人類歷*每一次能源利用的里程碑式發(fā)展，都會(huì)開啟一個(gè)新的時(shí)代。從木柴到煤炭再到石油，人類文明也隨之飛速進(jìn)步，同時(shí)也越來越離不開能源。

而目前煤炭和石油等石化能源正面臨著枯竭，人類文明又將面臨一個(gè)重大的轉(zhuǎn)折。未來能源的選擇將何去何從？

答案似乎模糊卻也清晰，、清潔、可持續(xù)是要素，其中是必要條件。

就意味著能量密度高，尋蹤能源發(fā)展史不難發(fā)現(xiàn)每次能源的更迭都是在向更高的能量密度發(fā)展。

由此來看，目前所知的燃料中能量密度zui高就是氫氣，同時(shí)它還具備清潔和可持續(xù)的優(yōu)勢(shì)，因此氫能極大概率將成為能源的*之路。

核心觀點(diǎn)

1.氫能儲(chǔ)量大污染小效率高，有望取代傳統(tǒng)能源，市場直逼4萬億美元。

• 氫是的替代能源。氫元素是宇宙zui豐富的元素，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。氫取自于水，反應(yīng)后生成水，實(shí)現(xiàn)了可循環(huán)*，同時(shí)氫能熱值142KJ/g，效率高，并且無工作溫度限制。

• 目前傳統(tǒng)能源的年均消費(fèi)量有45億億英熱單位，對(duì)應(yīng)市場空間超過3萬8千億美元。如果氫能源成功替代傳統(tǒng)能源，其市場空間將直逼4萬億美元。

2.上游電解水制氫技術(shù)將成主流，成本是掣肘，期待電價(jià)下降帶來利潤空間。

• 制氫途徑主要有熱化學(xué)重整、電解水和光解水三類。當(dāng)前主要以石化燃料化學(xué)重整為主，但是該方法不可持續(xù)也不環(huán)保；光解水是理論上的技術(shù)，但仍處于研究階段。

• 電解水低碳可持續(xù)，并且技術(shù)業(yè)已成熟，高電價(jià)引起的高成本是目前的主要障礙。近幾年，可再生能源發(fā)電的裝機(jī)總量和發(fā)電量都在快速增長，電價(jià)下降是必然趨勢(shì)，所以我們預(yù)測未來5-10年電解水制氫即將“有利可圖”。

3.中游高密度儲(chǔ)氫是關(guān)鍵，高壓氣態(tài)是過渡，看好化學(xué)儲(chǔ)氫帶來產(chǎn)業(yè)突破。

• 高密度儲(chǔ)氫有低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫三種。低溫儲(chǔ)氫不經(jīng)濟(jì)；高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前商業(yè)應(yīng)用的主要方式，但是比容量低限制了它的長遠(yuǎn)發(fā)展。

• 化學(xué)儲(chǔ)氫是的，比容量高、安全性好、成本低，但是材料的可逆吸放氫和吸放氫溫度技術(shù)問題尚待攻克，一旦取得突破將打通整條氫能源產(chǎn)業(yè)鏈。

4.下游固定式領(lǐng)域發(fā)展穩(wěn)定，汽車領(lǐng)域或?qū)⒓ぐl(fā)1萬5千億美元的市場空間，無人機(jī)上的應(yīng)用將是未來看點(diǎn)。

• 氫能源應(yīng)用以燃料電池為基礎(chǔ)，目前主要分布在叉、固定式和便攜式三個(gè)方面。

• 固定式領(lǐng)域發(fā)展快速，2013出貨功率187百萬瓦特，年增長率達(dá)到50%。交通領(lǐng)域，叉車市場向好，在美國年復(fù)合增速高達(dá)52%，小型車或在豐田Mirai*下取得突破，看1萬5千億美元的市場空間。消費(fèi)級(jí)無人機(jī)預(yù)計(jì)將迎來爆發(fā)元年，其功能系統(tǒng)目前主要是鋰電池，搭載氫燃料電池的無人機(jī)具有輕量和高續(xù)航特性或?qū)?qiáng)勢(shì)逆襲。

5.建議關(guān)注公司：三環(huán)集團(tuán)、富瑞特裝、長城電工。

• 三環(huán)集團(tuán)：固體氧化物燃料電池隔膜板的主要供應(yīng)商。

• 富瑞特裝：突破儲(chǔ)氫材料技術(shù)的企業(yè)。

• 長城電工：控股中國燃料電池領(lǐng)域規(guī)模zui大的企業(yè)新源動(dòng)力9%的股權(quán)。

一、能源短缺和環(huán)境惡化，可持續(xù)清潔能源的開發(fā)迫在眉睫

1.傳統(tǒng)石化能源可用年數(shù)不超過120年。

能源是人類生存、生活與發(fā)展寸步難離的能量載體。沒有能源我們?nèi)祟惿鐣?huì)將至少倒退百年。

現(xiàn)如今大部分化學(xué)能源的儲(chǔ)量日益減少，由能源消費(fèi)引起的環(huán)境污染問題也愈發(fā)嚴(yán)重，而人類對(duì)能源的需求卻在與日俱增。這兩者的矛盾愈演愈烈，催化了新能源變革的加速發(fā)展。

目前人類年均能源消費(fèi)總量超過127億噸石油當(dāng)量，以傳統(tǒng)的石化能源石油、煤炭和天然氣為主，占據(jù)了總能源消費(fèi)量的80%以上。

而石化能源的儲(chǔ)量是有限的，據(jù)BP統(tǒng)計(jì)，按照目前的采儲(chǔ)比，煤炭、石油和天然氣的可使用年限分別僅剩113年、55年和53年。也就是說，如果不開發(fā)新的能源，一百多年以后，人類將面臨能源耗竭的絕境。

煤炭、石油和天然氣的等，除了是能源系統(tǒng)的支柱外，同時(shí)還是橡膠、塑料制品、化纖、農(nóng)藥、醫(yī)藥等生活用品的原料來源，在人類生活的方方面面都扮演著*的角色。

傳統(tǒng)能源的耗竭，不僅意味著整個(gè)能源體系的癱瘓，我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷娑紝⑸钍苡绊憽?/span>

2.環(huán)境惡化，生存受到挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)石化能源的組成元素主要是C、H、O，其中大部分還含有S、N等雜質(zhì)元素，在它燃燒供能的過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生碳氧化物、硫化物、氮氧化物等危害環(huán)境的污染氣體，其中尤以碳氧化物的排放zui為嚴(yán)重。

據(jù)統(tǒng)計(jì)年均排放的二氧化碳量是消耗的化石燃料的兩倍多，也即使用1噸石油將排放2噸的二氧化碳。

由此造成的大氣污染、溫室效應(yīng)等環(huán)境破壞已經(jīng)對(duì)人類生活造成嚴(yán)重影響。前兩年柴靜的穹頂之下向我們揭示了中國霧霾的嚴(yán)峻性，變暖導(dǎo)致的冰川融化和海平面上升也都在不斷吞噬著人類的生存環(huán)境。

3.可持續(xù)清潔能源的開發(fā)是*解決方案

在能源短缺和環(huán)境惡化兩大困境的威脅下，可持續(xù)清潔能源的開發(fā)日益迫切。

傳統(tǒng)能源中80%以上都被用作能量載體為交通運(yùn)輸、工業(yè)和發(fā)電提供能量，如果將這部分消耗的石化能源用可持續(xù)清潔能源替代，能源和環(huán)境問題都將迎刃而解。

二、氫能源是*能源之路

目前可替代的新能源包括可再生電力、生物質(zhì)和氫能等，我們認(rèn)為氫能是的新能源，zui有希望成為能源的*解決方案。

因?yàn)闅淠芟啾扔谄渌茉捶桨赣酗@著的優(yōu)勢(shì)：

1）儲(chǔ)量大、污染小、效率高；

2）比能量高（單位質(zhì)量所蘊(yùn)含的能量高）；

3）可持續(xù)發(fā)展。

1.氫能大儲(chǔ)量、*、率

氫元素是宇宙儲(chǔ)量zui豐富的，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，在地球上排第三，大儲(chǔ)量保證其作為能源供給的充足性。此外，氫元素主要以水的形式存在，原料非常容易獲取。

此外，氫氣的供能方式主要是和氧氣反應(yīng)生成水釋放化學(xué)能，其產(chǎn)物除了水無其他中間產(chǎn)物，整個(gè)供能過程無浪費(fèi)、*。

2.氫能源生產(chǎn)和使用形成可循環(huán)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

氫能的研究已經(jīng)有幾百年的歷史了。1766年，卡文迪許*次從酸和金屬反應(yīng)中制得了氫氣，1818年英國有目的的電解水制取氫氣，開發(fā)了新的氫氣來源“水”。

1970年通用汽車提出“氫經(jīng)濟(jì)”的概念。近年來，隨著燃料電池的迅速發(fā)展，氫能作為zui適宜的燃料也隨之進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展階段。

下圖是 “氫經(jīng)濟(jì)”概念示意圖，氫能來自于水用，使用后的產(chǎn)物仍為水，由此形成一個(gè)可循環(huán)閉環(huán)系統(tǒng)，具有可持續(xù)性。

3.氫氣比能量高，易于實(shí)現(xiàn)輕量化和高續(xù)航

氫氣是常見燃料中熱值z(mì)ui高的（142KJ/g），約是石油的3倍，煤炭的4.5倍。這意味著，消耗相同質(zhì)量的石油、煤炭和氫氣，氫氣所提供的能量zui大，這一特性是滿足汽車、航空航天等實(shí)現(xiàn)輕量化的重要因素之一。

現(xiàn)階段來看，氫氣作為能量載體的zui大競爭對(duì)手是電池。目前電池市場發(fā)展已經(jīng)很成熟，然而氫能具備電池所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，氫氣的比能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電池，并且沒有工作溫度限制（電池工作溫度范圍大概在-20℃~60℃）。

以現(xiàn)在電池領(lǐng)域性能很好的鋰電池為例，組裝一顆鋰電池需要相互匹配的正負(fù)極，就按目前理論容量zui高的兩種電池正負(fù)極材料來計(jì)算：

（負(fù)極 Si： 4200mAh/g；正極LiMn2O4：320mAh/g），鋰電比能量=容量*輸出電壓/質(zhì)量=4200*4/(1+4200/320)=2KJ/g，算上電池殼等組件（0.5的系數(shù)），其比zui終能量=2*0.5=1KJ/g。

而氫的理論比能量=142 KJ/g，是鋰電池理論比能量的71倍，即使加上儲(chǔ)氫材料（以目前所能實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量比容量5.4%計(jì)算，未來還將持續(xù)增加），其比能量=142*0.054=7.67KJ/g，也達(dá)到鋰電池的7倍多。

比能量高和無工作溫度限制所帶來的優(yōu)勢(shì)是十分顯著的。比如，鋰電手機(jī)一天就要充好幾次電，如果換做氫能充氫一秒鐘使用一星期再也不是夢(mèng)想。

尤其是在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，可以大大提高行駛里程，汽車、飛機(jī)、輪船、潛艇將均可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。并且在環(huán)境中，比如冬天會(huì)達(dá)到零下四十多度的北方還有南極等地方，氫能都能正常使用。

4.未來電和氫將成為能源結(jié)構(gòu)兩大支柱，實(shí)現(xiàn)能源的標(biāo)準(zhǔn)化

氫是的新能源，zui有希望取代傳統(tǒng)能源成為能源的*解決方案，未來我們將跨入一個(gè)嶄新的能源社會(huì)——氫能源社會(huì)。

在氫能源社會(huì)，將只存在兩種能源：氫能和電能，由他們共同構(gòu)成整個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)，成為能源結(jié)構(gòu)中的兩大支柱，并實(shí)現(xiàn)能源的標(biāo)準(zhǔn)化。

在未來，我們將通過一次能源（太陽能、風(fēng)能、海洋能、熱能等）的轉(zhuǎn)換來獲取氫和電能，同時(shí)氫氣可以通過燃料電池技術(shù)來發(fā)電，而電也可以作用于水制取氫氣，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

在電網(wǎng)延生到的地方我們可以取電之便利，而在電網(wǎng)之外我們用氫氣儲(chǔ)能和供能。

三、能源正處于產(chǎn)業(yè)化前夕，市場空間直逼4萬億美元

氫能源具備各種顯著優(yōu)勢(shì)也存在迫切需要，市場空間也十分廣闊。從產(chǎn)業(yè)角度看，氫能已經(jīng)走在產(chǎn)業(yè)化前夕。

1.氫能大藍(lán)海，想象空間無限

目前，傳統(tǒng)能源的年均消費(fèi)量分別為石油170793.38萬億英熱單位、煤炭159216.83萬億英熱單位和天然氣125718.18萬億英熱單位，對(duì)應(yīng)單價(jià)水平分別為16.90、3.71和2.97美元/百萬英熱單位，以此計(jì)算每年要消耗掉的能源價(jià)值超過3萬8千億美元。

氫能作為能源的*解決方案，將*取代傳統(tǒng)能源，市場空間將直逼4萬億美元。

2.氫能發(fā)展已進(jìn)入市場推廣階段，政策支持發(fā)展有保障

根據(jù)美國能源署氫能源計(jì)劃顯示一個(gè)新產(chǎn)業(yè)的新起一般需經(jīng)歷四個(gè)階段：

1.技術(shù)研究；

2.過渡到市場；

3.基礎(chǔ)設(shè)施完善；

4實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

而氫能的應(yīng)用已經(jīng)積累了科學(xué)家們的大量研究已開始逐漸走向市場，正處于其第二個(gè)階段，產(chǎn)業(yè)化之日即將到來。

在第二個(gè)階段政策仍然起主導(dǎo)作用。從范圍看，很多國家都出臺(tái)了強(qiáng)有力的扶持政策，其中力度zui大響應(yīng)zui積極的是日本，歐盟、美國混合韓國緊跟其上，印度、冰島、加拿大和巴西也有部署，中國也頻出相關(guān)政策。

3.氫能產(chǎn)業(yè)鏈三大環(huán)節(jié)：上游看電解水、中游看化學(xué)儲(chǔ)氫、下游交通領(lǐng)域值得期待

1、氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為上游制氫、中游儲(chǔ)氫和下游應(yīng)用三大環(huán)節(jié)

氫能的上游是氫氣的制備，主要技術(shù)方式有傳統(tǒng)能源的熱化學(xué)重整、電解水和光解水；中游是氫氣的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，主要技術(shù)方式包括低溫液態(tài)、高壓氣態(tài)和固體材料儲(chǔ)氫；下游是氫氣的應(yīng)用，氫氣應(yīng)用可以滲透到傳統(tǒng)能源的各個(gè)方面，包括交通運(yùn)輸、工業(yè)燃料、發(fā)電等，主要技術(shù)是直接燃燒和燃料電池技術(shù)。

有力的政策支撐將保證氫能源的順利發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)氫能源產(chǎn)業(yè)化的必要條件。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈三大環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都很很高的技術(shù)壁壘和難題，目前我們看好上游的電解水制氫技術(shù)、中游的化學(xué)儲(chǔ)氫技術(shù)和下游的燃料電池技術(shù)。

2、上游制氫：電解水制氫將成主流，成本將隨電價(jià)下降而下降

（1）制氫途徑主要有熱化學(xué)重整、電解水和光解水三類

氫能是一種二次能源不可以直接獲得，需要通過制備獲得。目前制氫技術(shù)主要有傳統(tǒng)能源和生物質(zhì)的熱化學(xué)重整、水的電解和水的光解。

其中化石能源重整是主導(dǎo)，成本低并且已“有利可圖”，但不可持續(xù)、不環(huán)保；電解水制氫將成主流，成本將隨電價(jià)而下降；光解水效率太低，期待技術(shù)突破。

（2）當(dāng)前制氫主要以石化燃料為主要原料，不可持續(xù)不環(huán)保

2014年制氫能力為14400百萬標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天，目前維持在一個(gè)較為穩(wěn)定的水平。

其中96%連源于傳統(tǒng)能源的熱化學(xué)重整，還有4%來自于電解水。其用途主要是資源性的，作為化工合成的中間產(chǎn)品或原料，其中60%被用于合成氨，38%用于煉廠石油和煤炭的深加工。

對(duì)比幾種主要制氫技術(shù)的成本，煤氣化制氫的成本zui低，為1.67美元每千克，其次是天然氣制氫2.00美元每千克，甲醇裂解3.99美元每千克，成本zui高的是水電解，達(dá)到5.20美元每千克。

相對(duì)于石油售價(jià)，煤氣化和天然氣重整已有利潤空間，而電解水制氫成本仍高高在上。

雖然目前電解水制氫成本遠(yuǎn)高于石化燃料，而煤氣化制氫和天然氣重整制氫相對(duì)于石油售價(jià)已經(jīng)存在利潤空間。但是用化石燃料制取氫氣不可持續(xù)，不能解決能源和環(huán)境的根本矛盾。

并且碳排放量高，煤氣化制氫二氧化碳排放量高達(dá)193kg/GJ，天然氣重整制氫也有69 kg/GJ，對(duì)環(huán)境不友好。

而電解水制氫是可持續(xù)和低污染的，這種方法的二氧化碳排放zui高不超過30 kg/GJ，遠(yuǎn)低于煤氣化制氫和天然氣重整制氫。

同時(shí)電解水制氫的技術(shù)相對(duì)已經(jīng)比較成熟，制氫效率也已經(jīng)能達(dá)到70%，未來電解水成本下降也是必然趨勢(shì)，所以我們認(rèn)為電解水有望成為制氫的主流技術(shù)。

（3）光解水制氫技術(shù)看似理想實(shí)則困難重重

光解水制氫是一種理想的制氫技術(shù)。它的原理是直接利用太陽能，在光催化劑的協(xié)助下，將水分解產(chǎn)生氫氣。這種方法直接利用一次能源，沒有能源轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的浪費(fèi)，理論上簡單。

然而，這種制氫方法面臨的技術(shù)仍然面臨很多問題。制氫效率低（不到4%）是zui主要的問題，所以它離實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)長的距離。

光催化材料的帶隙與可見光能量匹配，光催化材料的能帶位置與反應(yīng)物電極電位匹配，降低光生電子-空穴的復(fù)合率是克服這一困難的三大待攻克技術(shù)難關(guān)。

（4）電解水制氫技術(shù)成本將隨電價(jià)下降而顯著下降，將成為未來制氫的主流技術(shù)電解水制氫成本主要來源于固定資產(chǎn)投資、電和固定生產(chǎn)運(yùn)維這四項(xiàng)開支，其中電價(jià)高是造成電解水成本高的主要原因，電價(jià)占其總成本的78%。因而電價(jià)的下降必將帶來氫氣成本的大幅下降。

近幾年，可再生能源發(fā)電的裝機(jī)總量和發(fā)電量都在快速增長，電價(jià)的下降是必然趨勢(shì)。中國已有相關(guān)政策出臺(tái)，發(fā)改委下發(fā)關(guān)于適當(dāng)調(diào)整陸上風(fēng)電*上網(wǎng)電價(jià)的通知，將第I類、II類和III類資源區(qū)風(fēng)電*上網(wǎng)電價(jià)每千瓦時(shí)降低2分錢。

電解水制氫成本未來會(huì)下降。電價(jià)下降和技術(shù)發(fā)展、規(guī)?；?yīng)，都會(huì)使氫氣成本下降，并且一般新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化都走在*實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性之前，電解水產(chǎn)業(yè)即將興盛。所以我們預(yù)測未來5-10年電解水制氫即將“有利可圖”。

3、中游儲(chǔ)運(yùn)：高密度儲(chǔ)氫是關(guān)鍵，儲(chǔ)氫材料突破將助力氫能大發(fā)展

氫是所有元素中zui輕的，在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為0.0899 kg/m3 ，是水的萬分之一，因此其高密度儲(chǔ)存一直是一個(gè)難題。儲(chǔ)氫問題一旦突破，氫能必將迎來繁榮發(fā)展。

（1）儲(chǔ)氫技術(shù)分類：低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫

目前儲(chǔ)氫方法主要分為低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫三種。

（2）低溫液態(tài)儲(chǔ)氫不經(jīng)濟(jì)

液態(tài)氫的密度是氣體氫的845倍。液態(tài)氫的體積能量密度比壓縮狀態(tài)下的氫氣高出數(shù)倍，如果氫氣能以液態(tài)形式存在，那它替換傳統(tǒng)能源將水到渠成，儲(chǔ)運(yùn)簡單安全體積占比小。

但事實(shí)上，要把氣態(tài)的氫變成液態(tài)的并不容易，液化1kg的氫氣需要耗電4-10 kWh，液氫的存儲(chǔ)也需要耐超低溫和保持超低溫的特殊容器，儲(chǔ)存容器需要抗凍、抗壓以及必須嚴(yán)格絕熱。

所以這種方法極不經(jīng)濟(jì)，僅適用于不太計(jì)較成本問題且短時(shí)間內(nèi)需迅速耗氫的航天航空領(lǐng)域。

（3）高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用zui成熟的技術(shù)，但是致命缺點(diǎn)是體積比容量小

高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前zui常用并且發(fā)展比較成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)，其儲(chǔ)存方式是采用高壓將氫氣壓縮到一個(gè)耐高壓的容器里。

目前所使用的容器是鋼瓶，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快。但是存在泄露爆炸隱患，安全性能較差。

并且該技術(shù)還有一個(gè)致命的弱點(diǎn)就是體積比容量低，DOE的目標(biāo)體積儲(chǔ)氫容量70g/L，而鋼瓶目前所能達(dá)到zui高的體積比容量也僅有25g/L。

而且要達(dá)能耐受高壓并保證安全性，現(xiàn)在上主要采用碳纖維鋼瓶，碳纖維材料價(jià)格非常昂貴，所以它并非是理想的選擇，可以作為過渡階段使用。

（4）儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫——儲(chǔ)氫密度大，發(fā)展?jié)摿?/span>

儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫就是利用氫氣與儲(chǔ)氫材料之間發(fā)生物理或者化學(xué)變化從而轉(zhuǎn)化為固溶體或者氫化物的形式來進(jìn)行氫氣儲(chǔ)存的一種儲(chǔ)氫方式。

儲(chǔ)氫材料zui大的優(yōu)勢(shì)是儲(chǔ)氫體積密度大，相同質(zhì)量的氫氣用儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)存占用空間zui少。

并且操作容易、運(yùn)輸方便、成本低、安全等，恰好克服了高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫的缺點(diǎn)，成為發(fā)展?jié)摿Φ囊环N儲(chǔ)氫方式。但是它們?nèi)匀淮嬖谝恍┘夹g(shù)問題待解決。

儲(chǔ)氫材料種類非常多，主要可分為物理吸附儲(chǔ)氫和化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫。其中物理吸附儲(chǔ)氫又可分為金屬有機(jī)框架（MOFs）和納米結(jié)構(gòu)碳材料，化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫又可分為金屬氫化物（包括簡單金屬氫化物和簡單金屬氫化物），非金屬物（包括硼氫化物和有機(jī)氫化物）。

物理吸附儲(chǔ)氫材料是借助氣體分子與儲(chǔ)氫材料間的較弱的范德華力來進(jìn)行儲(chǔ)氫的一種材料。

納米結(jié)構(gòu)碳材料包括碳納米管、富勒稀、納米碳纖維等，在77K下zui大可以吸附約4wt%氫氣。

金屬有機(jī)框架材料(MOFs) 具有較碳納米材料更高的儲(chǔ)氫量，可以達(dá)到4.5wt%，并且MOFs的儲(chǔ)氫容量與其比表面積大致呈正比關(guān)系。

但是，這些物理吸附儲(chǔ)氫材料是借助氣體分子與儲(chǔ)氫材料間的較弱的范德華力來進(jìn)行儲(chǔ)氫，根據(jù)熱力學(xué)推算其只能在低溫下大量吸氫。

化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫的zui大特點(diǎn)是儲(chǔ)氫量大，目前所知的就有至少16種材料理論儲(chǔ)氫量超過DOEzui終目標(biāo)7.5wt%，有不下6種理論儲(chǔ)氫量大于12wt%。

并且在這種儲(chǔ)氫材料中，氫是以原子狀態(tài)儲(chǔ)存于合金中，受熱效應(yīng)和速度的制約，輸運(yùn)更加安全。

但同時(shí)由于這類材料的氫化物過于穩(wěn)定，熱交換比較困難，加/脫氫只能在較高溫度下進(jìn)行，這是制約氫化物儲(chǔ)氫實(shí)際應(yīng)用的主要因素。

目前各種材料基本都處于研究階段，均存在不同的問題。金屬有機(jī)框架（MOFs）體系可逆，但操作溫度低；納米結(jié)構(gòu)材料操作溫度低，儲(chǔ)氫溫度低；金屬氫化物體系可逆，但多含重物質(zhì)元素，儲(chǔ)氫容量低；二元金屬氫化物體系可逆，但熱力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)差；復(fù)雜金屬氫化物儲(chǔ)氫容量高，局部可逆，種類多樣；非金屬氫化物儲(chǔ)存容量高，溫度適宜，但體系不可逆。

實(shí)現(xiàn)“儲(chǔ)氫”的技術(shù)路線主要是要克服吸放氫溫度的限制。

4、下游應(yīng)用：萬事俱備只欠東風(fēng)，交通領(lǐng)域起飛在即，無人機(jī)上的應(yīng)用有望成為突破口

氫能源的應(yīng)用有兩種方式：一是直接燃燒（氫內(nèi)燃機(jī)），二是采用燃料電池技術(shù)，燃料電池技術(shù)相比于氫內(nèi)燃機(jī)效率更高，故更具發(fā)展?jié)摿Α?/span>

目前以燃料電池技術(shù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用已經(jīng)很廣闊，現(xiàn)階段主要分布在叉、固定式和便攜式三個(gè)方面，燃料電池車正在大力推進(jìn)中，未來將遍及所有能源相關(guān)下游包括汽車、發(fā)電和儲(chǔ)能等領(lǐng)域。

從燃料電池出貨量來看，目前市場主要集中在亞洲和北美，其中北美增長較快，經(jīng)過幾年的發(fā)展已經(jīng)成為燃料電池zui主要的市場，占比達(dá)到76%。

燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域以固定式領(lǐng)域?yàn)橹?，其次是交通運(yùn)輸領(lǐng)域，便攜式領(lǐng)域雖然數(shù)量比交通領(lǐng)域多，但因?yàn)槿萘啃?，因此出貨功率非常小，占比幾乎可以忽略不?jì)。

（1）便攜式領(lǐng)域阻礙重重，有望在軍用領(lǐng)域異軍突起

便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用主要有玩具、小型電源、消費(fèi)性電子產(chǎn)品和軍用電子產(chǎn)品。便攜式燃料電池具備體積小、質(zhì)量輕、效率高、壽命長、運(yùn)行溫度低、紅外信號(hào)低、隱身性能好、運(yùn)行可靠、噪聲低、污染少等優(yōu)點(diǎn)。

此外后勤優(yōu)勢(shì)顯著，因?yàn)樗碾娙萘看?，能夠極大地減輕電池帶來的后勤負(fù)擔(dān)。

但是由于氫氣成本過高以及鋰電在便攜式領(lǐng)域市場成熟，燃料電池很難在短期內(nèi)快速占領(lǐng)這塊市場。不過在軍用領(lǐng)域，燃料電池紅外信號(hào)低、隱身性能好、運(yùn)行可靠、噪聲低和后勤負(fù)擔(dān)低的優(yōu)勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景，其發(fā)展或?qū)⒂纱颂幫黄啤?/span>

美軍燃料電池分類中便攜式占比38%，比重較大。2012年，美國、德國、加拿大對(duì)燃料電池的資金投入都非常大。所以我們有理由期待它在軍用領(lǐng)域異軍突起。

（2）固定式領(lǐng)域是，市場逐步壯大

燃料電池因其效率高、持久性好、環(huán)境適應(yīng)度強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于通信基站和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

固定式領(lǐng)域燃料電池出貨量發(fā)展速度快，出貨臺(tái)數(shù)年復(fù)合增速達(dá)到了53%，出貨功率年復(fù)合增速17%。

固定式領(lǐng)域燃料電池的供應(yīng)商主要分布在美國、日本、澳大利亞和歐洲。

（3）交通領(lǐng)域起飛在即，市場空間將超過1萬5千億美元。

燃料電池車相比傳統(tǒng)汽車，具有無污染，“*車”，無噪聲，無傳動(dòng)部件的優(yōu)勢(shì)，相比電動(dòng)車，具有續(xù)航里程長，充電時(shí)間段，起動(dòng)快（8秒鐘即可達(dá)全負(fù)荷）的優(yōu)勢(shì)。因此非常具有發(fā)展前景。

目前燃料電池車快速增長，2015年投入運(yùn)營的數(shù)量增速達(dá)到122%，計(jì)劃增加的數(shù)量增速達(dá)到198%。從占比看，乘用車zui大，占據(jù)了80%左右的份額。

運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)展起來的是叉車搬運(yùn)市場，目前主要集中在美國。2008年美國叉車銷售數(shù)量在500輛左右，2012年將近4000輛，年復(fù)合增速高達(dá)52%。并且據(jù)DOE調(diào)查顯示，歐洲潛在市場更加廣闊，預(yù)測高于美國市場56%。

燃料電池叉車主要客戶為大的消費(fèi)品公司和超市，比如沃爾瑪、寶潔和可口可樂等，供應(yīng)商主要是丹麥的H2Logic、加拿大的Hydrogenics、美國的Nuv era Fuel Cells和Oorja Protonics。

小型燃料電池車的發(fā)展將觸發(fā)氫能源爆發(fā)式發(fā)展。汽車銷量逐年增長，2014年達(dá)到8700多萬輛，汽車需求量仍十分旺盛。

并且據(jù)BP預(yù)測，2015年運(yùn)輸領(lǐng)域能源消耗量將大于2331.55百萬噸油當(dāng)量，未來也呈增長態(tài)勢(shì)。按此計(jì)算，僅交通運(yùn)輸領(lǐng)域，氫能源的市場空間將逾1萬5千億美元。

小型燃料電池車現(xiàn)在正處于商業(yè)化轉(zhuǎn)化中。不過從1994年戴姆勒公司就成功研制了燃料電池車NECAR1，豐田、本田、通用和現(xiàn)代也相繼加入燃料電池車行列，其中日本豐田成為，在2015年向歐美發(fā)售其新款Marai燃料電池車。     

Marai與普通電動(dòng)車相比在性能上有很大的優(yōu)勢(shì)。續(xù)航距離約700km，足夠普通家庭日常使用一周以上，是普通電動(dòng)車的四到五倍，并且隨著行駛里程的加長，在系統(tǒng)成本上相對(duì)于普通電動(dòng)車也將占優(yōu)勢(shì)。

此外，加氫時(shí)間僅需3分鐘，zui低啟動(dòng)溫度可在零下30度，行駛過程中不排放二氧化碳。

市場買單，MIRIA訂單超預(yù)期。豐田原計(jì)劃2015年在日本國內(nèi)銷售400輛、向海外出口300輛燃料電池汽車，主要銷往美國和歐洲。MIRAI發(fā)售后，在日本訂單超過3000輛，在美國約2000輛的訂單，遠(yuǎn)超公司預(yù)期。

但目前由于燃料電池難以量產(chǎn)，同時(shí)MIRAI基本為手工制造，因此目前年產(chǎn)能僅為700輛。為此豐田將采取措施分階段提供MIRAI的產(chǎn)能，計(jì)劃到2016年產(chǎn)能增至2000輛，2017年增至3000輛。

公司預(yù)計(jì)明年將售出2000輛氫燃料電池車，并計(jì)劃2020年前范圍內(nèi)銷售總量達(dá)到3萬輛。

但是燃料電池車的發(fā)展并不是這么順利，除了受制于前面所提到的儲(chǔ)氫問題外，加氫站網(wǎng)絡(luò)尚未建成也是一個(gè)阻礙因素。

目前加氫站在北美、歐洲、日本、中國、韓國和澳大利亞有分布，在運(yùn)總數(shù)也不足200座，即使加上建設(shè)中和計(jì)劃建設(shè)的總量也不到300座，并且目前加氫站建設(shè)的投資和周期也比較長，很難實(shí)現(xiàn)快速布局。加氫站網(wǎng)絡(luò)的極度不完善是氫動(dòng)力車的市場推廣非常大的阻力。

不過為了實(shí)現(xiàn)氫能源的飛躍發(fā)展，各國政府大力支持積極推進(jìn)加氫站建設(shè)，其中美洲增速zui快，歐洲數(shù)量zui多，亞洲也在積極布局中。

并且日前福田汽車取得的氫能源客車大訂單也將極大的催化氫能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。福田公司公告公司取得了100輛8.5m氫燃料電池電動(dòng)客車訂單，是目前zui大批量的氫燃料電池電動(dòng)客車訂單，其順利履行，將有利于推動(dòng)氫能汽車產(chǎn)業(yè)市場化進(jìn)程。

（4）搭乘無人機(jī)高速列車，或?qū)⒋蜷_新的市場

無人機(jī)發(fā)展至今已在很多領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，近兩年也逐步進(jìn)入人們的視野成為市場的熱點(diǎn)，特別是消費(fèi)級(jí)無人機(jī)預(yù)計(jì)將迎來爆發(fā)元年。

但是目前無人機(jī)大多使用鋰電池供能，受限于鋰電池容量密度，而無人機(jī)不同于汽車，對(duì)質(zhì)量更敏感，需要盡可能減輕起飛重量，無法攜帶大容量電池，因此其續(xù)航能力一直是一個(gè)很大的軟肋。通常情況下，無人機(jī)續(xù)航在30-60分鐘左右，并且每次充電時(shí)間長。

氫燃料電池具有續(xù)航時(shí)間長，加注氫氣時(shí)間短幾分鐘就能完成，同時(shí)生命周期內(nèi)性能衰減小的優(yōu)勢(shì)，成為無人機(jī)功能體系的一個(gè)強(qiáng)勢(shì)可替代選項(xiàng)。

去年，新加坡的HUS公司展示了世界上*使用氫燃料電池的多軸無人

機(jī)“HYCOPTER”。

HYCOPTER整機(jī)重量5Kg，空載續(xù)航4小時(shí)，1Kg滿載續(xù)航150分鐘。由于使用氫燃料電池，HYCOPTER的結(jié)構(gòu)與其他無人機(jī)略有不同，四軸結(jié)構(gòu)，中間搭載氫燃料鋰聚合物電池和兩根儲(chǔ)氫管狀容器，zui多可以存放4L氫氣，充滿氫氣后的HYCOPTER在電量方面與3Kg重量鋰電池相當(dāng)。

HYCOPTER的氫燃料電池來自于HUS的姐妹公司HES（HorizonEnergySystems），其產(chǎn)品的能量密度達(dá)到了700Wh/Kg（2.5KJ/g），已經(jīng)遠(yuǎn)高于鋰電池的zui高理論容量1KJ/g。

今年3月，美國月刊雜志《大眾科學(xué)》報(bào)道，智能能源公司(Inligent Energy)推出一款用于無人機(jī)的氫燃料電池，續(xù)航時(shí)間可達(dá)兩個(gè)小時(shí)，預(yù)計(jì)這種氫燃料無人機(jī)將于今年內(nèi)上市，并將配備在大疆Matrice 100無人機(jī)上，氫燃料電池和燃料加起來只有差不多1.6千克，比之前沒替換前的電池輕很多。

今年4月，科比特航空在深圳發(fā)布了旗下產(chǎn)品化氫燃料多旋翼無人機(jī)—HYDrone-1800，zui長續(xù)航時(shí)間長達(dá)273分鐘，約4個(gè)多小時(shí)。并且續(xù)航根據(jù)氣瓶的不同分為三個(gè)層級(jí)：5L大概90min，9L大概180min，14L大概270min。同時(shí)科比特會(huì)給客戶提供整套的電解制氫的設(shè)備。

此外，也有航空公司在布局航空用氫燃料電池。據(jù)外媒報(bào)道，英國易捷航空公司EasyJet正計(jì)劃測試飛機(jī)氫混合燃料系統(tǒng)，希望在飛機(jī)上使用氫燃料電池來實(shí)現(xiàn)每年節(jié)省5萬噸燃料及減少二氧化碳排放的目標(biāo)。

他們研發(fā)的氫混合燃料系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在地面滑行時(shí)無須啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料電池將飛機(jī)降落時(shí)剎車系統(tǒng)的能量捕捉后在飛機(jī)滑行時(shí)使用，使低成本滑行和主動(dòng)減少二氧化碳的排放成為可能。

EasyJet預(yù)計(jì)采用此系統(tǒng)后可以實(shí)現(xiàn)每年節(jié)省2500萬-3500萬美元的燃油費(fèi)用。

EasyJet預(yù)計(jì)將于今年試驗(yàn)這項(xiàng)全新的技術(shù)。

四、氫能產(chǎn)業(yè)鏈上的公司梳理

1.A股公司