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一、燃料電池方興未艾，基礎設施系重中之重

氫燃料電池的性能、環保優勢突出，已達到產業化標準，在政策扶持下市場空間廣闊。環保方面，氫燃料電池具備零排放、零污染的特性，有望掀起新一輪的能源革命。性能方面，氫燃料電池汽車與電動汽車相比具備明顯優勢，直擊電動車續航里程短、充電速度慢的痛點。燃料電池汽車的續航里程可達500公里以上，遠勝一般的電動汽車，並且氫燃料汽車的氫燃料加註速度快，無懼電動車充電速度緩慢的問題。政策方面，我國的中長期發展願景是「2030年實現百萬輛氫燃料電池汽車上路行駛，2050年與純電動汽車共同實現汽車零排放」，市場空間廣闊。

完善燃料電池產業鏈中的基礎設施為重中之重，制氫工藝系關鍵一環。燃料電池產業鏈可分為上游的氫能(包括製備、運輸、儲備、加氫等)、中游的燃料電池(包括電堆、裝配件、加濕器等)、以及下游的應用(商用車、乘用車等)。產業鏈的關鍵技術在於高純度氫氣的製取、氫燃料的運輸與配送、燃料電池技術等。基礎設施薄弱是限制我國燃料電池發展的主要原因，今年氫能首次被寫入《政府工作報告》，提出「推進充電、加氫等設施建設」，完善燃料電池基礎設施成為了「重頭戲」。基礎設施中，高純度氫氣的製備是降低燃料電池成本的關鍵一環，充足、穩定供應、價格低廉的高純度氫氣是加氫站實現經濟性運營的必要條件，也是我國氫燃料電池產業發展的重要保證。

燃料電池氫氣規格較高，國家標準於7 月起正式實施，對制氫工藝提出了更高要求。質子交換膜燃料電池憑藉工藝相對簡單、製造成本低、應用範圍廣、啟動速度快等優勢，成為目前燃料電池汽車的主流電池，其對燃料氫氣的純度和部分雜質含量提出了更高要求，相較「高純氫」標準更為嚴苛。2018年12 月，依據《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》協會標準，國家市場監督管理總局和中國國家標準化管理委員會發布了燃料電池氫氣的國家標準GB/T 37244-2018，對燃料氫氣在總硫、總氯化物以及其他雜質的含量做了嚴格標準，該標準在今年7 月1 日起正式實施。

二、制氫路徑:化工副產+電解水搭配有望成為最佳方案

中國現有工業氫氣97%來自化石能源制氫，煤制氫是當前最為經濟的制氫途經。根據草根調研以及市場反饋，我們認為，工業副產氫氣回收以及煤基制氫將是行業發展初期高純度氫氣的主要來源，我國已有的工業副產氫氣足以滿足短期市場啟動需求。考慮到化石資源重整制氫過程難以避免溫室氣體的排放，不利於我國低碳發展目標的實現，長期看，可再生能源制氫會占到主流，《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》預測「2050 年之後，70%氫氣將來源於可再生能源」。

2.1 現有格局:我國煤制氫氣占比最高，工業氫氣產量全球領跑

人工制氫依賴化石資源，國內煤制氫占比較大。目前，全球人工制氫的主要原料以石油、天然氣、煤炭等化石資源為主，相較其他的制氫工藝(如:電解水制氫、光解水制氫、微生物制氫等工藝)，化石資源制氫的工藝相對成熟、原料成本低廉，產量較高，但會排放大量溫室氣體，對環境造成負擔。2017年，全球主要人工制氫原料的96%以上是化石資源，其中約48%為天然氣，僅4% 左右來源於電解水。從國內的制氫原料結構看，煤炭是我國人工制氫的主要原料，占比高達為62%，符合我國「富煤但油氣不足」的資源結構特點，天然氣制氫的占比次之，約19%。

產量方面，我國工業氫氣產量基本滿足國內工業需求。我國是全球第一大產氫國，現有工業制氫產能2500 萬噸/年。中國產業信息網數據顯示，2017年我國工業氫氣產量達到1915萬噸，同比增長3.51%，增速保持穩定，國內工業氫氣需求量約1910萬噸，基本實現供需平衡。

2.2 化石資源/醇類制氫:成本低廉、工藝成熟，已大規模推廣

化石資源/醇類制氫工藝成熟、成本低廉，具備較強的規模效應，是目前工業氫氣的主要製取路徑，但化石資源制氫過程中會排放大量二氧化碳、污染環境，與發展燃料電池、節能減排的理念相左，同時考慮到未來國內徵收高額碳稅的可能性，我們判斷化石資源制氫難以成為燃料電池的主要氫氣來源。

2.2.1 煤制氫

煤氣化制氫的特點是流程長、投資高，運行相對複雜，同時原料相對便宜、帶來成本優勢。主要工藝流程為煤或煤焦與純氧和蒸氣反應得到以H2和CO 為主要組分的煤氣，再經過煤氣凈化、CO變換以及H2提純等生產過程獲得一定純度的氫氣。煤制氫裝置的期初投資額較高，需要大規模製氫，才能分攤折舊壓力，規模越大，成本優勢更明顯。目前國內煤制氫裝置規模通常在每小時幾萬標準立方米至十幾萬標準立方米，投資額在幾億至幾十億不等。煤制氫廢水、廢氣、廢渣排放量大，環保投入大，因此一般用於化工生產，將碳元素轉移到化工產品從而減少碳排放;若單獨生產氫氣，每千克H2約產生19-29kg的CO2 ，按北京2018 年碳交易價50 元/噸考慮，氫氣生產成本會增加1-1.5元/kg。此外，煤制氫氣中含有的雜質較多，對於純化裝置要求較高，從而抬高了其生產總成本。

2.2.2 天然氣制氫

天然氣制氫的特點是流程短、投資低、技術相對成熟、運行穩定、環境友好，但原料成本較高，制氫成本受天然氣價格的影響較大。主要工藝流程為:天然氣與水蒸氣重整製得以H2、CO、CO2為主要組分的合成氣，再經過CO變換以及H2提純生產過程獲得一定純度的氫氣。天然氣制氫是化石能源制氫中最環保的工藝路徑，因此天然氣制氫也是全球氫氣的主要來源，但由於國內天然氣資源相對匱乏且價格昂貴，大規模推廣具備一定難度。碳排放角度看，通過天然氣制氫工藝，每製得1kg 氫氣，將排放10.86-12.49kg的二氧化碳，碳排放量遠低於煤制氫工藝，若徵收高額碳稅，國內天然氣制氫成本有望低於煤制氫成本。

2.2.3 甲醇制氫

甲醇制氫具備規模靈活、投資成本低、碳排放低、原料易得等優勢。國內甲醇制氫主要採用甲醇水蒸氣重整制氫工藝，即甲醇與水蒸氣重整製得以H2、CO、CO2 為主要組分的合成氣，再經過CO變換以及H2 提純等生產過程獲得一定純度的氫氣。甲醇制氫的投資成本低、生產規模靈活，同等規模的投資額約是煤制氣的1/10，天然氣制氫的1/3-1/2。甲醇制氫的碳排放主要在於甲醇生產過程中，如果不考慮甲醇生產過程的碳排放，甲醇制氫排放與天然氣相當。甲醇作為大宗化工原料，有長期穩定的供貨渠道，因此甲醇制氫在國內有龐大的用戶群體。

2.3 工業副產制氫:廢氣利用空間廣闊，產氫規模滿足短中期需求

工業副產制制氫就是將富含氫氣的工業尾氣作為原料，主要採用變壓吸附法(PSA 法)，回收提純制氫。目前主要尾氣來源有氯鹼工業副產氣、焦爐煤氣、輕烴裂解副產氣。與其他制氫方式相比，工業副產品制氫的最大優勢在於幾乎無需額外的資本投入和化石原料投入，所獲氫氣在成本和減排方面有顯著優勢。我們測算了工業副產氫氣的潛在供應量，認為其理論產氫規模足以滿足「2030 年百萬輛燃料電池車上路行駛」的市場需求，是燃料電池發展初期和中期的最佳供氫解決方案之一。

2.3.1 氯鹼副產制氫

氯鹼副產制氫具備提純難度小、雜質含量低、氫氣得到有效利用等優勢。氯鹼廠以食鹽水為原料，採用離子膜或石棉隔膜電解槽，生產出燒鹼、氯氣、以及副產品氫氣。大部分氯鹼廠採用物理吸附法PSA 法，將其副產品氫氣提純，可獲得高純度氫氣，該工藝具備能耗低、投資少、自動化程度高、產品純度高、無污染等優勢。考慮副產氫氣純度在提純前已高達99%以上，主要雜質是氧氣、氮氣、水蒸氣，該工藝下高純度氫氣的生產成本只有1.3-1.5元/Nm3，與其他製備方法相比，成本、環保優勢凸顯。

產量上看，2018年國內燒鹼產量達到3420 萬噸，按每生產1 噸燒鹼可副產280Nm3 氫氣(25kg)測算，每年副產氫氣85.5 萬噸。目前國內氯鹼廠對副產的氫氣有兩種利用方式，其一為與氯氣反應製備鹽酸或製備其它化工品，其二為燃燒釋放熱能(前期投資大)，目前高達30%以上的副產氫氣被直接放空，形成資源浪費。若將被放空的副產氫氣完全利用，理論上可實現25.56 萬噸高純度氫氣的對外供應，可供應超過100萬輛燃料電池車，足以滿足國內燃料電池車短期和中期的用氫需求。

2.3.2 焦爐煤氣制氫

我國是全球最大的焦炭生產國，2018年國內焦炭產量達到4.38 億噸，占全球總產量的60%。焦爐煤氣是煉焦過程的副產物，除含大量氫氣(50%以上)、甲烷之外，其他組分相對複雜，隨原料煤的不同有較大的差別。焦爐煤氣變壓吸附制氫工藝過程分為原料理縮、冷凍凈化分離,變壓吸附脫碳烴、脫硫壓縮、變壓吸附制氫和脫氧等五道工序，最終製取氫氣的純度超過99.99%。國內焦爐煤氣製取氫氣的理論空間最大，但是鋼鐵聯合焦化企業自身循環利用系統通常較為完善，大部分焦化氣已實現充分利用，實際可提純並對外供應的供氫氣量有限。

2.3.3 輕烴裂解制氫

輕烴裂解制氫主要有丙烷脫氫(PDH)和乙烷裂解兩種路徑。

乙烷裂解制乙烯裝置主要集中在北美、中東和東南亞，2017年開始，中國企業發力乙烷制乙烯市場，陸續有多家企業宣布將引進美國低價的輕烴原料生產乙烯。國內乙烷裂解項目正加速落地，據不完全統計，至2022 年末，國內乙烯產能將達到858萬噸，副產氫氣55.34 萬噸(1 噸乙烯副產64.5kg 氫氣)，理論上可供應220 萬輛燃料電池車。

PDH 裝置副產的氫氣純度高，提純難度小，且大部分產能靠近東部沿海地區，與下游燃料電池應用市場緊密貼合，具備廣闊前景。截至2019年6 月末，國內共有10個PDH 項目投產，另有4 個在建，還有多家企業PDH 項目處於前期工作，其中有確切投產年份規劃的有4個。預計到2023 年末，國內18 個PDH 項目丙烯總產能將達1035 萬噸/年，副產氫氣39 萬噸/年，理論上可供應156 萬輛燃料電池車。

2.4 電解水制氫:因地制宜消納可再生能源棄電，前景廣闊

水電解制氫具備工藝簡單、無污染、氫氣產品純度高等優勢，缺點在於成本高、耗電量大、暫不具備大規模推廣應用的可能。電解水制氫是在陰極上發生還原反應析出氫氣和陽極上發生氧化反應析出氧氣的反應，工藝簡單，完全自動化，操作方便。其氫氣產品的純度也極高，一般可以達到99-99.9%水平，且主要雜質為H2O 和O2 ，特別適合對CO等雜質含量要求極為嚴格的質子膜燃料電池。

成本端看，一般製得1標準立方米H2需要耗電4-5kWh、消耗純水1升，水價格便宜，比重較大的是電能的消耗。利用清潔電力制氫有利於促進新能源棄電的消化，也可大幅降低制氫成本。我國可再生能源豐富，可再生能源的開發力度居世界前列，新能源新增及累計裝機容量均排名世界第一，但新能源電力發電量受季節及氣候影響波動較大，無法滿足用電側負荷的穩定性，因而棄風、棄光、棄水現象十分嚴重。2018 年全國平均棄風率為7%、棄光率為3%、棄水率為5%，棄風率最高的地區棄風率達23%，棄光較嚴重的地區棄光率達16%，清潔電力的消納形勢嚴峻。我們認為，因地制宜發展水電解制氫前景廣闊，在棄電嚴重的地區，有望成為消納清潔電力的解決方案。2018 年全國可再生能源棄電量約1,000億千瓦時，若全部用於電解水制氫，理論上可轉換為180 萬噸氫氣。

2.5 未來方向:化工副產氫氣適合大規模推廣，電解水前景廣闊

我們從成本、規模、環保等三個維度對上述制氫工藝做了綜合比較，結論是:短中期看，化工副產氫氣最適合大規模推廣，成為燃料電池的主要供氫來源，

將過往浪費的副產氫氣充分利用，足以滿足「2030 年百萬輛燃料電池車上路行駛」的目標;但從長遠看，化工副產氫氣受限於主產品的產能限制，未來必然會遭遇產能瓶頸，而最環保的電解水制氫在實現技術突破後有望後來居上，成為長期供氫的主流來源。

成本:對於化石能源制氫和水電解制氫等工藝，原料費用或當地基礎能源價格決定了氫氣的生產成本;對於工業副產制氫工藝，副產氫氣的價格和提純裝置的折舊直接決定了氫氣的成本。根據相關文獻和草根調研，我們測算出工業副產制氫的成本可控制在3.36-16.8元/kg，優於其他所有制氫工藝。

規模:規模角度看，國內工業氫氣生產仍將以化石能源為主要原料，但在燃料電池產業重點發展的長三角、珠三角、環渤海等地區，工業副產制氫是更佳的解決方案，大規模的氯鹼裝置、PDH 裝置、乙烷裂解裝置為周邊地區的氫氣供應提供保障，理論制氫規模足以滿足燃料電池汽車的短中期需求，也為電解水制氫的技術突破留足時間。工業副產氫氣受限於主產品的產能，制氫規模存在天花板，長期必將遇到產能瓶頸。而水電解制氫的原料易得、節能環保，若未來技術突破帶動成本大幅下降，預計屆時將成為制氫的主流工藝。

環保:從溫室氣體減排的角度看，清潔能源電解水制氫是最環保的工藝路線，化工副產制氫次之，化石能源制氫的碳排放量最大。

三、相關標的

我們認為氯鹼副產制氫和輕烴裂解制氫有望成為短期和中期的主流制氫路線，考慮到當前以氣氫運輸為主、存在經濟半徑，制氫企業需要結合自身區位的優勢，與下游應用端進行匹配，相關標的:略。

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（報告來源：川財證券；分析師：白竣天）