氢能是氢在物理与化学变化过程中释放的能量。氢能是氢的化学能，氢在地球上主要以 化合态 的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，二次能源。
工业上生产氢的方式很多，常见的有水电解制氢 、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等，但这些反应消耗的能量都大于其产生的能量。
氢能（气）是可用于化工、冶金、能源、交通等多领域的“终端原料”，是理想的绿电储能媒介。
当前国内氢需求主要来自化工、冶金、石油炼化以及陶瓷、玻璃制备等传统工业领域，供热与动力用氢占比较低。未来5年、甚至更长时间内这一格局仍将保持。而全球氢气主要来源于化石燃料制氢，低碳氢源(绿氢+蓝氢)占比难以突破1%。
在全球降碳减排的趋势下，在传统领域的低碳氢源替代、交通和电力等新兴应用领域需求崛起的推动下，以及低碳制氢成本的下降，全球低碳氢源用量和产量有望迎来迅速增长，其中可再生能源电解水制绿氢为低碳氢源的主要构成。
目前全球绿氢推广存在着制氢标准认定、专利壁垒、制氢成本高等障碍。主要氢能参与经济体欧盟、美国、中国、日本均未统一氢能类型的认定标准，而欧盟对制氢绿电认定的要求更高、更严苛。全球氢能专利主要由欧盟与日本主导，美国专利占居前但份额出现下滑，韩国和中国已崭露头角。
全球制绿氢的成本存在较大下降空间，而且由于风光资源、产业政策、制氢产业成熟度等因素存在地区差异，未来跨区绿氢贸易存在较大市场空间。电解槽是绿氢生产的核心设备，全球电解槽行业发展迅速，中国市场已成为全球的主导。
据IEA统计，至2022年底全球累计装机1.4GW，其中中国与欧洲累计装机量均占30%、美国与加拿大合计占比约10%、其余地区占比约30%。结合各国发布的低碳制氢项目推测，电解槽装机量的上升空间广阔，预计2030年全球电解槽累计装机量将在175~420GW之间。
全球电解槽装机量在近三年迎来快速发展，2023年全球累计装机量有望突破2GW，其中中国、欧洲地区的累计电解槽装机量全球领先。电解槽技术路线包括AWE、PEM、AEM、SOEC等，其中AWE和PEM的技术成熟度和商业化程度较高。AWE技术路线的电解槽凭借成本优势装机量大幅领先于其他技术路线。
SOEC和AEM处于商业化初期，目前海外技术成熟度优于国内。海外市场SOEC已经进入商业化初中期阶段，国内市场SOEC目前尚处于研发示范阶段在产业化进程上还与国外存在着较多差距，比如单体系统规模最大为百千瓦级、无法多次启停等。AEM电解技术仍处于研发阶段，其单体容量、性能瓶颈均尚待验证。
全球范围内仅欧美部分厂商率先取得突破。AWE产业链总体国产化程度较高，PEM产业链核心部件有较大的国产替代空间。AWE电解槽产业链的极板、密封垫片、制氢电源等环节已完全实现国产化，而隔膜属于国产化程度较低的关键零部件。
国内装备企业主要使用的PPS隔膜由日本东丽垄断，而新一代的复合隔膜还处于商业化验证阶段。PEM电解槽产业链的核心部件和材料，比如PEM用膜、催化剂、气体扩散层等进口依赖度均较高。国内对于PEM产业链核心环节的融资热度较高，东岳未来氢能、科润新材料等企业在国内实现PEM用膜等部件的量产，有望引领国内PEM产业链的国产替代。
全球主要电解槽厂商纷纷计划扩充产能，而且出现风电、光伏、石化、氢燃料电池等企业跨界进军电解槽行业。中国是当前全球电解槽的生产重镇，总体产能规模遥遥领先。据高工氢电，2023年全球电解槽名义产能58GW，其中中国38GW、占比66%，中国电解槽厂商以AWE技术路线为主、约占全球AWE产能的70%左右。
欧洲PEM和AWE技术造价相近、两路线并进，装置产能仅次于中国。据Bloomberg NEF在2024年发布的最新预测，到2024年底国外PEM制氢装备商家的产能将是中国的10倍以上，但我们预计实际落地会低于预期、且低于中国产能投放速度。
氢的应用：可以同时打通工业、民用能源、交通动力多领域的终极能源
氢能的直接应用场景分为四类：
1）化工原材料，如用于制备甲醇和合成氨。
2）工业辅料，包括不参与主流程的化学反应的，如食品加工业/陶瓷/玻璃的生产过程防氧化保护气、冷却气；参与主流程的化学反应的，如氢能炼钢时除了加热外还用于还原反应、夺走铁矿石中的氧和碳等元素。
3）燃烧做功或制热的原燃料，包括燃氢发动机的燃料、民用天然气掺氢等，炼钢用的氢气同时起到还原剂和燃料加热的功能。
4）电化学反应的原料，燃料电池汽车和社区热电联供是主要应用场景，通过燃料电池实现放电、同时产生50~80°的水可以用于供热。
氢在能量和原料两方面属性决定了应用场景多元，制取来源多元、可打通绿能与碳能则将促进其成为下一代能源载体，成为终极能源。氢能产业链主要环节包括传统/清洁能源、氢的制/储/运、氢化学反应/能量转换装备、氢应用装备(加氢设备与燃料电池)、工业/民用/交通部门的氢能利用环节。
目前各领域、各环节氢能推广的最核心逻辑是“成本由谁承担”和“全球/国家碳中和政策”两方面。因此我们预计在未来的3年内，氢能应用的推广速度排序依次是：工业原材料>工业辅材>民用燃气>商用车+专用车+工程机械等场景>热电联供>乘用车。
未来氢能核心推广的动力将从政策(如财政补贴)推动逐步转向经济性(包括直接运营成本和碳税成本等)驱动。
工业原材料环节的应用占比最高，替代主要来自于“绿氢替代灰氢”。这方面的国家双碳政策有助力、但经济性指标则更重要，因此在其原主业上行周期、即石油或煤炭处于价格高位或上涨周期内更容易转嫁成本、推动新技术更迭；燃料电池汽车推广更依赖于政策驱动和财政补贴，尤其是在商用车/专用车/工程机械上推广会更顺利，同时兼顾了谁买单(企业) 、更安全(室外作业和停放)、更经济(固定路线或区域作业可以就近安排加氢站)，这几点也正是国内推广燃料电池乘用车的痛点。
氢的应用：传统领域与新领域对低碳氢源需求强劲，2030年全球低碳氢源需求量将突破6900万吨
分应用行业看，现阶段氢气主要应用于工业和石油炼化领域。2030年全球工业和石油炼化领域对低碳氢源的需求将超过1400万吨2022年全球氢气约56%用于工业领域(合成氨、制甲醇、炼钢等)、约43%用于炼化，而交通领域使用占比仅0.04%。
除了传统领域的氢需求随经济增长与产业转移而增长外，氢在交通、电力、建筑等领域的新应用是全球氢气需求增长的另一主要动力。在全球经济低碳转型和低碳氢源成本下降的推动下，绿氢化工、氢能冶金的渗透率有望提升，此外交通、电力、建筑等新兴应用领域对低碳氢源的使用量也有望提升。
而2022年全球低碳氢源的总产量不足100万吨。据IEA预测，在碳中和背景下2030年全球氢气需求将达1.5亿吨，2022~2030年CAGR为6%。细分到炼油、合成氨、制甲醇等三大氢气应用领域，2030年低碳氢源的使用占比将分别达到20%、15%、20%。
