作为在元素周期表中排位第一的氢，是宇宙中最多的物质，在宇宙的普通物质中，大约75%为氢。氢的热值极高，最关键的是氢燃烧后的唯一产物是水，没有任何污染，因此氢能也被称为人类的终极能源。
目前有多少种“氢”？
虽然地球上“氢”的含量最多，但是却很少有存量的游离氢，所以如果人类想获得氢气往往需要借助物理或者化学的方法制得，属于典型的二次能源。根据氢气的制造途径可以分为以下几种“氢”。
灰氢是指通过化石能源、工业副产等生产的氢气，伴有大量的二氧化碳排放。灰氢是当前的主流氢气，约占全球氢气产量的95%。灰氢中约70%来自于化石燃料燃烧，约30%是工业加工的副产品。灰氢主要应用于内部需求，即直接用于氢气生产站点。
蓝氢是在灰氢的基础上，将二氧化碳副产品捕获、利用和封存（CCUS）而制取的氢气，是灰氢过渡到绿氢的重要阶段。虽然蓝氢能够减少约90%的碳排放，但是二氧化碳的封存需要相对罕见的地质条件，这就限制了蓝氢的发展。
绿氢是利用可再生能源（如太阳能或风能等）发电后，通过电解工序制取的氢气。绿氢的制取技术路线主要为电解水，其碳排放可以达到净零。
紫氢，又叫红氢，是以来源丰富的水为原料，利用核能大规模生产的氢气。热化学循环工艺和高温蒸汽电解都是有望与核能耦合的先进制氢工艺。
在这其中，绿氢是真正零排放的清洁能源，具有广阔的市场前景，有望成为交通、工业等领域能源碳中和的有效解决路径。
“氢能”VS“电能”？
电能自第二次工业革命起便已成为目前最普遍的二次能源，虽然目前电能非常方便，但是其即发即用的特点更依赖于电网设施，所以在交通领域的电气化程度较低。
同时在储能方面，电能的储能技术开发空间较为有限，当前锂电池作为电能的主要储能设备，可以拓宽电能的应用场景，但是其本身并不是能源，对于减碳没有实质性帮助，且锂电池对于锂矿资源的需求提升使得锂电池的成本逐渐上升。但是氢燃料电池本身可以通过加氢实现持续放电，实现与化石能源一样的效果。
| 锂电池 | 氢燃料电池 | |
| 能量密度 | 100~300Wh/Kg | 约1000Wh/Kg |
| 循环次数 | 1000~5000次 | 加氢持续放电 |
| 安全性 | 能量密度与安全性难以兼容 | 高压氢罐有泄露风险 |
| 使用温度 | 冬季低温性能差 | 冬季低温无影响 |
| 关键原料 | 锂矿资源稀缺 | 催化剂铂资源稀缺性强，且非常昂贵 |
| 电池成本 | 500~1000元（kwh） | 1500元（kw） |
| 使用成本 | 百公里(乘用车)16 度电，8~32元 | 百公里(乘用车)消耗氢气 1Kg，30-70 元 |
| 基础设施 | 充电桩及配套费用百万级别 | 加氢站及配套千万级别 |
数据来源：CNKI、国泰君安证券研究
相比于锂电池，燃料电池由于成本原因，以及运营成本较高，导致其规模化推广程度远低于锂电池汽车，目前还处于商业化初期，主要靠政策补贴市场。但是其在重卡系统等远距离运输方面还是有很强的市场前景，通过技术成熟以及规模化生产，降本空间充足。
数据来源：wind、中国汽车工业协会、国泰君安证券研究
“绿氢”从哪里来？
根据产业链划分，氢能可以分为上游氢气制备、中游氢气储运以及下游的氢气应用等众多环节，目前国内已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺。
氢能价值链描述
资料来源：科尔尼
从技术路线来说，目前主要的制氢工艺包括电解水制氢、热化学循环分解水制氢、光化学制氢、矿物燃料制氢、生物质制氢和各种化工过程副产品氢气的回收。电解槽是绿氢制备的关键设备，其技术路线、性能、成本是影响绿氢市场走势的重要因素。目前，碱式（AE）电解槽与质子交换膜（PEM）电解槽较为成熟，已经商业化。
资料来源：科尔尼
目前中国是全球最大的氢气生产国，据《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，我国年制氢产量约 3300 万吨，达到工业氢气质量标准约 1200 万吨，但是我国的氢气主要通过煤制氢获取，电解水制氢的比例仅为1%。
数据来源：中国煤炭工业协会
电解水制氢的电力来源主要包括火电、水电、风电、光电以及核电等，其中可再生能源是理想的电力来源。电解水制氢技术可以作为电-氢系统的桥梁，在电力供应过剩且传输通道不畅时，使用多余可再生能源制氢，可以起到储能调峰的作用、配合可再生能源的高比例发展。以绿电为能源电解水制氢，可获得绿氢，从而完成零碳用能。
未来“绿氢”有何用武之地？
绿氢作为人类的终极绿色能源，具有广泛的应用场景，可以为多个领域进行深度脱碳，主要包括工业领域、交通运输领域、建筑领域、发电等。
工业领域
工业领域中氢是重要的原料，主要用于炼油、生产氨以及乙醇等。合成氨和甲醇是目前氢气的消纳的主要方式。在未来绿氢代替灰氢，帮助合成氨行业以及钢铁行业实现深度脱碳。同时氢气也是一种高效稳定的热源，在常规热源下CCUS技术不可用时，可以考虑氢气作为热源实现清洁生产。
建筑领域
绿氢可以作为建筑中燃气供暖、烹饪的低碳替代品，在民用的天然气管网中掺入氢气（掺氢比例小于20%），减少碳排放，而无需对现有的天然气基础设施以及设备进行升级。
交通运输领域
绿氢在交通领域可以充分发挥其方便运输，即加即用的特点，其中长途公路运输、铁路、航空以及航运将氢能视为脱碳的重要途经，帮助无法电气化的区域交通进行脱碳。
目前绿氢发展所面临的困难？
在目前电动车市场、储能市场发展的如火如荼的情境下，国内的氢能产业只能算是婴幼儿期，相较于国际先进水平还存着很多不足与滞后，氢能的发展模式以及路径都需要国家进一步的谋划和扶持。
1.成本高昂是目前国内氢能推广的主要障碍，从产业链来看制氢成本、运输成本、建站成本都很高昂，限制了氢能产业的大规模发展。同时，氢能汽车燃料电池成本高昂以及运营成本高也是限制氢能汽车推广的障碍。随着技术发展，电解槽成本降低以及可再生能源发电成本降低，未来的绿氢成本预估会大幅下降。据IRENA与Hydrogen Council预测，到2050年可再生能源制氢成本将降至1美元/kg（6.5元/kg），如下图所示。
2020—2050年期间绿氢成本变化趋势
2. 核心材料短缺制约着国内氢燃料电池行业的发展。因为在燃料电池生产中需要铂金作为催化剂，铂金是世界上的稀有金属，产量有限，但可以通过技术革新来尽量降低其使用量，预计在10年左右，电池催化剂的铂金用量可以降低到现在的1/5。同时固定氧化物与阴离子交换膜技术不够成熟，某些核心材料严重依赖进口，面临一些“卡脖子”技术。
3.基础设施的挑战是氢能全面商业化的主要障碍之一。氢能未来最大的应用领域应该是氢燃料电池，但加氢站数量较少也是导致氢能产业发展缓慢的一个不可忽视的问题。截至2021年底，中国累计建成超过190座加氢站，在营加氢站超过157座。虽数量位居世界首位，但是对于氢能产业的发展来说，这些加氢站的数量还是较少。
参考资料：
科尔尼《“氢”心相助碳中和中国氢能产业发展白皮书》
国泰君安证券《氢能：绿色能源的终极答案》
https://user.guancha.cn/main/content?id=639124
https://mp.weixin.qq.com/s/vor0QbPw4C2QDMjZ7JrcXg
