十万亿氢能产业链图谱：能源供给端、能源消费端、工业生产过程等

氢能碳中和 2023-11-13

到2050年，氢气需求量将接近6000万吨，实现二氧化碳减排约7亿吨，氢能在我国终端能源体系中占比超过10%，产业链年产值达到12万亿元，成为引领经济发展的新增长极。发改委正式发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，《规划》明确“十四五”时期的发展目标是：燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，实现二氧化碳减排100-200万吨/年。

导读

到2050年，氢气需求量将接近6000万吨，实现二氧化碳减排约7亿吨，氢能在我国终端能源体系中占比超过10%，产业链年产值达到12万亿元，成为引领经济发展的新增长极。

发改委正式发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，《规划》明确“十四五”时期的发展目标是：燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，实现二氧化碳减排100-200万吨/年。

《规划》指出到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢以及供应体系，产业布局合理有序，有力支撑碳达峰目标实现。到2035年，形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升，对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。

国家发改委高技术司副司长王翔指出：氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。既是能源绿色低碳转型的重要抓手，也为碳达峰、碳中和目标实现提供了有力支撑。具体表现在以下几个方面：

一是能源供给端，氢能与电能类似，长远看，将成为未来清洁能源体系中重要的二次能源；

二是能源消费端，氢能是用能终端实现绿色低碳转型发展的重要载体；

三是工业生产过程，氢气是重要的清洁低碳工业原料，应用场景丰富。

围绕能源供应、消费以及工业生产氢能产业链正在逐渐成长，12万亿的氢能产业链条是如何分布的呢？

燃料电池汽车

热效率

内燃机经过上百年发展,人才济济,资源充沛,业内最高水平热效率也只有41%,还必须在额定的转速条件下才能达到, 更不用说普通内燃机,30+%已是极限. 那么燃料电池呢?刚刚从象牙塔里走出来的燃料电池,热效率40%起步,最高60%已有产品,实验室听说甚至能干到80%+... 婴儿状态就直接干趴了内燃机最高水平...

制造成本

现在的燃料电池没有规模效应,制造成本高居不下,行业大佬们做着少而精的事情,躺着赚钱,并不想伺候事儿多的普罗大众. 实际上, 燃料电池的构成是什么呢? 常见的PEM型主要由三部分构成，质子交换膜，催化剂+扩散层，双极板。交换膜是塑料的，可以是nafion也可以PBI，我个人看好高温PBI膜，因为高温可以解决很多问题，PBI一公斤粉料只需要两三百块钱，比较好的1000多，大批量改性制成膜的成本也不会太高；催化剂虽然含铂，但是实际上用量并不多，约0.5mg/cm2，一个电池用1平米（约10kw）的催化剂来计算，只需要5g铂金，成本不足1000元，即使堆到100kw，也不到10000元，更进一步，物质不生不灭... 铂金是可以回收的... ；双极板现在比较成熟的是复合石墨板，石墨是什么呢？碳... 来源丰富到不可想象... 但是制造过程复杂，不划算，国产化以后，成本降了很多，不过更厉害的是金属双极板有了突破，并且商用了，双极板成本也嗖嗖往下降... 100公斤不锈钢板也就1500块钱，镀膜加工的成本给它算2000块。这么算起来，10kw左右的燃料电池价格成本不会超过2万元；形成规模，打破垄断，工艺升级以后，5000元/10kw也不是不可能。

使用成本

氢自然是燃料电池最理想的原料，没有碳排放，只排水，制取和来源也非常丰富，目前主要通过化石燃料制氢，煤，天然气都是制氢的好原料，我国富煤，少油，贫气，大量石油都要靠进口，自然是用煤制成的氢气更符合我国国情。可惜的是，氢实在是太活泼，爆炸范围又极宽，作为化工人，经常与氢气打交道，本狗时常都怕怕的，一定要小心小心再小心，不过这是通过技术手段可以解决的，无非就是多加几道安全措施，将它的爆炸风险控制到现有汽油车水平是可以做到的。然而最关键的是，氢气太轻了，要不为什么叫“轻”气，氢气的质量能量密度傲视群雄，但是密度低得令人发指... 造成它体积能量密度非常差... 压缩到70Mpa也不如汽油... 密度低+易爆就造成了运输困难，超高压又造成了压缩难，加注站技术难度高，这么多难点直接导致用于燃料电池的纯氢价格比制造价格贵了很多倍... 因此，虽然氢气是最好的燃料，但是需要解决的问题还太多。

因此要解决氢气的运输和安全问题，就要找比高压储氢更经济实惠的方案。最简单有效的就是用氢气和二氧化碳合成甲醇+水，甲醇就是我们非常熟悉和常用的燃料了，运输，储存和加注都很方便，安全性与汽油相当，甚至略好一些。需要用氢气的时候，合成甲醇的反应是可逆的，加水加催化剂，在200°C+的温度下，甲醇就会分解成氢气和二氧化碳。问题完美的解决了~ 呃，等等... 为什么生成的氢气里除了二氧化碳还有少量一氧化碳啊... 这是因为这个反应其实是两步，甲醇先分解成了氢气和一氧化碳，一氧化碳再和水反应生成氢气和二氧化碳，这一氧化碳就是没反应掉的残留... 即使用上最好的催化剂，也有约0.5%的CO在氢气里。

解决高温下质子交换膜烧毁的问题，还有另一种思路，既然你这膜刚不住，那我换一种耐高温的膜呗，高温下也不用加湿，也没有水管理了，系统简单了一个量级，价格还便宜了。现在的PBI高温膜也有突破，寿命不再是问题了，不过热效率就比Nafion差一点了，大约45-49%，胜在简单便宜，使用甲醇作为原料的话，效率比低温膜略高。日后一定还会有更高效的膜开发出来，毕竟它比Nafion出现得更晚，相关研究更少。

我们来计算一下使用甲醇燃料电池、电力以及内燃机的行驶费用。（氢气短时间内很难大规模应用，暂时按下不表）