在“碳中和”的背景下，世界各國政府做出了 NZE（近零排放）的承諾。氫能作為零碳燃料，具有儲量豐富、熱值高、零污染、可存儲、來源廣泛等優點，逐漸被人們關注。在全球各國政府相繼出臺政策扶持氫能產業的背景下，政策端的利好有望帶動需求量的井噴，進而推動氫能產業鏈相關企業充分受益；

 

氫氣產業鏈包含上游制氫、中游儲氫運氫和下游加氫用氫三部分。

 

制氫：目前世界上最常見的制氫方法是化石能源制氫，包括焦煤氣重整制氫、工業副 產氫以及天然氣制氫（也被成為灰氫或藍氫）等，而與之相對的則是在制氫過程中無排放無污染的電解水制氫，因其對環境友好的特點，故被人們稱為綠氫；

 

儲運：由于目前我國制氫產地較為分散，同時氫氣的儲存和運輸面臨“氫脆現象”的考驗（指金屬材料因為長時間在富氫環境中發生吸氫、氫滲等現象造成機械性能下降從而發生脆斷的現象），氫氣的儲運也自然而然成為了人們關注的話題。目前主要有 四種氫氣儲運方式：高壓氣體儲運、低溫液態儲運、固態稀土儲運以及有機液體儲運；

 

加氫：加氫站加氫是目前燃料電池汽車最主要的加氫途徑。加氫站以自身的氫燃料儲備服務周圍區域，而充足的加氫站覆蓋范圍亦能加速燃料電池汽車的推廣應用。氫氣壓縮機是加氫站的核心裝備之一，是通過壓縮空氣實現氣體輸送的設備，目前氫氣壓縮機主要分為液體活塞式氫氣壓縮機、隔膜式氫氣壓縮機以及離子壓縮機。

 

 

目前氫能產業鏈路線眾多，尚處于產業發展前期，仍存在制氫成本較高、儲氫運氫困難 以及加氫站覆蓋少等問題。因此，為了扶持氫能產業的發展，我國出臺了一系列氫能相關的 產業政策來扶持相關領域的發展。

 

 

目前世界主要發達國家和地區，如美國、日本、韓國和歐盟等均出臺了相關政策促進氫 能產業的發展。日本高度重視氫能產業的發展，提出了“成為全球第一個實現氫能社會的國 家”的目標，并先后發布了《日本復興戰略》、《能源戰略計劃》、《氫能源基本戰略》和 《氫能及燃料電池戰略路線圖》等政策條例，詳細規劃了實現氫能社會戰略的技術路線；

 

中央重視氫能產業發展，出臺政策推進產業發展：目前氫能戰略規劃已被歸為我國重要 的能源戰略，并將成為我國優化能源消費結構和保障國家能源供應安全的戰略選擇。盡管氫 能及燃料電池技術早在2006年就被寫入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006- 2020）》中，但2014年以前氫能都處于試驗推廣階段。2014年，我國發布了《能源發展戰 略行動（2014-2020 年）》，氫能與燃料電池被歸為能源科技創新戰略方向，標志著氫能正 式進入產業化階段。2016年，我國氫能產業總產值達到1800億元。2019年3月，“推動 充電、加氫等基礎設施建設”被寫入《政府工作報告》，這是氫能源首次被列入《政府工作報告》，氫燃料電池的發展自此邁入了新的階段。2020年 9月，我國在聯合國一般性辯論及相關產業、技術被多次提及。

 

隨后，財政部、發改委等五部門聯合印發燃料電池示范應 用通知，進一步明晰了燃料電池汽車及氫能供應的獎勵條件。2021年9月，《2030年前碳達峰行動方案的通知》以及《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》發布，其中提到了“統籌推進氫能‘制儲輸用’全鏈條發展”、“推動加氫站建設”以及“推進可再生能源制氫等低碳前沿技術攻關”等重要舉措。2021年9月、2022年1月， 財政部十五個部門聯合發布了《關于啟動燃料電池汽車示范應用工作的通知》，將廣東、北京、上海列為首批示范城市，鄭州、張家口列為第二批示范城市，氫能應用進入提速階段。2021年10月以來，國家密集出臺“

 

雙碳”相關政策，包括《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》、《2030年前達到碳達峰行動方案的通知》、 《綜合運輸服務“十四五”發展規劃》和《“十四五”工業綠色發展規劃》等，加速推動氫 能、加氫站以及燃料電池汽車的發展；2022年3月，發改委出臺了《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，我國氫能產業發展進入了新階段。

 

 

地方政府氫能產業發展行動規劃密集出臺。產業規劃方面，江蘇、浙江、天津、四川、上 海等省市發布了推進氫能產業的專項規劃。江蘇省于2019年發布了《江蘇省氫燃料電池汽車 產業規劃》，計劃在2025年之前完成50個加氫站，氫燃料電池汽車4000座，固定發電站500座。浙江省 2021 年發布了《浙江省能源發展“十四五”規劃（征求意見稿）》，提出到 2022 年完成建設加氫站50座，推廣氫燃料電池車1000輛，實現產值100億元的目標。天津、四川等省市提出到2025年，實現加氫站60-70座，氫燃料電池6000、10000座，產值1000億元的目標。

 

另外，值得注意的是，隨著北京冬奧會 ，北京政府出臺了一系列氫 能相關的產業政策鼓勵氫能發展。2017年北京發布了《北京市加快科技創新培育新能源智能 汽車產業的指導意見》，著力在整車耐久性、續駛里程和燃料電池使用壽命等領域取得突破。此外，北京市圍繞燃料電池汽車開展規模化示范應用，在冬奧會和冬殘奧會的各項賽事上推 進制氫、加氫等環節核心技術的運用。冬奧會期間，綠色環保的氫燃料電池汽車將承擔接駁等賽事保障服務，延慶區也將開發氫燃料電池公共交通線路；

 

目前我國在氫能產業發展上存在著缺乏體系和標準、主管部門缺位、法律法規不健全等問題。因此要大力發展氫能，必須對相關標準體系、法律法規以及示范試點區域進行統一規劃管理；加快建立全面系統的氫能產業標準；有效的對企業、高校和科研院所在制氫、純化、儲運、使用等技術領域的研究給予支持，為氫能技術的應用和發展奠定質量基礎；

 

氫能源產業規劃和補貼政策相較于鋰電池產業更加理性克制，體現出我國在運用產業鼓勵政策的方法上更加的嫻熟。此外，雖然氫能在補能時間、重量等方面相較于鋰電有較大優勢，但囿于成本、氫氣體積等因素，無法真正取代鋰電池在乘用車領域的地位；盡管如此，在特定場景下，氫能在商用車上的 TCO（全周期成本）一樣可以持平燃油車。因此通過合理的 產業政策，氫能產業將更為有序健康的發展。

 

 

氫能的傳統需求情況：全球氫能需求自2000年以來強勁增長，2020年全球氫氣需求大約為9000萬噸，自2000年以來增長50%。目前大部分的需求幾乎都來自于精煉環節和工業 用途；其中2020年精煉環節消耗3840萬噸的氫氣作為原料，在這過程中氫氣也承擔了部分 燃料的需求。在工業合成領域，氫氣的需求同樣十分旺盛，2020年氫氣在工業合成領域的消耗超過3000萬噸，大部分都用作原料。而氫能在其他領域的應用進展則相對緩慢；

 

氫能需求結構即將迎來調整：根據 IEA 的預測，燃料電池、能源發電和合成燃料的需求將成為未來氫能應用的重要領域，這些改變正將氫氣從一個工業生產的原材料轉變為新能源社會中必不可少的組成部分。根據 IEA 統計，目前用于燃料電池的氫能大約占全球氫能需求的0.02%，而用于能源發電和合成燃料的氫能需求同樣占比很低，而在2050年，IEA 預計用于燃料電池、能源發電以及合成燃料的氫能消耗將分別占到全球氫能總需求的23.2%，19.2%和 14.2%。而與之相對的則是氫能的傳統使用場景，如精煉和工業合成領域，在2050年將下滑至5.9%、21.9%。隨著氫能使用結構的調整，相關產業將迎來更大的發展機遇；

 

未來氫能需求預測：根據IEA預測分析，考慮全球共同宣言承諾的場景下（悲觀情況）， 全球氫能總需求將在2030年達到1.28億噸，在2050年達到2.57億噸。而在考慮全球凈零排放（NZE）的場景下（樂觀情況），全球氫能總需求將在2030年達到2.29億噸，2050年達 到5.31億噸。具體到我國，根據中國氫能聯盟的估計，到2030年，我國氫氣需求量將達到3500萬噸，在終端能源體系中占比5%。到2050年，氫能在我國終端能源體系中的占比將至少達到10%，屆時氫氣需求量將接近6000萬噸；

 

總結：氫能尚處于產業化剛剛落地的階段，具有較大的想象空間和發展空間；但我國氫能產業未來具體技術路線、生產工藝和應用場景尚未敲定，因此也存在較大的不確定性。而通過國家和地方的氫能產業政策的正向扶持，行業需求得以快速增長，內部需求結構發生調整，進而牽動了產業鏈中新材料的應用。而相關新材料，如上游制氫環節以及下游用氫環節 使用的質子交換膜、中游環節的儲氫用高強度碳纖維等，也將迎來快速發展的機遇期。

 

 

 

從氫能行業層面來看，質子交換膜主要用途為燃料電池和電解制氫。燃料電池本質上就是水電解的逆反應裝置，其中核心部件雙極板的原材料就是質子交換膜。而電解制氫路線中， 有質子交換膜（PEM）和堿性電解槽兩種方法，兩種方案各有優劣。據2020年我國各制氫路 線占比數據顯示，水電解法制氫的產量占比不高（僅占0.03%）。具體到水電解，2015年以 來，質子交換膜法制氫的比例增速明顯高于其他電解方式，但其產能占總電解水制氫產能比 例仍不高（31%）。

 

根據產業界反饋，目前質子交換膜的國內供給仍然不足，大部分需求方仍舊使用進口膜， 這與國產化替代節奏較慢有關。隨著下游需求的井噴和上游原材料生產企業突破技術瓶頸， 國產質子交換膜的生產成本降低，預計質子交換膜的國產化率將進一步提升。

 

 

質子交換膜主要特性：質子交換膜按照含氟量分為全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新 型非氟聚合物膜、復合膜等。目前全氟質子交換膜（全氟磺酸膜）由于其優秀的熱穩定性、 化學穩定性、較高的力學強度以及較高的產業化程度而得到廣泛應用。全氟質子交換膜主要 應用在氯堿工業、燃料電池、電解水制氫、儲能電池等領域。目前全氟質子交換膜是主流的 技術，產業化程度較高；

 

質子交換膜產業鏈梳理：質子交換膜由于其工藝流程復雜而具有了極高的技術壁壘，全 氟質子交換膜的制備需要以帶有磺酸基的全氟乙烯基醚單體、四氟乙烯為原材料，通過共聚 獲得全氟磺酸樹脂，然后進一步制備生成全氟質子交換膜。用于制作質子交換膜的全氟磺酸 樹脂技術壁壘較高，需要企業在原料選擇、合成工藝等方面有較好的技術與經驗積累。全氟 磺酸樹脂的主要玩家有：美國杜邦、美國3M、美國戈爾、比利時索爾維、日本旭化成等。目 前國內全氟磺酸樹脂市場的主要生產廠家為東岳集團、科潤，有項目在研的廠家有：上海三 愛富、巨化集團等少數企業，但產能較小，無法批量供應市場。截至2020年，科慕（原主體 為美國杜邦）、索爾維、旭化成三家占據了全球90%以上的產能，國內對全氟磺酸樹脂進口依 賴度高達99%；

 

 

比對海內外企業質子交換膜的售價，可以發現質子交換膜的價格有較大的下降空間。目前國產質子交換膜主要通過主動壓低價格來獲得競爭優勢，如果實現國產化替代，預計將降低質子交換膜的價格30%-40%。同時近年來隨著技術突破，國產質子交換膜的壽命逐年遞增， 單位時間的質子交換膜的成本也隨之下降。通過拆解科慕Nafion質子交換膜成本結構可以發 現，技術工藝占總生產成本的 85%。我們相信，隨著大規模的生產，質子交換膜的平均成本可 以有效降低；

 

受景氣度反轉影響，國內老牌企業開始全產業鏈布局，新入局玩家紛紛發布擴產計劃。根據國內外主要質子交換膜公司的主要產品特性來看，國內公司中，東岳集團進展最快。2004年東岳集團聯合上海交通大學研發出質子交換膜，性能對標同類產品；2014年至2016年，東岳集團質子交換膜壽命從800小時增長到 6000小時，其研發的DF260膜已經成熟并量產。

 

東岳未來規劃的150萬平方米燃料電池膜和配套化學品產業化項目正在建設，同時配套建成 年產50噸離子膜的全氟磺酸樹脂生產裝置，一期項目（50萬平米）已于2021年投產；江蘇 科潤目前已經能夠實現質子交換膜的小批量供貨，目前科潤集團擁有兩條全氟離子膜生產線， 全氟離子膜產能30萬平米；國家電投旗下的武漢綠動氫能目前已經完成30萬平米的質子交 換膜生產線，可生產8微米到20微米的質子交換膜；此外，浙江漢丞、東材科技等公司均有年產30萬平米以上的質子交換膜項目或計劃落地。上述企業通過研發投入，率先實現質子交換膜的國產化，預計將在產業競爭中獲得先發優勢；

 

綜上分析，我們認為，以下幾點有助于質子交換膜行業保持較好的競爭生態，利好先行者：

 

技術壁壘：原材料制備難度大，要實現大規模制備全氟磺酸樹脂，使其滿足工業生產標準 具有較大難度。其中主要難點包括樹脂的鏈結構、交換容量、分子量的調控；成本可控的 同時保證化學穩定性、機械強度、電化學性能等條件均滿足下游應用需求；（以東岳未來 為例，歷經多年研究，東岳未來生產的質子交換膜壽命從2014年的800小時提升到2020年6000小時，大大降低了使用的綜合成本，具有較高的技術壁壘）

 

 

資質壁壘：質子交換膜下游應用廠家對交換膜性能要求嚴格，由于膜電極的質子傳導率、 厚度和穩定性直接影響燃料電池的綜合性能，因此下游廠家對供應商有嚴格的準入認證。例如 AFCC公司的認證，對于所有應用于燃料電池汽車的元器件都有嚴格的規定和要求， 尤其是燃料電池膜，更是有幾十項鑒定指標，因此具有較高的資質壁壘；

 

環保壁壘：由于氟化工是重污染、高能耗的行業，因此全氟磺酸樹脂和全氟質子交換膜的 生產加工需要嚴格的環保審核，政府對高能耗的氟化工企業限制政策較多，在雙控政策的 影響下，后發者要進入行業需要經過復雜的環境評測；

 

資金壁壘：由于質子交換膜的車間生產條件要求嚴格，全程需要嚴格無塵無水，對設備需 求較高，需要配備全自動的連續成膜設備，因此對整體資金投入要求較高。（2018年東岳未來立項建設氫燃料電池產業項目，投資近10億元建設氫燃料電池質子交換膜的基地， 用于購買質子交換膜生產、檢驗以及配套的研發、試驗設備，建設時間約5年）

 

技術、資質、環保和資金所構筑的綜合性壁壘將有效阻擋新玩家入場，有利于行業整體競爭環境，且國內企業面對的是海外企業的競爭，國內廠商更多是競合關系，相關企業完成預研后可以通過產能擴張快速降低成本，進一步提高自身競爭力。

 

 

目前質子交換膜的下游應用領域主要包括燃料電池、質子交換膜制氫（PEM制氫）、全 釩液流電池以及氯堿工業等領域。其中，氯堿工業使用的是全氟羧酸樹脂，與另外三類不同， 因此下面將就除氯堿工業以外的其他三塊業務（燃料電池、PEM制氫、全釩液流儲能）分析質子交換膜的需求：

 

 

燃料電池是下游核心消費領域：質子交換膜在燃料電池中主要用于雙極板的制作，按照Mairai公司每年生產3000套系統時的成本估算，單車質子交換膜成本可達到電堆總成本的15%以上。截至2021年年底，燃料電池汽車銷售量不到 2000輛（1852輛），但國家產業政 策明確指出要使用燃料電池汽車替代傳統燃油重卡等車型，并通過以獎代補的方式給予相關 車型補貼。根據中國氫能聯盟給出的總體目標路線圖，將來燃料電池汽車發展分三步走：近期目標（2020-2025年）達到 5 萬輛/年，中期目標（2026-2035年）達到130萬輛/年，遠期 目標（2036-2050年）達到 500萬輛/年。到 2025 年，中國 氫燃料電池汽車保有量將達到10萬輛，2030年氫燃料電池汽車保有量將達到100萬輛，2050年氫燃料電池汽車保有量將達到3000萬輛；

 

根據上述分析，我們預計，到2025年，燃料電池用質子交換膜的國內總市場空間將達到9億元，到2030年國內總市場空間將達到67億元，到2050年燃料電池用質子交換膜的總市 場空間將達到2400億元。

 

電解制氫潛力十足：目前氫能的主要生產方式是灰氫（焦煤氣凈化和工業副產氫）和藍氫（天然氣制氫），但由于灰氫對環境造成較大程度的污染，各國政策都在大力扶持綠氫（電解制氫），預計未來氫能的制取將完成從灰氫到綠氫的過渡。而在過渡過程中，制氫成本始 終是人們考慮的重要問題，目前電解制氫主要分為堿性電解法和質子交換膜法，下面將通過已有的三種裝置（NEL公司堿性電解槽、Mcphy公司堿性電解槽，GINER 公司PEM槽）就如何降低制氫成本進行探討；

 

電解氫成本結構分析：電力支出占到了電解制氫50%的成本，因此要降低電解制氫的成 本，首先就要降低電力支出的成本。在恒定的電力輸出 情況下，度電價格在0.6元左右時，堿性電解成本為40元/kg，PEM 電解制氫成本在48.5元 /kg,電解制氫的單位成本較高。而度電成本下降至0.1元時，堿性電解成本下降到9.2元/kg， PEM 電解制氫成本下降到20.5元/kg。通過拆解三種不同裝置制氫成本結構，可以發現不管是堿性電解還是PEM電解，電力成本都占比超過 50%。因此，控制度電成本，將有效降低制氫成本；

 

 

考慮到電力成本是決定電解制氫成本的關鍵因素，下面將從常規電力電解制氫以及可再 生能源電解制氫兩種情形下分析堿性電解法和質子交換膜法的經濟性：

 

常規電力情況下的經濟性分析：小規模情況下，質子交換膜與堿性電解槽成本差距較大；大規模情況下，差距縮小，但質子交換膜的成本始終高于堿性電解槽。這是因為雖然規模效應攤平了固定投資，但PEM制氫的過程催化劑鉑的價格過高導致整體制氫成本偏高，從而在電源平穩輸出的情況下經濟性一般。

 

使用可再生能源進行儲氫的情況下的成本：PEM電解制氫的優點是響應速度快、在電力輸出極端條件下（低于20%負載或150%最大負載以內）仍可正常使用。考慮到可再生能源 的輸出功率變化較大、處于低負載和高負載區間的時間較長的特點，因此在實際使用中使用PEM作為可再生能源電解儲氫的經濟性在現有技術條件下反而可以超過堿性電解法制氫；

 

電解氫市場規模預測：到 2025 年中國電解制氫裝 機量將達到10GW，到2050 年將達到500GW。其中 PEM 電解氫在市場中占比將于2050年達到40%，屆時 PEM制氫的總裝機量將超過200GW；

 

根據上述分析，我們預計，到2025年，PEM 制氫用質子交換膜的國內市場空間將達到2億元，2030年國內市場空間將達到8億元，2050年PEM制氫用質子交換膜的市場空間將達到305億元。

 

全釩液流電池未來可期：全釩液流電池是一種安全高效、富有潛力的儲能裝置，且由于其 安全可靠的液流系統，較之目前主流的儲能電池——鋰離子電池的使用壽命更長（全釩液流電池一般具有 20 年生命周期、6 萬次充放電次數）。隨著其應用場景逐漸增多，成本逐漸下 降，相信全釩液流電池在未來將會有更多的應用空間。目前大部分的全釩液流電池正負極電 解液之間使用的薄膜正是杜邦公司開發的 Nafion 系列質子交換膜。未來隨著全釩液流電池的 推廣，質子交換膜在全釩液流電池上的應用規模也會不斷增長；

 

 

目前儲能方式中，液流電池儲能占比較小，未來需求增長較快。目前主流的儲能技術包括抽水蓄能、鋰離子儲能技術等，液流電池儲能技術占比不高。根據統計，我國2020年全釩液 流電池儲能項目規模在100MW左右。此外，根據《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》 提出的發展新型儲能電池的目標，GGII 預計到2025年液流電池裝機量將超過1000MW。

 

根據上述分析，2020年全釩液流電池用質子交換膜的國內市場空間0.4億元，我們預計，到2025年，全釩液流電池用質子交換膜的國內市場空間將達到2億元。