碳中和背景下，清洁能源发展迅速，PEM：最具潜力的电解制氢技术

氢气是一种极易燃烧、无色透明、无臭无味且难溶于水的气体，氢气是世界上已知的密度和相对分子质量最小的气体，氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，同时也是一种理想的二次能源。制氢指的是采用工业方法生产氢气的一系列技术。氢气主要由天然气蒸汽重整产生。其他主要来源包括炼油厂或其他工业废气中的石脑油或是油料的重整，以及煤和其他碳氢化合物的部分氧化。少部分通过水电解和其他来源获得。氢的商业化生产有四个主要天然气、石油、煤和电解，氢能市场前景广阔，其中电解水制氢是未来发展重点。制氢行业市场现状及发展前景预测电解水制氢是通过电能给水提供能量，破坏水分子的氢氧键来制取氢气的方法。其工艺过程简单、无污染，制取效率一般在 75%—85%，每立方米氢气电耗为 4—5 kW·h。由于电费占整个水电解制氢生产费用的 80%左右，导致其竞争力并不高。因此水电解制氢成本的关键在于耗能问题。由此引出两条降成本的途径：一是降低电解过程中的能耗，二是采用低成本电力为制氢原料。在碳中和背景下,氢能是新能源领域中与油气行业现有业务结合最紧密的一类，也是帮助油气行业早日实现碳达峰、碳中和的最佳路径之一，世界各国都纷纷出台政策以表示对制氢技术创新研究的支持。前段时间中石化“十四五”拟规划1000座加氢站或油氢合建站成为行业关注的热点。制氢行业的市场价值一路稳步上升，截止2019年，制氢行业市场价值达到了1.36亿美元。目前，主流的电解水制氢技术包括两种类型：传统碱性电解水制氢、质子交换膜电解水(PEM)制氢，其中碱性电解水制氢是最为成熟、产业化程度最广的制氢技术，但其电解效率仅为60-75%，国外研发的PEM技术能有效提高电解效率，除此以外，在实际生产应用中PEM负荷调节范围相比碱性设备更加宽泛，在应对可再生能源发电间歇性和波动性上更加得心应手，如果未来风光等可再生能源真的大规模替代火电，那么PEM想象空间一定比碱性制氢要大。截止2019年传统碱性电解槽所占市场份额为57.55%，PEM电解槽所占市场份额为42.45%。北美、欧洲等地主要的气体龙头企业大部分是采用PEM制氢路线，比如康明斯和液化空气在加拿大魁北克省的PEM制氢厂，每年可为其生产3,000吨以上的绿氢，西门子在德国和中东的绿氢项目都是采用PEM制氢路线。但到2021年，发展中国家聚集地，如亚太地区PEM制氢案例依旧极少，仍处于小规模应用阶段。究其原因，一方面是发展中国家聚集地区对气候变暖的应对晚于发达国家，技术、设备方面都有所落后，另一方面是由于PEM制氢成本偏高。过去碳排放几乎是零成本，但在碳中和背景下，发展中国家PEM市场将会有将大的增长，如中国将氢能作为战略能源技术，给予持续的政策支持，推动产业化进程。在政策、资金等多因素叠加催化下，近几年中国加氢站等基础设施、产业链关键技术与装备得到发展，形成长三角、珠三角、京津冀等氢能产业热点区域。截止2019年，北美地区所占市场份额为39.71%，位列第一；欧洲所占市场份额为33.63%，位列第二；亚太地区所占市场份额为19.14%，位列第三。氢气的燃烧热值居所有化工燃料榜首，由于其高燃料性，航天事业使用液氢作为燃料；近年来迅速发展的新能源汽车，依旧有氢气的身影，以汽车内燃机的综合热效率和二氧化碳排放量为基准来对比，氢燃料电池的综合热效率是最高且二氧化碳排放量少，是替代石油供给车辆的最佳燃料。除此之外，氢气在主诸多领域都有非常重要的应用，截止2019年，发电厂所占市场份额为23.59%，位列第一；工业气体所占市场份额为22.75%，位列第二。未来，随着可再生能源的、化石燃料产量下降，氢气凭借其一系列优异性能，市场容量有望持续攀升。COVID-19对制氢行业的影响自2020年初COVID-19爆发以来，该病毒已蔓延至世界各地，传播范围极广，对全球经济都造成了极大的危害，疫情期间，各国政府纷纷出台延长假期、延迟营业等一系列措施控制人流量，减少交叉感染的发生，许多企业无法进行正常生产经营。但不同行业所受影响不同，高新技术产业相比于劳动密集型产业所受影响要小的多，2020年制氢行业受疫情影响，市场价值出现下跌情况，但预计疫情对制氢行业的影响只是暂时的，未来，疫情恢复过后，制氢行业将继续展现发展活力。