫能應用場景，逐步提升氫氣在區域市場的滲透率，努力建成所在省最大氫能充裝母站。

5發展建議

1)重視副產氫的利用，促進降本增效。從制氫的技術成熟度和成本方面考慮，短期內制取高純氫最可行的方案是將工業副產氫充分利用。對于有大量副產氫的石化企業來說，氫能發展將是契機之一。應重視副產氫的價值，提前發展和儲備氫氣分離和回收技術，加大對氫氣綜合利用的投入，在原有產業基礎上陸續開拓氫能產線，探索新能源轉型的經濟增長點。

2)加快產品結構轉型，助推下游高端化延伸。受替代性交通運輸燃料等因素影響，“十三五”時期我國汽柴煤油表觀消費總量減少，年均增速為–1.7%。未來，隨著我國經濟進入高質量發展階段，經濟增速的放緩會影響成品油消費的增長，同時交通運輸領域“脫油向電”趨勢加速，也對成品油消費構成較大沖擊。作為以油品生產為主要業務的石化企業，應加快減油增化步伐，特別是要在與氫能發展相關的新材料等方面加速發力，加大力度延長氫能產業鏈。碳纖維是氣態儲氫瓶的關鍵材料，碳纖維市場會隨著氫的熱度而持續擴張。

3)通過強強聯合，推進新能源與石化產業耦合，實現能化共軌。氫能的重要意義，不僅在于功能作用，更重要的是可作為工業企業實現減碳的重要手段。在推進“雙碳”目標的大背景下，國內氫能發展前景較好，石化企業應充分發揮生產與市場的區域優勢，積極發力氫能產業鏈布局，超前謀劃綠氫生產布局。在能源保障方面，通過強強聯合構建多元化能源供應體系。目前中國核電(7.930, 0.00, 0.00%)正在策劃用模塊式小型堆為工業園區、小型生產基地提供穩定高效電能。針對煉化企業，建議在生產基地探索開展核電供電的應用研究。此外，我國自主研發的第四代先進核能技術高溫氣冷堆的熱工藝可用于制氫，電和氫多能源協同解決。