1、2023 Research Report on China Hydrogen Energy Industry-Production2023.6 Sixsigma Research云點道林 Sixsigma Research為精品投資銀行云道資本下屬研究機構以專業的數據信息、敏銳的市場洞察和創造灼見的研究咨詢服務賦能中國創業企業、產業可持續的清潔零碳能源，萬億市場蓄勢待發氫能源被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，21世紀來，中國和美國、日本、加拿大、歐盟等都制定了氫能發展規劃，并且取得了多方面的進展。當今世界開發新能源迫在眉睫，隨著化石燃料消耗的日益增加，其儲量日益減少，且環境污染、氣候變暖等

2、問題日益突出，迫切需要不依賴化石燃料的儲量豐富的新型含能體能源，氫正是這樣的理想的新型含能體能源能量密度高清潔零碳可跨季長時儲能原料來源廣泛可承接風光棄電可持續的清潔零碳能源，萬億市場蓄勢待發中國可再生能源消納能力提升遠遠滯后于發電占比的提升。大規模的可再生能源發電是實現碳中和的關鍵一步，但風電、光伏發電間歇性、波動性強，電網消納壓力較大，且電能為二次能源、過程能源，難以直接存儲，其儲用過程存在較大損耗。清潔電力占比持續升高的同時，“棄風、棄光”等能源浪費問題，電網解列等電力安全問題，適宜規模風光發電區距東部用電集中區距離遠、電網輸電壓力大損耗大問題更加突出。而氫能可直接生產、存儲、應用，通過

3、離網風光電電解制氫，可實現電能大規模、長周期、跨區域儲存及更廣范圍應用中國能源體系面臨著三大關鍵問題，而氫能源作為綠色零碳的二次能源，是解決我國能源問題、能源體系轉型、實現碳中和碳達峰、構建能源領域雙循環體系、保障國家能源安全的必經之路。在政府端持續政策紅利釋放、產業端需求驅動、技術迭代支撐下，氫能產業發展已迎來窗口期我國能源呈現“多煤少油少氣”的局面，且石油、天然氣在終端消費占比始終處于高位，自給率嚴重低下，中國能源領域外貿逆差2021年高達3611億美元，與6762億美元總體貿易順差數量級相當，能源安全問題始終未得到根本解決，能源領域“雙循環”也根本無法實現。綠氫與綠電耦合可有效提升能源體

4、系運轉效率，有望顯著提升能源自給率，為構建國內循環為主的新格局、推動經濟的持續高質量發展、保障國家能源體系安全注入新動力工業等廣大下游應用場景脫碳極其困難，冶金、化工、建材等大中型場景對化石能源的需求極為剛性。IEA將能源劃分為熱能、電能、交通燃料三大層次，而現有能源體系中，只有石油可以同時滿足電、熱、燃料三大層次能源需求；但氫能源的出現，顛覆了這一格局，氫能是零碳、高效、無污染的“萬能燃料”，既能像石油一樣滿足三大層次能源需求，且熱值是同等重量汽油的3倍，在交通、冶金、化工等廣泛領域擁有替代化石能源的潛力可持續的清潔零碳能源，萬億市場蓄勢待發全球氫能源應用場景中國氫能源應用場景氫能源擁有豐富

5、的應用場景，現階段主要作為工業原料使用。2021年，全球氫氣需求超過9400萬噸。我國是全球最大氫氣消費國，需求量約2800萬噸，占全球的30%；全球來看，氫氣主要用于化工(合成氨/合成甲醇)和煉油我國氫氣應用領域同樣以化工為主，56%的氫氣被用于化工合成，9%用于煉油，16%作為尾氣直接燃燒，氫作為能源的應用程度不高交通建筑電力可持續的清潔零碳能源，萬億市場蓄勢待發時間時間政策政策/文件名稱文件名稱內容內容2020年10月節能與新能源汽車技術路線圖2.0 版2030-2035 年實現氫能及燃料電池汽車的大規模應用，保有量達 100 萬輛2020年9月關于開展燃料電池汽車示范應用的通知“以獎代

6、補”開展燃料電池汽車核心技術產業化攻關和示范應用獎勵2020年4月中華人民共和國能源法（征求意見稿）首次從法律上將氫能列入能源范疇時間時間政策政策/文件名稱文件名稱內容內容2021年12月2022年能源工作七大重點任務“加快推進能源科技創新”，提出推動氫能技術裝備攻關、產業創新等2021年12月“十四五”工業綠色發展規劃指出加快氫能技術創新和基礎設施建設，推動氫能多元利用2021年11月加強產融合作推動工業綠色發展指導意見引導企業加大可再生能源使用、推動電能、氫能等替代化石燃料；加快加氫站等基礎設施建設運營2021年11月2030 年前碳達峰行動方案從應用領域、化工原料、交通、人才建設等多個方

7、面支持氫能發展2021年3月“十四五”規劃和2035 年遠景目標綱要在氫能與儲能等前沿科技和產業變革領域，實施未來產業孵化與加速計劃2021年2月加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系提升可再生能源利用比例，因地制宜發展水能、地熱能、氫能等時間時間政策政策/文件名稱文件名稱內容內容2023年1月新型電力系統發展藍皮書氫燃料電池車、氫儲能等應用環節推廣；長期實現電能與氫能深度融合利用2022年3月2022年能源工作七大重點任務明確了氫能的戰略定位并提出了一系列階段性目標國家層面日益重視和認可氫能的戰略重要性，加強對氫能的布局，明確了氫能源的戰略定位；中央及地方陸續發布了系列支持氫能源發展的政策文件

8、，推動中國氫能源產業發展開啟新篇短期內多路徑共存，電解水制氫將成為未來主流路徑一、制氫路徑對比一、制氫路徑對比二、未來發展趨勢二、未來發展趨勢一、灰氫發展概況一、灰氫發展概況二、碳捕捉二、碳捕捉（一）碳捕捉三大技術路徑定義及對比（二）DAC技術優勢（三）DAC技術市場空間及應用場景（四）DAC經濟性分析（五）DAC細分技術路徑（六）DAC國內外進展（七）碳捕捉環節及DAC技術主要結論一、藍氫路線對比一、藍氫路線對比二、藍氫提純環節二、藍氫提純環節一、清潔電力端一、清潔電力端【新材料-納米硅】（一）納米硅概念（二）納米硅生產工藝與技術路徑（三）納米硅應用場景（四）納米硅主要結論【先進國產替代-過

9、濾提純設備】二、電解槽端二、電解槽端（一）電解槽技術概覽（二）堿性電解水制氫（ALK）（三）質子交換膜技術（PEM）（四）高溫固體氧化物電解水（SOEC）（五）陰離子交換膜電解水（AEM)短期內多路徑共存，電解水制氫將成為未來主流路徑一、核能制氫一、核能制氫（一）核能制氫概念及定義（二）核能制氫技術路徑及對比（三）核能制氫國內外進展（三）核能制氫主要結論二、光催化制氫二、光催化制氫（一）光催化制氫概念及技術原理（二）光催化制氫技術路徑（三）光催化制氫國內外進展（四）光催化制氫主要結論三、生物質制氫三、生物質制氫（一）生物質制氫概念及技術原理（二）生物質制氫技術路徑（三）生物質制氫國內外進展（四

10、）生物質制氫主要結論四、超臨界水制氫四、超臨界水制氫（一）超臨界水制氫概念及技術原理（二）超臨界水制氫技術路徑（三）超臨界水制氫國內外進展（四）超臨界水制氫主要結論2023.6 Sixsigma R制氫概述短期內成本因素主導，長期由零碳引領制氫路徑對比-短期內由經濟性優勢主導，零碳/負碳屬性是長期決勝關鍵化石燃料制氫化石燃料制氫（灰氫灰氫）以煤或天然氣為原料，技術成熟、成本最低，但碳排放量最高；隨煤價波動與其他制氫方式規?；瘧脦淼某杀鞠绿?，其成本優勢不斷減弱;加之化石燃料的不可再生性與減排壓力，其擴張空間有限，以存量市場為主；存量產能需結合碳捕捉技術，以降低碳排放工業副產氫工業副產氫（藍氫

11、藍氫）在氯堿、輕烴利用等化工產品生產時同時獲得副產氫，該技術制氫成本較低，經濟效益顯著，但氫只作為生產的副產品，氫氣的制備規模取決于主產品制備規模，難以實現穩定的大規模供應，無法作為長期穩定的氫氣來源，只作為補充性氫源與短期內的過渡路線電解水制氫電解水制氫（綠氫綠氫）利用水的電解反應制備氫氣，實現零碳排；目前成本仍是制約其大規模應用的關鍵因素，其成本主要在于清潔電力端電價（全離網風光耦合）與設備端（電解槽等關鍵設備固定投資），伴隨著清潔電力電價與電解設備價格下探，規?；瘧煤蟓h境效益與經濟效益雙優勢凸顯，將逐步成為主流制氫路徑氫氣制取目前主流三大路徑為：化石燃料制氫化石燃料制氫（灰氫灰氫）、工

12、業副產氫工業副產氫（藍氫藍氫）、電解水制氫電解水制氫（綠氫綠氫），此外還存在著光催化光催化制氫制氫、超臨界水制氫超臨界水制氫、生物質制氫生物質制氫、核能制氫核能制氫等若干新興技術路線（一般是與三大主流制氫路徑耦合）。短期內，經濟性是各技術路徑應用快慢的主導因素；中長期看，零碳/負碳屬性及可持續性是關鍵2023.6 Sixsigma R制氫概述短期內成本因素主導，長期由零碳引領未來發展趨勢-當前灰氫為主，綠氫不斷滲透成確定性主流制氫路徑目前全球氫氣制取仍以灰氫為主，2021年全球氫氣產量達9400萬噸，其中灰氫占比80%以上，清潔制氫（電解水/化石燃料+CCUS）占比不足1%。中國2022年氫氣

13、產量達3781萬噸，產氫規模占全球1/3以上，但同樣也以灰氫為主（80%），清潔制氫占比較低據IEA預測，2030年全球氫氣產量將達1.8億噸，較2021年實現翻倍；其中增量產量將主要由電解水制氫提供。電解水制氫產量將由2021年的4萬噸級大幅升至6170萬噸；耦合CCUS的化石燃料制氫產量將從2021年的60萬噸增至3300萬噸，清潔制氫方式將成為主流62%19%0.70%18%0.70%0.04%2021年全球氫氣生產結構天然氣制氫煤制氫石油制氫化工副產氫化石燃料+CCUS電解水制氫63.50%13.80%21.20%1.50%2021年中國氫氣生產結構煤制氫天然氣重整制氫化工副產氫電解水

14、制氫40.00%18%8%34%2030年全球氫氣生產結構化石燃料制氫（無CCUS）化石燃料+CCUS工業副產氫電解水制氫2023.6 Sixsigma R灰氫最為成熟、應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇中國灰氫發展概況-煤制氫為主，早期新機會有限，重點關注先進提純及碳捕捉技術煤制氫核心設備是煤氣化爐，為大型化工設備，前期固定投資高，適于大規模集中化生產，目前主要玩家為擁有大型煤氣化設備的國資或大型民營化工企業，產能產量穩定，增量空間有限;且目前成本受煤價影響變化顯著，隨著其他制氫路徑的規?；瘧脦淼慕当?，該路徑經濟性優勢也將逐步喪失目前化石燃料制取氫雖占比較高，但該方式制取的氫氣雜質多、

15、純度低，需經提純才可用于下游的燃料電池等；且煤制氫/天然氣制氫會排放大量二氧化碳（煤制氫約19kg CO2/kg H2、天然氣制氫約為10kgCO2/kg H2），需結合碳捕集利用封存技術以降低碳排（煤制氫結合CCUS后碳排降低至2 kgCO2/kg H2，但成本會增加12元/kg，近乎翻倍）故我們認為灰氫制取路徑的早期投資機會點在于先進的提純及碳捕捉技術環節故我們認為灰氫制取路徑的早期投資機會點在于先進的提純及碳捕捉技術環節化石燃料制氫煤制氫天然氣制氫煤在氣化爐中與水蒸氣發生分步反應制備氫氣天然氣中甲烷與水蒸氣發生分步反應生成氫氣（反應前需進行脫硫處理，以防催化劑中毒）中國天然氣制氫路線經濟

16、性較差，化石燃料制氫以煤制氫為主 中國化石能源儲量“富煤少氣”特點 中國天然氣含硫量高，預處理工藝復雜2023.6 Sixsigma R灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力碳捕捉三大技術路徑定義及對比碳捕捉三大技術路徑定義及對比在碳的捕集、輸送、利用與封存環節中，碳捕集是CCUS過程中能耗與成本最高的環節，目前碳捕集技術可分為傳統的碳捕集（傳統CCUS）、生物質碳捕集（BECCS）、直接從空氣捕集二氧化碳（DACCS）三種技術路徑傳統CCUS捕捉一般指化石燃料電廠、化工等固定碳源場景下對二氧化碳的捕集利

17、用封存技術，該技術通過吸入固定碳源場景生成的工業排放其他，通過吸附劑的吸附實現碳捕捉指CO2由植被從大氣中提取出來，然后在生物質燃燒時從燃燒產物中回收CO2的過程。該技術要求生物質燃燒過程也必須由清潔能源提供，且需保證生物質原料的穩定供應空氣通過工業級風扇吸入DAC系統，使空氣通過固/液態吸附劑，去除CO2并將其余空氣返回大氣并輸出CO2；而完成捕集后的吸附劑通過變溫變壓等進行吸附劑再生，可再次應用傳統CCUSBECCSDACCS2023.6 Sixsigma R碳捕捉三大技術路徑定義及對比碳捕捉三大技術路徑定義及對比灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳

18、源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力目前分布碳源占3成未來碳源將更加分散化運輸成本運輸成本地方政策地方政策中國人多地少的基本國情堅持18億畝耕地紅線國策地方財政依賴土地出讓嚴重，用地管控嚴格碳源與適宜封存地/使用場景距離長，需運輸且運輸成本高能源電力化工冶金交通建筑其他 能源化工工業集中的東部地帶財政土地依賴程度平均達80%半數以上省份財政土地依賴程度超50%適宜封存區 能源/化工集中區跨區封存、不同工業園區儲運等均涉及到運輸，帶來較高的運輸成本18 億畝DACCS-“百搭”路徑及未來長期降碳增量主力貢獻路徑：更好滿足分布源捕捉降碳需求可實現捕捉、封存地點一致，省去成本高昂的運

19、輸環節及土地成本可提供泄露保險，為CCUS提供補充材料再生，可實現碳循環閉回路碳源結構碳源結構耕地資源耕地資源2023.6 Sixsigma R灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力碳捕捉三大技術路徑定義及對比碳捕捉三大技術路徑定義及對比降碳能力降碳能力經濟成本經濟成本產業化進程產業化進程選址靈活性選址靈活性中國國情適應性中國國情適應性傳統傳統CCUS減排技術,只能解決新排碳源，存量碳無法解決低（在特定場景）中國水泥、火電等場景已有示范項目碳源要求最高靈活性最低中短期市場為主，長期增量空間有限BECCS負

20、碳技術可實現負碳中無占地面積大靈活性中等原料供應嚴重不足：生物質資源空間分布不均，需大量土地來實現穩定的原料供應，但與中國可用土地資源緊張國情沖突DACCS負碳技術可實現負碳高國外已初步商業化，國內初步商業化正開啟碳源要求最低、最普遍靈活性最高除固定中高濃度碳源外，還有近50%的排碳量場景CCUS無法覆蓋，是中國未來增量空間最大的技術路徑降碳能力最強巴黎氣候協定指定未來唯二負碳路徑碳源要求最低應用場景最為普遍適應性最強經濟性價比高在空氣壓縮儲能輔助下可大幅降低成本解決運輸問題選址布置靈活可直接布置到應用地從傳統CCUS、BECCS、DACCS三大技術路徑對比看，DACCS具備降碳能力突出、適應

21、性強等多種路徑優勢，有望成為中長期的主流捕碳技術DAC技術優勢技術優勢2023.6 Sixsigma R0184019902020時間表二氧化碳濃度PPM28034042002020年后，受各國減排影響，增速有所放緩未來BECCS+DACCS空間空間CCUS+BECCS+DACCS空間空間0112529碳捕獲能力（GtCO2）封存成本（美元/噸）1002003000未來400天然碳匯（造林、天然氣化工捕獲封存）工業CCUS成本與碳濃度成反比BECCSDACCS具有無限脫碳能力DAC具備近乎無限的降碳能力具備近乎無限的降碳能力DAC擁有更加巨大的存量碳市場擁有更加巨大的存量碳市場CCUSDACC

22、S固定碳源新排放空間固定碳源補充空間+分布碳源新排放空間分布碳源新排放空間+巨大的存量碳空間巨大的存量碳空間DAC技術優勢技術優勢灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力2023.6 Sixsigma R2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021.2030 2040 205077009000萬萬6.2億億9.8億億單位：噸單位：噸0510152025203020402050BIOMASSDAC中短期來看，在巨大的需求驅動下，DAC技

23、術碳捕捉增量空間最大：到 2030年，直接空氣捕獲的二氧化碳（DAC）可達 9000萬噸/年，目前為7700噸/年。到 2040年，這一數字將顯著增加到 6.2億噸億噸。到 2050年，該數字將達到 9.8億噸億噸。20202050年，通過直接空氣捕獲將累計捕獲約120億噸二氧化碳，占該時期所有碳捕獲增量的 11%。到 2050年，通過直接空氣捕獲的二氧化碳將占碳排放量的 13%左右DAC技術碳捕獲量預計技術碳捕獲量預計IEA預計至預計至2050年年DAC項目發展情況項目發展情況單位：億噸單位：億噸DAC技術技術市場空間及應用前景市場空間及應用前景灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新

24、機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力參考資料：IEA2023.6 Sixsigma RDAC技術技術市場空間及應用前景市場空間及應用前景綠色甲醇是全球公認碳中和必由之路，DAC捕集的CO2可作為甲醇工業原料，且通過生成綠色甲醇，DAC技術實現循環利用產業基礎：產業基礎：中國甲醇產業體系可完全承接DAC技術耦合甲醇是清潔的含氧液體燃料，儲運用便捷，資源豐富，用途廣泛；中國是最大的甲醇生產/消費國，中國擁有最為完備且龐大的甲醇工業體系，DAC與綠色甲醇工業耦合的產業基礎、市場渠道體系十分成熟完善全球甲醇產能分布（2020年）中國美洲中東其他中國-67%

25、下游需求拉動：下游需求拉動：航運業承擔全球80%貿易運輸任務，正面臨更嚴苛的“脫碳”考驗。全球航運業溫室氣體排放每年已超10 億噸。其中CO2達98%。航運業減排成效的核心在于可替代燃料的生產和供給，即清潔燃料的布局國際航運巨頭、世界500強馬士基航運公司選擇對氨、甲醇、生物柴油以及木質素等4種燃料進行研究測試，并宣稱將于2023 年啟用以甲醇為燃料的支線集裝箱船。擁有目前世界上最為龐大的甲醇動力船隊政策驅動：政策驅動：2021年，歐盟出臺了新的ISCC（碳認證）文件；2023年初，歐盟通過了可再生能源指令（RED）要求的兩項授權法案；系列文件針對可再生氫提出了詳細的定義與界定規則，要求氫氣必

26、須由清潔能源生成，甲醇必須為綠色甲醇，否則將面臨禁止生產或高額的碳稅而綠色甲醇的CO2來源需要為生物質基的CO2或空氣捕捉的空氣捕捉的CO2，即：路徑一：綠色甲醇=可再生氫（綠氫）+來自生物質能CO2排放捕集：即CO2來自生物質相關產業，比如秸稈發電路徑二：綠色甲醇路徑二：綠色甲醇=可再生氫（綠氫）可再生氫（綠氫）+直接空氣直接空氣捕獲捕獲 CO2：即CO2來自直接空氣捕捉（DAC）灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力2023.6 Sixsigma R不同不同CO2濃度下的濃度下的CO2捕獲成本捕獲成本

27、by IEA，2022高昂的經濟成本成為制約高昂的經濟成本成為制約DAC技術快速鋪開的唯一制約因素技術快速鋪開的唯一制約因素。DAC技術經濟成本高的主要由于從空氣中直接捕獲CO2，空氣中二氧化碳濃度遠低于固定碳源場景，造成其捕獲過程中所消耗的能源及材料損耗量大，隨著吸附劑不斷研發和工藝流程的不斷優化，隨著吸附劑不斷研發和工藝流程的不斷優化，2020年年DAC技術的平均捕技術的平均捕獲成本已經從獲成本已經從2011年年610-780美元美元/t CO2，降至目前，降至目前222-463美元美元/t；二氧化碳濃度越高，碳捕獲的成本越低，如果DAC捕獲前可提升二氧化碳濃度，則其經濟成本甚至可低于一般

28、的CCUSDAC碳捕獲過程示意碳捕獲過程示意空氣DAC捕集產出CO2空氣捕集吸附材料能源消耗產出CO2低二氧化碳濃度空氣濃度濃度上升上升成本成本下降下降DAC技術經濟性分析技術經濟性分析灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力預計到2050年，高溫液態吸收型平均捕捉成本可以降至82美元/t，低溫固態吸附型可降至62美元/tCO2，在使用低溫廢熱（100左右）情況下，還可降至37美元/t；而變濕吸附技術由于不需要高溫熱源，其有望成為成本最低的技術路徑，達30-40美元/tDAC成本預測成本預測參考資料：IEA

29、2023.6 Sixsigma R灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力DAC細分技術路徑細分技術路徑從具體技術路徑來看，目前液體變溫吸收、固體胺基變溫技術應用最廣，國際DAC代表廠商Climeworks（固體變溫）、Global Thermostat（固體變溫）、Carbon Engineering（液體變溫）均采用此類路線；但該路線能耗巨大，經濟成本下降空間有限；新型路線新型路線-變濕吸附、變濕吸附、電化學吸附則熱依賴較小，能耗較小，但難點在于技術突破電化學吸附則熱依賴較小，能耗較小，但難點在于技術突

30、破 液體液體吸收技術（強堿液）吸收技術（強堿液）反應原料成本低、技術成熟度高強堿溶液，易腐蝕熱依賴高(650)，能耗較大(300 kJ/mol)液體液體吸收技術（強堿液）吸收技術（強堿液）技術成熟度較高負載胺易降解100蒸汽，熱依賴高 新型電化學技術新型電化學技術 變濕吸附技術變濕吸附技術技術成熟度低，實驗室階段常溫操作，熱依賴小易耦合可再生能源成熟度較高，對材料性能要求高材料穩定性好，常溫操作，熱依賴小易耦合可再生能源2023.6 Sixsigma R灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力DAC技術國外

31、進展技術國外進展政策支持政策支持巨頭布局巨頭布局代表公司代表公司自 2020 年以來，美國政府已提供 35 億美元億美元用于發展四個 DAC 產業群45Q 法案法案:加州加州 LCFS:2020 年，美國國會批準投入 3500 萬美元用于 DAC 技術研發2021 年 8 月，美國能源部為 DAC 相關項目提供 2400 萬美元資金2021 年 10 月，美國能源部宣布提供 1450 萬美元支持DACCS技術直接資金支持直接資金支持:為 DAC 廠商提供每噸 35-50 美元稅收抵免任何規模 DAC 工廠均可獲得信貸抵免政策（每噸約 200 美元）美國聯合航空公司：美國聯合航空公司：通過主動投

32、資數百萬美元研發 DAC 技術減少飛機飛行時二氧化碳排放量雪佛龍雪佛龍、埃尼埃尼、Aerion Supersonic：關 注 DAC 技術捕獲的二氧化碳與綠氫合成甲醇技術，提供超低碳強度的燃料西方石油公司西方石油公司Oxy 低碳風投：低碳風投：擬于 2024 年在德克薩斯建多個二氧化碳捕獲工廠，年捕獲能力 100 萬噸，為油氣 EOR 提供原料，提高油氣采收率10%-20%，實現油氣生產完全碳中和Climeworks DACCS設備圖Climeworks：2022年獲得 DAC 領域最大單筆投資（6.5 億美元），于 2017 年建造 了世界首座 DAC 試驗場，年捕獲量 900 噸，目前在歐

33、洲運行 16 家試驗工廠，即將建成 Orca 項目年捕獲量可達4000噸Global Thermostat：獲?？松梨诠敬箢~投資，固體胺基路線，其熱源為工業余熱或廢熱Carbon Engineering：液體吸附捕獲，同時研究利用收集CO2結合綠氫，生成甲醇和副產品2023.6 Sixsigma R灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力DAC技術國內進展技術國內進展自3060雙碳目標提出及“十四五”來，國務院、國家發改委、科技部、生態環境部等國家部委制定并發布了一系列支持和促進碳捕捉碳利用技術研發與示

34、范的政策；國內的先進DAC技術集中與浙江大學、上海交通大學、天津大學等科研院所機構，正處于技術初步商業化前窗口期階段持續的政策支持持續的政策支持明確提及明確提及DAC作為碳中和新方向作為碳中和新方向中國中國科技支撐碳達峰碳中和實施方案科技支撐碳達峰碳中和實施方案提出提出（2022-2030年）專欄專欄5 前沿和顛覆性低前沿和顛覆性低碳技術碳技術空氣空氣中二氧化碳直接捕集技術中二氧化碳直接捕集技術（DAC）。加強空氣中直接捕集二氧化碳技術理論創新，研發高效、低成本的空氣中二氧化碳直接捕集技術2023.6 Sixsigma R灰氫最為成熟，應用廣泛，提純與碳捕捉環節蘊含新機遇碳捕捉環節-中短期內固

35、定碳源傳統CCUS為主，長期來看DACCS將成為增量主力碳捕捉環節及碳捕捉環節及DAC技術主要結論技術主要結論從碳捕捉的三大技術路徑來看，傳統CCUS適用于短期內的固定場景新排碳的捕捉及降碳，BECCS雖然為負碳技術，但結合實際國情，該技術只能作為特定場景的補充路徑；而DAC技術技術為為負碳路徑負碳路徑，可解決大量存量碳可解決大量存量碳，并且是歐盟碳認證指定的綠色并且是歐盟碳認證指定的綠色甲醇等工業品的原料獲取方式甲醇等工業品的原料獲取方式，是未來確定性的碳捕捉路徑是未來確定性的碳捕捉路徑DAC細分技術領域來看，固體胺類變溫吸附是目前較為成熟的工藝，也是國際DAC龍頭廠商目前主流應用的吸附工藝

36、，但該路線能耗高；變濕吸附由于不靠溫度的變化來實現二氧化碳的收集與排放，性能與經濟性優勢突出，但吸附材料及制備工藝存在著極高的技術壁壘從產業鏈上下游的角度，我們認為，受制于技術成熟度及商業化速度，DAC在中短期內成本會仍保持較高水平；對于DAC運營廠商，其經濟性方面不具備優勢；但受制于政策端壓力（歐盟綠氫標準出臺等），其應用市場將逐步打開，如配備至合成甲醇制備工業內，為其提供高純度二氧化碳作為原料等，政策性機會較大而DAC技術領域早期投資機遇：技術路徑端在于先進的變濕吸附材料及工藝設備；產業鏈條端在于能夠為DAC國際（目前階段看）龍頭廠商/甲醇工業制備商提供先進DAC設備的上游原材料/設備廠商

37、2023.6 Sixsigma R藍氫經濟效益突出的中短期過渡路線合成甲醇/氨未來前景廣闊，設備環節后期投資潛力較大工業副產氫指生產化工產品時同時得到的副產物氫氣，也被成為“藍氫”，成本介于化石燃料制氫和電解水制氫之間。目前工業副產氫主要有焦爐煤氣、氯堿化工、輕烴利用（丙烷脫氫、乙烷裂解）、合成氨合成甲醇等工業副產。目前，國內工業副產氫部分作為化工原材料或鍋爐燃料使用，也存在部分放空，整體使用效率較低。工業生產與制氫用氫耦合可有效提升其經濟效益，氫氣的制取成本在9.3元-22.4 元/kg之間，低于電解水制氫，可作為制氫的中短期過渡路線目前我國工業副產氫供應潛力超過我國工業副產氫供應潛力超過4

38、50萬噸萬噸，主要產能來自于焦爐煤氣副產氫。目前，焦炭和氯堿工業產能規模穩步下降，但體量較大，棄氫存在提純利用空間；輕烴利用處于成長期，產能不斷爬升，且副產氫純度高，存在增量投資需求；合成氨合成甲醇工業較為成熟，隨著氫能推廣，氨和甲醇有望作為燃料或儲氫介質加以應用，未來存在增長空間050100150200250300輕烴利用副產氫氯堿副產氫焦爐煤氣副產氫合成氨合成甲醇副產氫年制氫潛力（萬噸）2023.6 Sixsigma R藍氫經濟效益突出的中短期過渡路線合成甲醇/氨未來前景廣闊，設備環節后期投資潛力較大輕烴利用法包括丙烷脫氫和乙烷裂解兩種，該路徑產出的副產氫氣純度較高，提純難度較低，且近年來

39、產能不斷提升。隨著氫能源的規?；瘧?，輕烴利用相關產業有望得到進一步的發展，從而帶動制備和提純設備投資需求焦炭、氯堿產業體量龐大，存在大規模棄氫，提純后可作為低成本的氫源。其產業發展業已成熟，產能規模穩中有降，總體體量仍十分龐大。并且副產氫利用不充分，放空的氫氣存在提純利用的空間合成氨、合成甲醇工藝成熟，未來前景廣闊：合 成氨/甲醇均使用氫作為原料，合成馳放氣含18-55%氫氣，可提純利用。目前氨主要用于化肥合 成，甲醇主要作為燃料和多種有機化工原料，合成技術均較為成熟。隨著氫能的推廣，氨和甲醇作為燃料或儲氫介質的應用前景受到重視，未來綠氨、綠色甲醇推廣應用有望進一步打開市場空間丙烷脫氫乙烷裂

40、解焦爐煤氣氯堿工業合成氨/合成甲醇特點副產粗氫純度較高，可達99.8%，PSA提純后可用于燃料電池等高純氫應用場景純度較高，副產氫氣純度達95%以上，PSA提純后可用于燃料電池等高純氫應用場景焦炭行業棄氫問題嚴重，燃料氫原料成本低，且單廠生產規模大，適用于集中生產供應產能較分散，適合短距離、小規模、分布式供氫合成甲醇/合成氨均以氫氣為原材料，生產過程中的合成放空氣及馳放氣仍含有18-55%氫氣，可回收提純后外供目前發展概況石化行業副產氫的主要來源，副產氫產能約44.5萬噸/年大部分為規劃/在建狀態焦炭行業產能過剩，副產物焦爐煤氣利用不充分，全國焦化行業理論副產氫產能約為271萬噸/年產能過剩，

41、目前我國每年40%左右氯堿副產氫作為鍋爐燃料或直接放空，可利用副產氫產能約為33萬噸/年可回收供應副產氫潛力約為118萬噸/年經濟性（元/kg）14-20.29.3-14.913.4-20.214.6-22.42023.6 Sixsigma R藍氫經濟效益突出的中短期過渡路線合成甲醇/氨未來前景廣闊，設備環節后期投資潛力較大變壓吸附法（PSA）深冷分離法膜分離法分離原理分離原理利用固體材料對氣體混合物的選擇性吸附以及吸附量隨壓力改變而變化的特點，通過周期性改變壓力來吸附和解吸，從而實現氣體的分離和提純利用各組分沸點的差異，將混合氣體制冷后實現分離兩個或兩個以上組分的流體或氣體在容器中通過一固體

42、膜，利用膜材料的選擇性將某種成分或一組分子大小接近的成分和流體中其他組分分離組份間吸附能力的差異組份間揮發度的差異選擇滲透性設備占地面積設備占地面積中等大較小投資成本投資成本中高低（但研發成本高）產品純度產品純度99.99%以上99%以上90%左右能量投入能量投入流體輸送，變壓流體輸送，變壓，變溫流體輸送特點特點氫氣分離純化中工業化應用最早、最廣泛的工藝，原料氣組分要求高，氫組分體積分數不能低于50%;PSA裝置不需要復雜的預處理，操作方便、氫氣純度高；設備占地和投資中等，適合中小型企業生產。此外，PSA亦可用于CO2的捕集;目前工業生產中最成熟的氣體分離工藝，通常適用于組成復雜、純度要求高以

43、及同位素的分離。深冷分離的設備投入、操作復雜度、能量投入都較高，適合大規模連續生產，可以得到各個組分的純氣體操作相對簡單;一級膜分離時得到的氫氣純度相對較低;多級膜分離提純時，需逐級對產品氣加壓，投資和運行成本較高化石燃料制氫和化工副產氫均需經過提純工序，產品純度和特定雜質含符合燃料氫氣標準后方可用于燃料電池等高純度用氫場景。目前氫氣提純的方式主要有變壓吸附（PSA）、深冷分離（低溫精餾）、膜分離、色譜分離和吸收法等。其中變壓吸附法和深冷分離法最為成熟。變壓吸附法產品純度高、設備投資成本適中，目前應用最為廣泛；而深冷分離法則適用于集中大規模生產，作為可規?；奶峒児に?，未來應用空間廣泛2023

44、.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場清潔電力端-光伏、風電已成熟，國產替代設備、新材料等垂直領域仍蘊藏巨大機遇概念及定義：概念及定義：納米硅即微晶硅（c-Si），是多晶硅的一種，也叫氫化微晶硅（uc-Si:H）和納米晶硅（nc-Si:H），主要結構是在非晶硅網格中存在大小10nm的晶粒，在實際的制作非晶硅中，加長通氫氣的時間可得到微晶硅，提高電子遷移率。微晶硅微晶硅/非晶硅非晶硅/多晶硅區別多晶硅區別材料類別材料類別多晶硅多晶硅p-Si非晶硅非晶硅a-Si微晶硅微晶硅c-Si遷移率（cm2/V*s）500.5-11TFT特性均勻性差優優工藝復雜度簡單

45、簡單簡單大面積制作難易度難易易輸出電流穩定性優差差閾值電壓均勻性差優優成本高低低參考資料：OLEDindustry非晶硅非晶硅多晶硅多晶硅納米硅：在非晶硅網格中鑲嵌10nm大小的晶粒納米硅/微晶硅-多晶硅的一種晶粒：幾百納米到幾百微米-納米硅/非晶硅/多晶硅 區別-【新材料新材料】-納米硅納米硅-概念及定義概念及定義2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場清潔電力端-光伏、風電已成熟，國產替代設備、新材料等垂直領域仍蘊藏巨大機遇【新材料新材料】-納米硅納米硅生產工藝及技術路徑生產工藝及技術路徑目前納米硅粉的制備方法主要有機械球磨法、化學氣相沉積法

46、、等離子蒸發冷凝法三種。西方國家起步較早，已有如日本帝人、美國杜邦、德國H.C.Stark、加拿大泰克納等成熟企業，均能夠應用等離子蒸發冷凝法生產多種不同粒度的高純度納米硅粉，生產技術領先。國內研制起步晚、制造水平相對落后，目前主要采用機械球磨法，少部分高校和科研院所在實驗室規?？梢酝ㄟ^化學氣相沉積法和等離子蒸發冷凝法制備納米硅粉，但無法批量化生產，高性能納米硅粉制備環節尚未實現國產自主可控制備方法制備方法技術原理技術原理優勢優勢劣勢劣勢成熟度成熟度機械球磨法機械球磨法利用機械旋轉及粒子之間的相互作用產生的機械碾壓力和剪切力將尺寸較大的硅材料研磨成納米尺寸的粉末對于設備及制備工藝要求門檻較低研

47、磨需加入助磨劑，易引入雜質，產品純度較低，且顆粒為不規則狀，粒徑不能有效控制，后處理繁瑣，生產效率低且能耗高目前國內主流的應用方案化學氣相沉積法化學氣相沉積法以硅烷為反應原料。根據誘發原料熱解能量源不同，可分為等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)、激光誘導化學氣相沉積法(LICVD)和流化床法(FBR)可以產出較高品質的硅粉以硅烷為原料，屬于易燃易爆氣體，不利于輸運和儲存自1970S發展至今，PECVD和LICVD是目前納米硅粉最主要的工業生產技術等離子蒸發冷凝法等離子蒸發冷凝法過等離子熱源將反應原料氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，并通過快速冷凝技術，冷凝為固體粉末優勢：優勢：等離子體

48、局部電子溫度(Te)、離子溫度(Ti)以及氣體溫度(Tg)幾乎一致，可達10000 K以上，適合制備與合成各類金屬納米粉體以及碳化物、氮化物納米粉體；產出的納米硅粉純度高、粒度可控、生產效率高近10年來用于制造高純、超細、球形、高附加值粉體的新型安全高效方法，國外已成熟應用到工業化生產2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場清潔電力端-光伏、風電已成熟，國產替代設備、新材料等垂直領域仍蘊藏巨大機遇【新材料新材料】-納米硅納米硅應用場景研究：場景應用場景研究：場景1 光伏微晶硅薄膜光伏微晶硅薄膜光伏電池可分為三代：第一代晶硅電池，目前應用最為廣泛也

49、最為成熟，市占達95%以上，但硅料要求高（需高純硅料）、生產工藝復雜。第二代與第一代相比，所需原料大大減少，易大面積生產，成本優勢突出。第三代為新型光伏電池，如鈣鈦礦等路線，尚處持續研發迭代階段。而納米硅可應用于第二代硅基薄膜光伏電池-微晶硅薄膜電池的制備原料技術路徑技術路徑特點特點光電轉化效率光電轉化效率第一代硅晶太陽能電池（占比95.9%）單晶硅消耗大量高純硅，高純硅工藝復雜，電耗極大，污染大26.3%多晶硅相比單晶硅，降低能耗和污染，成本低，更環保22.5%第二代薄膜太陽能電池（占比4%）硅基薄膜非晶硅薄膜電池轉化效率較低，且存在光致衰退效應13.0%多晶硅薄膜薄膜多晶硅既具有晶體硅的高

50、效率和穩定性，又保持了薄膜電池成本低的優點13.0%微晶硅薄膜太陽能電池微晶硅薄膜太陽能電池光譜響應更寬、基本無光致衰退效應光譜響應更寬、基本無光致衰退效應12.5%化合物半導體薄膜碲化鎘(CdTe)薄膜可柔性化和透明化等特點，在汽車及建筑行業的有廣泛的前景；Cd和Te元素會對環境產生危害24.7%砷化鎵(GaAs)薄膜工藝復雜、成本高等限制其民用發展，目前主要用于航天空間科學領域26.1%銅銦鎵硒(CIGS)薄膜合成過程相當復雜導致工藝成本很高，同時In元素目前稀缺，Cd對環境不友好22.3%第三代新概念太陽能電池（占比0.1%）染料敏化太陽能電池(DSSCs)使用液態電解質容易腐蝕電極導致

51、電解質泄露，目前穩定性仍有待提升10.7%鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)電池效率容易產生衰減，還有待通過穩定性規范、老化標準等測試23.6%量子點太陽能電池(QDSCs)理論效率（44%）遠超一二代太陽能電池，但目前距離理論極限水平距離較遠13.0%結論：結論：納米硅為原料的第二代硅基薄膜電池路線具備其他二代硅基路線不可比擬優勢，但目前納米硅制備、到光伏電池應用尚不成熟，且二代光伏電池路徑目前市占較低，并非主流技術路徑；此外硅基在第二代內與化合物半導體路線比效率較低、不具明顯競爭優勢，納米硅在光伏領域納米硅在光伏領域的市場前景尚不明晰的市場前景尚不明晰2023.6 Sixsigma R鋰電池目前

52、廣泛使用負極材料為石墨材料，但商業化石墨負極容量發揮已接近其理論比容量。硅基負極具有很高的理論比容量和較低的電化學嵌鋰電位，快充性能優異，正適合便攜式電子產品、無人機、新能源車和儲能電池等一系列新技術領域發展的迫切需要。硅碳復合材料與硅氧復合材料是鋰電池硅基負極的主要技術路線。硅碳復合材料是指納米硅與石墨材料混合，硅氧復合則是通過在高溫下氣象沉淀硅與二氧化硅（SiO2），使硅納米顆粒（25nm）均勻分散在二氧化硅介質中制得氧化亞硅（SiO），再與碳復合制成綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場清潔電力端-光伏、風電已成熟，國產替代設備、新材料等垂直領域仍蘊藏巨大機遇【新材料新材

53、料】-納米硅納米硅應用場景研究：場景應用場景研究：場景2 鋰電池負極材料鋰電池負極材料（硅碳負極硅碳負極）納米硅材料價格有望降至 50 萬元/噸左右，2025 年市場需求量有望達到 4.7 萬噸，市場空間超200億元，在圓柱4680率先放量（圓柱電池承壓能力更強）；預計2025年硅負極混品需求 54萬噸，對應納米硅市納米硅市場達場達235億人民幣億人民幣參考資料：鋰離子電池高容量硅基負極材料研究目前硅碳負極生產工藝中，碳材料復合和燒結等步驟技術已較為成熟，但由于納米硅具有較高的表面能，極易團聚形成微米級顆粒，硅碳負極硅碳負極生產的核心難點在于生產的核心難點在于高純度小粒徑高純度小粒徑納米硅粉的

54、制備環節納米硅粉的制備環節由于循環性能更佳，硅氧中期仍為主流，未來隨納米硅粒徑降低，硅碳循環性能有望大幅提升，同時首效&克容量顯著優于硅氧，長長期看硅碳路線有望期看硅碳路線有望成為主流成為主流，帶動帶動納納米硅需求提升米硅需求提升指標指標納米硅碳納米硅碳 氧化亞硅氧化亞硅無定型硅無定型硅合金合金首效首效高低中循環循環良優良膨脹膨脹高中中壓實壓實中中高成本成本中中高硅負極需求量硅負極需求量20212022E2023E2024E2025E負極用量單耗(萬噸/GWh)0.090.090.090.090.094680硅負極滲透率100%100%100%100%硅負極用量0.97.21736.9電動工具

55、及消費硅負極滲透率22%25%30%50%60%硅負極用量1.051.371.893.635.01其他硅負極用量123612合計(硅負極用量)2.054.2712.0926.6353.91硅碳負極占比0%5%15%25%35%納米硅負極摻入量5%10%15%20%25%納米硅粉需求量(萬噸)00.020.271.334.72納米硅粉價格(萬元/噸)8580706050市場空間市場空間(億元億元)01.7119.0479.89235.862023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場清潔電力端-光伏、風電已成熟，國產替代設備、新材料等垂直領域仍蘊藏巨大機

56、遇【新材料新材料】-納米硅納米硅應用場景研究：其他應用場景應用場景研究：其他應用場景復合材料：復合材料：與金剛石高壓下形成碳化硅-金剛石復合材料,用做切削刀具；工業及建材原料：制高硅鑄鐵、硅鋼、有機硅化合物等半導體硅器件原料：半導體硅器件原料：用于制大功率整流器、大功率晶體管、二極管、開關器件、半導體分立器件、功率器件、集成電路和外延襯底等涂料：涂料：可應用于耐高溫涂層和耐火、耐腐蝕、耐靜電材料的原料工業及建材原料：工業及建材原料：制高硅鑄鐵、硅鋼、各種有機硅化合物等【新材料新材料】-納米硅納米硅主要結論主要結論從應用場景來看，納米硅作為上游原材料具有豐富的應用場景，可用于光伏、鋰電、半導體等

57、多個領域，目前最主要的市場在于鋰電池-硅碳負極材料，預計2025年在鋰電負極材料的市場規模達235億人民幣；光伏等領域納米硅作為新技術路徑原料的市場前景尚不明晰。其在各場景的燒結、適配環節工藝成熟、技術壁壘較低，主要壁壘還在于納米硅粉的制備環節及相應的先進設備從納米硅的制備工藝看，我們認為未來幾年球磨法、CVD、PVD會并駕齊驅。球磨法為國內負極龍頭企業的主流應用方法，圍繞下游實際需求針對球磨法制備工藝和設備的優化值得關注，以達到性能與成本的最優平衡點。PECVD和LICVD是制備高純、超細的納米硅粉的重要方法，隨國內技術發展，非晶生成控制、產品一致性、上游設備供應等問題逐步解決，從實驗室小批

58、次走向工業量產。等離子蒸發冷凝法也是國外龍頭廠商目前主要應用的先進技術工藝，但長期為國外壟斷我們認為納米硅領域的早期機會在于納米硅粉的制備與過濾提純環節我們認為納米硅領域的早期機會在于納米硅粉的制備與過濾提純環節，尤其是等離子增強化學氣相沉積尤其是等離子增強化學氣相沉積、等離子蒸發冷凝等先進制備等離子蒸發冷凝等先進制備方法的國產化與相應的制備設備方法的國產化與相應的制備設備、過濾提純設備的國產化替代過濾提純設備的國產化替代，同時持續關注同時持續關注G14路徑多孔碳量產的技術突破路徑多孔碳量產的技術突破2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場清潔電

59、力端-光伏、風電已成熟，國產替代設備、新材料等垂直領域仍蘊藏巨大機遇【國產替代國產替代】-高端過濾提純設備高端過濾提純設備光伏與風電行業中游設備制造、下游應用均已成熟，從生產環節來看，上游的納米硅硅粉、綠氫制備、多晶硅的過濾提純等環節尚處早期/尚未實現國產化替代由于多晶硅純度會直接嚴重影響到單晶硅拉制等下游環節進行以及生產效率，因此純度要求極為嚴格，多晶硅純度最低為99.9999%，最高則無限趨近100%；且新材料-納米硅硅粉的制備也對純度有著極為嚴苛的要求，我們認為過濾提純設備的國產化替代存在著早期投資機會納米硅粉制備、過濾光伏-多晶硅高純度硅料的制備等2023.6 Sixsigma R綠氫

60、制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-電解槽技術概覽：ALK、PEM、SOEC、AEM各具優勢隨下游用氫端產能擴大，上游制氫端綠氫供給不足成為了氫產業鏈的新一代結構性問題。傳統氫產業依附于化石燃料直接制備或化工副產物的二次提純，也即我們經常提到的“灰氫”和“藍氫”?；覛?、藍氫為主的供氫結構不僅不符合雙碳“零碳排“的精神，更由于依賴化石燃料或工業副產物，難以適應未來持續擴大的下游用氫需求利用風光綠電重整制氫環節，批量、高效地生產低成本、零碳排的“綠氫”，成為氫產業路的下一步發展重點。工藝成熟、效率較高、產出相對穩定的電解法制氫無疑是破局關鍵電解槽技術電解槽技術路徑簡介路徑簡

61、介:電解法制氫的核心在于降低單位產氫的成本。系統綜合成本最低的方案才是未來長期解決方案。各路線特點如下所示：電解槽制氫電解槽制氫（綠氫綠氫）技術背景：技術背景：ALKPEMSOECAEM原料原料堿性水溶液純水空氣/水蒸氣弱堿液/純水膜材料膜材料石棉/聚苯硫醚(PPS)/聚砜(PSU/PSF)全氟磺酸膜陶瓷材料YSZ（釔穩定的氧化鋯）和SCSZ（鈧穩定的氧化鋯）未完全確定，潛在路線有PFAP、氧化鋯改性聚砜等電流密度（電流密度（A/cm2)0.3-0.61-41-100.2-0.4工作壓力（工作壓力（Mpa）0.5-24-70.160分鐘可快速啟停。熱啟停秒級，冷啟停5分鐘需要穩定電源。啟停慢可

62、快速啟停。熱啟停秒級，冷啟停5分鐘以內氫氣提純加工步驟氫氣提純加工步驟脫水蒸氣、脫堿脫水蒸氣脫水蒸氣脫水蒸氣可維護性可維護性強堿腐蝕性強無腐蝕性介質無腐蝕性介質腐蝕性較弱最大單槽制氫規模最大單槽制氫規模(Nm3/h)1500-2500500-0.5-5特點總結特點總結工藝最成熟。壽命長、標方大；單位面積電流強度低，體積效率差，電解槽大；現階段成本最低；啟停機動性差，無法適應風光能源變化；電解效率低；氫氣純度低；腐蝕性強，石棉膜和堿液污染問題嚴重工藝走向成熟，標方較大；催化劑依賴鉑、銥等貴金屬，成本高，降價彈性有限；電流密度更高，單槽體積??；啟停機動性高，適于直接接入源網側負責風光調峰；電解效率

63、較高；氫氣純度高；腐蝕性弱，系統維護成本低產業化過渡期；單位面積電流強度高，電解槽更小，體積效率更高；催化劑價格低廉；啟動依賴高熱環境，機動性差，適用于高熱工業環境；電解效率最高；氫氣純度高；腐蝕性弱，維護簡單；技術驗證階段；催化劑價格低廉；啟停機動性強，適于接入源網側負責風光調峰；電解效率較低；氫氣純度高；腐蝕性弱電解槽制氫路徑簡介電解槽制氫路徑簡介:綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-電解槽技術概覽：ALK、PEM、SOEC、AEM各具優勢2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-堿性電解水（ALK）：技術

64、最成熟，單槽成本最低，但效率低，啟停慢堿性電解水制氫原理簡介堿性電解水制氫原理簡介堿性電解水制氫指堿性電解質環境下進行電解水制氫的過程，電解質一般為30%質量濃度的KOH溶液或26%質量濃度的NaOH溶液。反應過程中，水分子在陰極得到電子，析出氫氣；氫氧根離子在氫氧側濃度差的作用下到達陽極，生成氧氣和水由于隔膜的阻礙，氫氣和氧氣不會通過隔膜混合在一起，但是電解液卻可以通過隔膜進入另一側。制氫系統運行時，氫氣和堿液的混合液以及氧氣與堿液的混合液分別經過氣水分離器，將氣體和溶液分離。堿液回流至電解槽，氫氣和氧氣分別進入純化裝置提純后進行收集ALK技術堿槽成本低，整體工藝成熟度高，現階段單項目多已達

65、到MW級別，廣泛落地原理示意圖：2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-堿性電解水（ALK）：技術最成熟，單槽成本最低，但效率低，啟停慢堿性電解水制氫的局限堿性電解水制氫的局限ALK技術雖然具有整體成本低、工藝成熟等優勢，但也由于其本身結構選型的問題，存在電解效率低、體積效率差、啟動慢、維護成本高、氫氣純度低等局限。目前，基于堿性電解槽效率低的痛點，有大標方和低能耗兩個改進方向 大標方：大標方：單體槽制氫設備成本低于采購同等產量的多臺設備。大標方有助于降低單位標方制氫攤薄的固定成本。目前ALK電解槽產氫量業內最高已實現1500-2500

66、Nm3/h 低能耗：低能耗：降低電解槽直流電耗是電解槽技術升級方向，同時也是堿性電解水走向規?；那疤?。低能耗的核心在隔膜材料。目前堿性電解槽已經從石棉過渡到PPS和復合隔膜路線2023.6 Sixsigma R堿性電解水制氫代表公司堿性電解水制氫代表公司ALK技術成熟度高，已進入大規模招投標落地階段。頭部廠商如隆基、派瑞等已經具備GW級產氫能力2023年第一季度年第一季度ALK電解槽招標情況電解槽招標情況地區項目電解槽招標量白城市大安風光制綠氫合成氨一體化項目195MW鄂爾多斯深能北方光伏制氫項目45MW寧東國能寧東可再生氫碳減排示范區項目105MW濰坊華電濰坊氫儲能示范項目25MW德陽東方

67、鍋爐集裝箱式電解槽制氫項目1MW庫爾勒深圳能源庫爾勒綠氫制儲加用一體化示范項目5MW張掖華能清能院堿性電解槽采購項目6.5MW七臺河黑龍江200MW風電制氫聯合運行項目7.5MW抱定淶源縣300MW光伏制氫項目6MW哈密廣匯能源綠電制氫及氫能一體化示范項目5MW綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-堿性電解水（ALK）：技術最成熟，單槽成本最低，但效率低，啟停慢2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-質子交換膜（PEM）技術：效率高，啟?？?，但單槽成本極高質子交換膜制氫原理簡介質子交換膜制氫原理簡介PEM使用了

68、質子交換膜作為固體電解質代替了堿性電解槽使用的隔膜和液態電解質，并使用純水作為電解水制氫的原料，避免了潛在的堿液污染和腐蝕問題PEM電解槽運行時，水負責在陽極側失去電子，生成氧氣和質子。電子轉到陰極。質子在電場作用下通過質子交換膜傳導到陰極，并發生還原反應，得到電子，生成氫氣PEM電解槽的結構如右圖所示，所用的膜和電極催化劑都和ALK電解槽有較大差異膜方面，PEM采用質子交換膜，其中較為成熟的是全氟磺酸基聚合物膜，具有較好的機械強度、化學韌性和質子通過率催化劑方面，由于陽極反映環境比陰極更苛刻，對催化劑材料更高，PEM一般采用PGM鉑基或鈀、銥、釕等貴金屬基催化物以提升反應活性氣體擴散層氣體擴

69、散層雙極板雙極板雙極板雙極板陽極催化劑陰極催化劑質子交換膜2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-質子交換膜（PEM）技術：效率高，啟?？?，但單槽成本極高PEM的優勢的優勢PEM最核心的優勢是靈活度。在風光耦合較高的場景下，制氫系統能實現秒級啟停，以更好適應風能光能的峰谷變化更高的更高的效率：效率：更高的更高的風光風光耦合度耦合度：更高的更高的氫氣氫氣純度純度：綜上，PEM相較于ALK具有全方位的性能優勢，且技術成熟度高，目前已在國內風光氫一體示范項目中有一定的落地規模PEM電解質為固態的質子交換膜，相較于ALK堿液電解槽，擁有更低的膜

70、電阻，無效能耗更低，電流密度更大，電解效率更高。體積效率高，也即相同產氫量所需的電解槽體積更小PEM整體反應活性遠高于ALK。因此擁有更低的啟動溫度（50-80度）和更快的啟停機制。系統靈活度更高，可適應更大幅度的風光變化，以更高的系統整體效率，捕捉到更多棄風棄光PEM由于使用純水作為電解水原料而非堿溶液，產物中不包含堿霧，產物只需要去除水蒸氣即可使用。氫氣純度可達到99.99%以上2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-質子交換膜（PEM）技術：效率高，啟?？?，但單槽成本極高PEM的局限的局限單槽成本高單槽成本高：PEM依賴鉑、銥等貴

71、金屬作為催化劑，需要在極片表面涂覆，負載在0.1-1mg/cm2，結合鉑、銥等高昂的價格，導致單槽整體價格遠高于ALK。據高工氫電網，ALK電解槽價格在1500-2500元/kW；而國內PEM電解槽整體的價格高達7000-12000元/kW，是前者的7倍。且電解槽成本中，金屬極板、貴金屬涂層和貴金屬催化劑合計占比58%，降價彈性小價格也制約了PEM的進一步大規模推廣?，F階段PEM單項目裝機量大概在0.5-1MW左右-PEM電解槽設備成本拆分電解槽設備成本拆分-5%50%金屬材料極板+貴金屬涂層全氟磺酸膜貴金屬催化劑（Ir、Pt等）當前構成當前構成2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極

72、路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-質子交換膜（PEM）技術：效率高，啟?？?，但單槽成本極高PEM的破局機會的破局機會研發低貴金屬催化劑研發低貴金屬催化劑：降低鉑基催化劑（PGM）中鉑的含量能有效降低單槽催化劑的成本，同時需要盡量使反應點位具有較高活性，以盡可能使低鉑催化劑具備和傳統PGM接近的反應效率?，F有技術中一般先制備高導電性的基底（如MC碳纖維），之后通過液相法或氣相法在其表面沉積用量更少、顆粒更小的納米鉑顆粒?；仔枰邆涓邔щ娦院退當U散性，從而盡可能降低能量損耗。同時，基底需要具備高穩定性，以防止鉑脫落，保證商用穩定性提升催化劑壽命提升催化劑壽命：鉑基催化劑多以較小的

73、粒徑附著在膜或電極表面以提升反應效率，但小粒徑會降低催化劑穩定性。鉑會緩慢溶解于電解液中。此外，小顆粒催化劑會發生團聚。綜上，催化劑活性在反應過程中會持續降低，導致電解槽反應活性隨時間持續衰減。一旦反應活性降低至閾值下，就需要更換催化劑。除初始投資成本，高額的維護成本也是PEM單位制氫成本居高不下的原因之一。因此，研發新的催化劑結構，使其在不影響反應效率的前提下，降低催化劑的溶解和團聚速率，也是PEM的破局方向之一2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-質子交換膜（PEM）技術：效率高，啟?？?，但單槽成本極高PEM的代表公司的代表公司公

74、司名稱公司名稱發展情況發展情況山東賽克賽斯最大單槽產量1000Nm3/h，已實現MW級量產。獲得國網、南網、中車等標桿客戶中科院大連物理研究所與陽光電源、龍蟠氫能源、上海電氣電站集團合作，落地數個兆瓦級項目長春綠動氫能22年首套MW級PEM裝備通過技術鑒定，該系統單槽產量達到200Nm3/h在長春、濟南、佛山等地都設有產業基地卡沃羅氫能與國富氫能共同開發100（200）Nm3/h的PEM電解槽淳華氫能在湖南建設氫能科技產業園2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-高溫固體氧化物電解水（SOEC）技術：高溫條件下效率最高SOEC技術簡介技

75、術簡介固體氧化物燃料電池采用全固態結構，由陽極、陰極和固體氧化物電解質組成，兩極都使用薄的陶瓷膜用作催化劑SOEC電解槽在高溫（600-800度）反應。隨溫度不斷上升，水電解所需電能大幅下降，但需要的熱能持續上升，如下圖所示因此SOEC能通過合理利用企業排放廢熱的方式，大幅度降低電解單位氫氣所需電耗，降低單位氫氣所需成本SOEC的結構的結構根據電解槽結構，SOEC又可分為電解質支撐型、陽極支撐型和金屬支撐型，下圖所示：SOEC的核心問題包括高溫密封、啟高溫密封、啟停速率和抗沖擊性能。停速率和抗沖擊性能。陶瓷的低熱導率和差的抗熱沖擊性能，導致現有SOEC電堆的啟動速度約3-5/h或更低。與傳統結

76、構的SOEC相比，金屬支撐SOEC具有以下優點：1)成熟的成熟的焊接技術使得電池堆易于燃氣密封。焊接技術使得電池堆易于燃氣密封。2）良好的機械性能使得電堆具有更）良好的機械性能使得電堆具有更好的抗熱震特性。好的抗熱震特性。3)優異的熱傳導性優異的熱傳導性能使得電堆具有高的啟停速率。能使得電堆具有高的啟停速率?；诔墒於?、電堆成本、系統成本、魯棒性等綜合指標評價，金屬支撐金屬支撐SOEC具有具有明顯優勢明顯優勢。如右圖所示：500600700800900123溫度代際金屬支撐陽極支撐電解質支撐成熟度電堆成本系統成本魯棒性2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均

77、蘊含巨大市場電解槽端-高溫固體氧化物電解水（SOEC）技術：高溫條件下效率最高SOEC的技術優勢的技術優勢發電發電/電解一體，負載靈活電解一體，負載靈活SO路線可以用同一套結構進行發電（燃料電池SOFC）和電解（制氫電解槽SOEC）。具備-100%100%負載靈活度原料泛用性強原料泛用性強進料為水蒸氣制成氫氣，也可加入二氧化碳從而生成氫氣、一氧化碳，并進一步生產柴油、航空燃油等合成燃料，具備碳中和循環的優勢材料成本低廉材料成本低廉主要核心部件為固體氧化物陶瓷和不銹鋼材料，相比PEM路線，不使用貴金屬氧化劑，單槽材料成本更低合理利用廢熱，發電效率最高合理利用廢熱，發電效率最高在廢熱集中的場景，S

78、OEC具備最高的綜合經濟性。到 2030 年，堿性電解和 PEM 電解制氫成本將有望降至2.23 元/Nm3和 1.78 元/Nm3，高溫SOEC 制氫成本可降至 1.58 元/Nm3，相比于ALK和PEM，在廢熱充足的場景具備不可替代的單位成本優勢在電解制氫的三大技術路徑中，固體氧化物電解制氫（SOEC）電耗遠低于低于 ALK和PEM，電解轉化效率與電流密度遠高于ALK和 PEMEC，同時無貴金屬使用，經濟性突出。在高溫下，SOEC電解水對電能的需求量逐漸減小，對熱能的需求量逐漸增大，能有效利用廢熱提供的能量和反應活性，將轉化效率將轉化效率提升到提升到110%，在所有電解槽類型中性能最高在所

79、有電解槽類型中性能最高。同時也意味著，SOEC電解設備可有效減少對高品質能源一電能的需求，并提升對低品質能源一廢熱的利用率。在鋼鐵冶煉、核電站等廢熱大量產生的場景具備不可替代的優勢2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-高溫固體氧化物電解水（SOEC）技術：高溫條件下效率最高SOEC的技術挑戰的技術挑戰高溫高溫下的下的結構穩定性結構穩定性問題問題SOEC最大的技術挑戰在于高溫下槽體各部分由于材料分布、槽體結構和外部供熱環境問題，溫度分布不均，從而導致熱應力產生，致使槽體彎曲變形甚至斷裂，部件性能衰退、破壞和失效傳統SOEC電解槽一般分為

80、平板型和管型兩種；平板型代表企業為日本特殊陶瓷，性能更高，功率密度可達0.6W/cm2以上。但可靠性低，電解質隔膜易于發生高溫裂變，結構破壞。平均壽命在2萬小時左右 管型代表企業如MHPS，管型結構穩定性、可靠性高，壽命可達10萬小時，但制造合格率低，成本高，且性能低于平板型來自國內寧波材料所的氫邦科技結合兩者設計理念，研發了新一代平管型結構電池，集合了平板與管型優點，避免了兩者的不足。壽命可達10萬小時，可靠性高，集成度大，且能實現媲美平板型的高性能調整電解槽結構調整電解槽結構研發抗高溫蠕變材料研發抗高溫蠕變材料長時間高溫運行，即使實現槽體結構相對均一對稱，各部分材料仍舊將受到長期、微小熱應

81、力持續作用，從而造成槽體蠕變，結構被破壞。由于化學反應溫度下限相對固定，較難通過降溫降低熱應力，使其低于蠕變閾值。因此與電解質熱膨脹系數相近的抗高溫材料是關鍵，該材料需要具備較高的高溫電導率，且加工工藝簡單低價。兼具基金屬和陶瓷特性、可塑性強的新型材料及其規?；庸ぜ夹g，是SOEC企業的核心競爭力。管式管式(MHPS)平板管式平板管式(京瓷京瓷)平板管式平板管式(日本日本gayici)一體燒結形一體燒結形(襯田制作所襯田制作所)平板型平板型(日本特殊陶瓷日本特殊陶瓷)小型管式小型管式(TOTO)運行溫度900750750750700700電流密度A/cm20.150.20.230.350.2（

82、0.52）0.21空氣極衰減率4-9mV -0.1%12-22mV -0.1%32-68mV -0.1%33-79mV -0.1%17-34mV -0.1%25-58mV -0.1%抵抗值衰減率46-55mV 0%111-122mV -0.1%98-117mV -0.2%98-117mV -0.2%42-62mV -0.3%75-78mV 0%燃料極衰減率11-17mV 0%7-11mV 0%6-19mV -0.1%4-10mV 0%13-20mV -0.1%27-36mV -0.1%衰減速率-0.1%14000h-0.2%10000h-0.5%8000h-2.6%3000h-0.6%1000

83、0h-0.5%10000h2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-高溫固體氧化物電解水（SOEC）技術：高溫條件下效率最高SOEC的的適用場景：適用場景：熱能資源豐富或廢熱較多的地區和場景制造業大型熱電聯供制造業大型熱電聯供鋼鐵、制造工業需要大量用電，同時生產中會產生大量廢熱難以再利用。SOEC設備能有效利用廢熱，并結合其反應的雙向性為工業提供熱電氫聯供的一體化能源管理設備典型案例是德國的GrlnHyS.0項目，由德國鋼鐵公司Salzgitter AG和德國SOEC設備制造企業Sunfire公司聯合參與。傳統鋼鐵冶煉使用焦炭作為鐵礦石還

84、原劑，二氧化碳被大量排放。通過使用薩爾茨吉特發明的綠色低碳鋼鐵冶煉工藝(SALCOS)，鐵礦石將被氫氣直接還原成海綿鐵，并用于后續的鋼鐵生產。生產過程中將不在產生二氧化碳。在GrlnHy2.0項目中，由于SOEC工作溫度在800C左右，制氫原料使用廢熱生產SOEC所需的水蒸氣，有效提高能源利用效率。采用氫氣還原煉鋼，可降低95%碳排，使其二氧化碳排放強度小于30kgCO2/噸鋼鐵。核能耦合制氫核能耦合制氫核電站會產生大量廢熱、棄電。因此，核電和需要熱量的SOEC具有較高的契合度。目前，在甘肅武威建設的第四代熔鹽堆核能系統接近完工，即將進入試驗階段。熔鹽堆輸出700以上高溫核熱，可和SOEC制氫

85、應用場景相配合（具體可見本報告-核能制氫部分）SOEC電解電池是唯一可作為燃料電池進行逆向反應的電解設備（SOFC），SOFC具有極為豐富的應用場景，是燃料電池未來兩大主流技術路徑之一目前FC的技術成熟度及商業化難易度優于EC，可作為三至五年內窗口期的過渡，在分布式發電、可燃廢氣/煤制氣清潔利用、船舶重型交通等場景具有廣闊的市場空間燃料電池燃料電池2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-高溫固體氧化物電解水（SOEC）技術：高溫條件下效率最高SOEC的的落地進展落地進展公司名稱公司名稱產品信息產品信息浙江氫邦科技有限公司創新的平管型技術

86、,單電堆5kW3000小時無衰減單體電池輸出功率100W/片，世界紀錄北京質子動力發電技術有限公司陽極支撐平板型SOEC5kW樣機通過驗收，2kW樣機示范運行寧波索福人能源技術有限公司陽極支撐外歧管窗口式設計5kW單堆集成北京思偉特新能源科技有限公司陽極支撐平板型SOEC，服務壽命近9000小時Bloom Energy2018年紐交所上市，電堆技術成熟但成本較高為Apple、Google、eBay、WalMart、AT&T等客戶提供了超過200套系統三菱日立1984年開始研發SO路線。2015年實現持續穩定發電10000小時日本京瓷20世紀80年代開始研發SOFC，電池為扁管式陽極支撐結構Fu

87、elCell Energy美國能源部支持，構建并測試了50kW概念驗證發電系統，堆棧降級率為0.9%/1000小時Ceres Power倫交所上市公司，技術源于帝國理工大學。產品覆蓋住宅、數據中心、商業發電和汽車領域2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-陰離子交換膜電解水（AEM）技術：低成本、高效率為一體的下一代方案AEM電解槽原理介紹電解槽原理介紹AEM電解槽結構與PEM電解槽類似，核心組件為膜電極組件（MEA）：膜電極組件主要包括陰離子交換膜、離聚物、陽極和陰極催化劑層。AEM的陰離子交換膜是AEM電解槽裝置中的基本核心組成部分

88、，其作用是將OH-從陰極傳導到陽極，同時阻隔氣體和電子在電極間直接傳遞如圖所示，設備運行時，原料水從AEM設備的陰極側進入。水分子在陰極參與還原反應并得到電子，生成氫氧根離子和氫氣。氫氧根離子通過聚合物陰離子交換膜到達陽極后，參與氧化反應并失去電子，生成水和氧氣。根據設備設計的不同，有時會在原料水中加入一定量的KOH溶液或者NaHCO3溶液作為輔助電解質，這有助于提高AEM電解設備的工作效率AEM電解水技術結合了電解水技術結合了ALK電解水和電解水和PEM電解水的電解水的優點優點：相比ALK電解水技術，AEM技術具有更快的響應速度和更高的電流密度相比PEM電解水技術，由于采用陰離子而非質子交換

89、路線，AEM可脫離PGM（鉑基催化劑）的依賴，技術的制造成本遠低于PEM，甚至有希望接近ALK堿槽路線。AEM陽極陰極H2OH2H2O+O2e-e-H2OOH-2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-陰離子交換膜電解水（AEM）技術：低成本、高效率為一體的下一代方案AEM正負極正負極研究進展研究進展 AEM之所以作為下一代技術發展方向廣受關注之所以作為下一代技術發展方向廣受關注，核心是因為其能在實現與核心是因為其能在實現與PEM相當甚至更高電解效率的基礎上相當甚至更高電解效率的基礎上，使用鎳基等更加廉價的催使用鎳基等更加廉價的催化劑化劑

90、，從而大幅降低整從而大幅降低整槽成本槽成本 陳南君（現任洛桑聯邦理工學院博士后）2021年研發出了基于高電導率、高水擴散率的PFAP隔膜的高性能AEMWE，在使用Ni-Fe基的非貴金屬作為催化劑，電壓為2V時，電流密度可達1.62A/cm2。若使用鉑族催化劑，極限電流強度達到極限電流強度達到7.68A/cm2，是是PEM的的1.28倍倍。且在60、0.5A/cm2的電流密度下可穩定運行1000h以上，從而兼顧低成本、高效率和壽命。也是這一成果首次在保證較高壽命的前提下，驗證了AEM的效率潛力，奠定AEM的技術地位AEM離子交換膜離子交換膜研究進展研究進展 離子交換膜方面，由于氫氧根離子在陰離子

91、交換膜（AEM）中的傳導性是質子在質子交換膜（PEM）中的傳導性的不到1/3，需要制作更薄的陰離子交換膜以降低介質電阻率，但這對交換膜材質本身的機械穩定性提出了更高的挑戰 現階段AEM大多數采用陰離子交換基團作為膜材料，由三烷基季銨鹽組成，通過苯基亞甲基連接到聚合骨架上 其中，官能團的數量和位置排布影響離子電導率，也即影響最終的電解效率。聚合物主鏈和官能團的結構影響化學穩定性也即其在堿液或純水中的壽命。官能團數量增加會導致膜的吸水率升高，主鏈降解速度加快，機械和化學穩定性變差 因此，膜材料的選擇本質上是尋找壽命和電解效率之間的平衡膜材料的選擇本質上是尋找壽命和電解效率之間的平衡?，F階段聚苯乙烯

92、、聚砜、聚醚砜、聚氧化亞苯都作為潛在的膜材料被持續研究，但綜合性能都尚不成熟AEM電解液電解液研究進展研究進展 降低溶液的堿濃度和反應溫度也能延緩膜降解，提升單槽整體壽命。由于陰離子交換膜相比于ALK堿性膜具有更強的離子電導率，因此整個膜電極具有更強的反應活潑性，不需要采用30%濃度的KOH，而可以采用稀堿液甚至純水作為電解液，也能獲得遠超ALK的電解效率2023.6 Sixsigma R綠氫制氫“終極路線”，清潔能源與電解設備均蘊含巨大市場電解槽端-陰離子交換膜電解水（AEM）技術：低成本、高效率為一體的下一代方案AEM電解槽技術發展總結：路線優勢確定性強電解槽技術發展總結：路線優勢確定性強

93、，進一步商用需要膜材料的突破進一步商用需要膜材料的突破AEM核心設計理念是采用陰離子交換膜代替ALK的堿性膜，獲得更高的離子電導率，提升膜電極整體反應活性，從而提升電解效率，降低啟停響應時間縱觀各電解槽路線的膜材料選型，質子交換路線（PEM）率先探索出抗酸性環境同時具有較強電導率和機械強度的全氟磺酸膜，而離子交換路線（AEM）現階段還沒有成熟可商用的材料能兼顧化學穩定性、機械穩定性和離子電導率三方面的性能點，AEM的商用落地還需要完成膜材料的進一步突破但電極和催化劑方面，AEM采用的鎳基材料相比于PEM鉑/銥路線的低成本、高電解效率已經得到驗證AEM結合了PEM高電解效率的優勢以及ALK低單槽

94、成本的優勢，技術一旦成熟，能實現與PEM相媲美的電解效率（90%+），同樣能實現快速啟停捕捉更多棄風棄光，且單槽價格遠低于PEM，因此未來在固定投資和可變成本兩方面都具有最大的商業化潛力。截至2030年，AEM技術制備1標方氫氣價格將低至1.64元，低于ALK的2.23元和PEM的1.78元，僅僅略高于SOEC的1.58元。但AEM反應溫度更低（40-60度），啟?？?，場景泛用性更廣因此我們可以預見，在AEM、SOEC技術進一步成熟落地后，未來未來ALK和和PEM的的成本成本、效率效率、靈活性優勢將逐漸不再明顯靈活性優勢將逐漸不再明顯，下一代制氫電解槽將會是下一代制氫電解槽將會是SOEC熱電聯

95、供熱電聯供+AEM風光電氫一體風光電氫一體的格局的格局2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會核能制氫即將核反應堆與制氫相結合：核反應堆有大量多余的熱能，而制氫需要大量額外的能量，核能作為清潔能源，不僅可以提供大規模制氫所需的電力，還可以提供熱化學循環制氫所需的熱能。由核能耦合制氫產出的氫氣也被稱為“粉氫”核能制氫概念及定義核能制氫概念及定義核能制氫優勢核能制氫優勢氫能源本身優勢氫能源本身優勢氫氣作為新興零碳的清潔能源，燃燒性能好，熱值高，運輸能耗低，并且可以通過燃料電池將其轉化為電

96、能，然后在高峰期作為電能出售，或者作為化學燃料直接出售，擁有豐富的應用場景可有效承接核能棄電可有效承接核能棄電提升核能利用率提升核能利用率可提升制氫效率可提升制氫效率降低制氫成本降低制氫成本核電站開啟后關停成本極高，一般每連續工作 1-1.5 年才關停做檢修。用電端的波峰波谷使得在波谷無法消納和存儲。核能棄電制氫能夠為核產業提供額外產出，利于維持正在老化的反應堆的服役狀態，避免核設施的廢棄；耦合制氫可實現核電生產與需求曲線匹配，提高核能的利用率和競爭力全球 95%工業氫采用蒸汽甲烷重整工藝（SMR），成本低但生成額外的二氧化碳。采用核能進行甲烷熱分解（TDM）制氫，過程中產生的碳是純固體碳或炭

97、黑，易捕捉，熱解所需高溫可由核電廠直接提供。這種方式能量需求極低，比常規水電解低 8 倍，而產生的氫能比常規電解水高出幾倍2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會核能制氫的技術路徑核能制氫的技術路徑核能制氫基本技術路徑可分為：1.核能耦合甲烷蒸汽重整制氫（化石燃料重整制氫）、2.核能耦合高溫蒸汽電解制氫、3.核能耦合熱化學循環制氫、4.常規冷水電解制氫；（其中利用核電電解水只是核能發電與傳統電解的聯合，仍屬核能發電領域，不屬于嚴格意義上的核能制氫技術）甲烷蒸汽重整制取含氫合成氣（SM

98、R）是目前工業領域主要的制氫技術，全球超過95%的工業氫采用該工藝制備。該工藝通常以天然氣為原料，成本低廉，規模大，但產生大量溫室氣體在SMR制取的混合氣體中，氫氣體積分數最高可達 74%，但其工藝溫度為500950，需要輸入大量熱量，天然氣與水蒸氣在高溫下反應轉化為H2和CO2。（傳統方式為燃燒天然氣（甲烷）提供熱能，而核能耦合甲烷蒸汽重整制氫利用核反應堆產生的熱能作為甲烷氣和水蒸氣反應的熱源）在傳統甲烷蒸汽重整技術中，一部分甲烷作為反應原料生成 H2，另一部分甲烷作為燃料燃燒為反應提供能量。因此，反應需要消耗大量天然氣并生成大量CO2。核能耦合甲烷蒸汽重整技術利用核反應堆產生的廢余熱量為重

99、整反應提供高溫熱源，顯著減少該技術所需的天然氣和 CO2 排放，但需要配備有效的碳捕集和封存設施核能耦合甲烷蒸汽重整制氫核能耦合甲烷蒸汽重整制氫核能耦合甲烷蒸汽核能耦合甲烷蒸汽重整制氫重整制氫核能耦合核能耦合核能耦合核能耦合高溫蒸汽電解制氫高溫蒸汽電解制氫核能耦合常規電解核能耦合常規電解水水/冷水電解制氫冷水電解制氫核能耦合熱化學循核能耦合熱化學循環環/熱化學水解制氫熱化學水解制氫2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會核能制氫的技術路徑核能制氫的技術路徑核能耦合核能耦合高溫蒸汽電解

100、制氫核能耦合核能耦合高溫蒸汽電解制氫核能耦合甲烷蒸汽核能耦合甲烷蒸汽重整制氫重整制氫核能耦合核能耦合核能耦合核能耦合高溫蒸汽電解制氫高溫蒸汽電解制氫核能耦合常規電解核能耦合常規電解水水/冷水電解制氫冷水電解制氫核能耦合熱化學循核能耦合熱化學循環環/熱化學水解制氫熱化學水解制氫高溫蒸汽電解（HTSE）主要是利用核能提供的熱量將液態水先提升為8001 000 的高溫蒸汽然后再電解蒸汽，其電解原理是基于固體氧化物電解（SO電解槽）過程實現，即固體氧化物燃料電池的逆過程；在 800 高溫下，產生單位體積氫氣的耗電量為 3 kW h/m3，當反應溫度進一步升高時，其耗電量會進一步下降高溫蒸汽電解溫度約在

101、 600-1000，由于核反應堆提供了大量反應所需的熱量，其電能消耗可以顯著降低，比普通冷水電解少1/3。同時低溫熱使得此技術在熱力學上需要的電能減少，可以改善電解池的動力學，同時電解池中電極表面反應的活化能能壘降低，可以提高反應效率，使得高溫蒸汽電解的效率高于常規電解水電解水制氫需要大量的電能，在具有廉價電力或離網可再生能源電力供應前提下，電解水制氫具有一定的優勢。電解水制氫技術主要有堿水電解制氫、質子交換膜電解制氫和固體氧化物電解制氫等。目前堿水電解制氫已經比較成熟。常規冷水質子交換膜制氫技術由于設備昂貴，暫無大范圍使用。核能與其耦合可為其提供穩定的清潔電力，但冷水電解耗電量較大，經濟性方

102、面不具優勢核能耦合常規電解水核能耦合常規電解水/冷水電解制氫冷水電解制氫2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會核能耦合熱化學循環核能耦合熱化學循環/熱化學水解制氫熱化學水解制氫核能耦合甲烷蒸汽核能耦合甲烷蒸汽重整制氫重整制氫核能耦合核能耦合核能耦合核能耦合高溫蒸汽電解制氫高溫蒸汽電解制氫核能耦合常規電解核能耦合常規電解水水/冷水電解制氫冷水電解制氫核能耦合熱化學循核能耦合熱化學循環環/熱化學水解制氫熱化學水解制氫雖然可由核能提供制氫所需熱量，但直接熱解水溫度高，一般需2500以上，

103、實現難度較大且對材料要求較高；通過引入其他化學物質可以實現將水的分解分為若干不同的低溫運行反應，熱化學循環制氫（熱化學水解制氫）即由兩個或多個熱驅動化學反應相耦合，組成一個閉路循環實現水的分解制氫（熱效率類似卡諾循環，即提高溫度可提高轉換效率）核能制氫的技術路徑核能制氫的技術路徑根據引入參與反應的化學物質不同，核能耦合熱化學循環制氫法又可分為硫-碘、硫-酸、銅-氯等細分路徑循環分類循環分類反應溫度反應溫度GWP熱效率熱效率優點優點缺點缺點硫-碘（SI）800-10000.550%熱效率高，制氫過程不產出有害物質所需原料或產物均為氣體/液體，可通過管道快速輸送，可在全流態條件下運行，利于實現大規

104、模、可持續制氫溫度高，存在材料腐蝕等問題硫-酸（HyS）800-10000.4852%所需電壓小，電耗小，熱效率高，原材料廉價溫度高存在硫酸分解有害物質、材料腐蝕；高性能SO2電解槽開發問題銅-氯（Cu-Cl）550 0.5543%工作溫度低，可利用低品質廢熱余熱，能源利用效率高腐蝕性工作環境，需特殊處理鎂-氯（Mg-Cl）450 1.0344%工作溫度低，可利用低品質廢熱余熱/可與太陽能等耦合反應過程會快速生成MgCl2水合物，需優化水解反應，尚處實驗室階段鈣-溴（Ca-Br）550 新出現的研究路線，工作溫度低，但反應動力學緩慢*GWP:單位質量某種溫室氣體給定時段內輻射強迫影響相對于等量

105、二氧化碳影響的大小2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會核能制氫的技術路徑對比核能制氫的技術路徑對比核反應堆適應性核反應堆適應性出口溫度出口溫度/功率功率/MWth堆型堆型/制氫方式制氫方式常規水電解常規水電解熱化學循環熱化學循環甲烷蒸汽重整甲烷蒸汽重整高溫蒸汽電解高溫蒸汽電解280-3252000-4800壓水堆310-3192000-3200重水堆430-625600-2540超臨界水堆500-80045-3000鈉冷快堆750-1000900-2400熔鹽堆850600-24

106、00氣冷快堆750-950100-600高溫氣冷堆核反應堆的選擇隨制氫工藝的不同而不同，不同堆型可在不同溫度范圍內提供制氫所需的熱或電能。輕水堆的溫度范圍為280325，適用于常規電解，效率約為25%；超臨界水堆的溫度范圍為430625，適用于中溫混合循環制氫；以氦氣為冷卻劑的高溫氣冷堆溫度高達750950，適用于蒸汽重整、蒸汽電解、熱化學循環等高溫過程制氫，其效率可達45%50%。不同堆型參數及適合的制氫工藝如下：適應堆型適應堆型適應堆型適應堆型2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性

107、機會核能制氫的技術路徑對比核能制氫的技術路徑對比關鍵指標對比關鍵指標對比核能制氫中循環工作溫度和電能消耗兩個關鍵指標。核電直接熱解和直接電解是兩個極端。80 水的直接電解需要電壓約為1.23 V，而直接熱解則需要達3000 以上的溫度相比于水直接電解制氫，熱化學循環直接降低了電解所需的電壓：如Cu-Cl循環所需電壓只有 0.20.8 V，降幅達到 35%84%；HyS 循環只有 0.150.17 V，降幅達到86%88%相比于水直接熱解，熱化學循環也大幅降低所需溫度，避免高溫條件下反應復雜性和材料耐高溫等問題；同時核能可以提供制氫所需電能，還能提供不同溫度的熱源，從而為大規模工業制氫奠定堅實基

108、礎從圖可得，純熱化學循環SI需要在較高溫度下進行，為此能與之相耦合堆型大幅受限，同時較高溫度對工藝安全性、材料兼容性和持續制氫時間都提出了較高要求。而以一定電能消耗為代價的HyS循環，則可顯著地降低溫度要求，從而降低化學復雜性和材料性能要求，是當前研究的熱點（此外，也需著重考慮不同循環的催化劑，如：SI 循環耐腐蝕、HyS循環去極化）基于現階段情況來看，純電解和純熱解對角線下方區域制氫路徑是目前最優選擇，如常規的熱化學循環等。但該區域的技術路徑相比對角線上方如HTSE 等存在反應速率慢等問題。但由于材料的限制和工藝的成熟度等問題，對角線上方方案相對來說經濟性稍差，我們認為，未來隨著SO電解槽的

109、規?；瘧玫?，其經濟性與效率優勢將凸顯，HTSE有望成為主流路徑2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會核能制氫的技術路徑對比核能制氫的技術路徑對比經濟性對比經濟性對比基于IAEA 成員國進行的不同堆型和制氫工藝耦合經濟性分析結果，目前階段核能制氫的推算成本為2.455.44美元/kg；與常規電解水制氫相比，目前階段核能驅動的熱化學循環制氫具有明顯成本優勢與耦合常規質子交換膜（PEM）水電解制氫的成本5.7-7.2美元/kg 相比，熱化學循環制氫成本雖然變動范圍大，但是成本下限值較低

110、（主要原因在于部分熱化學循環的研究都是基于實驗室規模得出結論，未來隨著技術成熟和制氫規模擴大，其成本有望進一步降低）；但部分熱化學循環由于運行溫度較高會帶來材料兼容性、操作控制復雜性等問題。相比較而言，目前新興的CuCl、Mg-Cl 循環的運行溫度較低，能耦合堆型更多，未來實現核能耦合大規模制氫的潛力較大高溫蒸汽電解（HTSE）有著更好的反應速率，經濟性也更具優勢，未來隨其規?；瘧?，其成本不斷下探可觸及最低點，其經濟性與效率優勢將凸顯，有望成為主力路徑2.462.272.363.093.562.243.1941.240.781.91.4901234567SIHySCu-ClMg-ClPEMH

111、TSE不同工藝的不同工藝的核能核能制氫成本（美元制氫成本（美元/kg）2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會美國美國英國英國法國法國日本日本核能制氫的國內外進展核能制氫的國內外進展國外進展國外進展美國能源部（DOE）在2004年就啟動了核能制氫研究，目前主要是與現有核電機組匹配的低溫電解制氫低溫電解制氫示范，對基于高溫工藝熱的熱循環制氫和高熱循環制氫和高溫蒸汽電解制氫溫蒸汽電解制氫開展大量研究工作和原理驗證2022年9月，DOE發布國家清潔氫戰略和路線圖草案，草案反復強調利用核能清

112、潔、高效制氫拜登法案以來，美國能源部先后支持了三個現役核電機組低溫電解制氫與一個高溫電解制氫商業示范項目，均將在2024年底前投運。2023年3月，美國首個1兆瓦核能制氫示范項目-九英里峰核電站投入運行英國短期內首先在在役核電機組上進行示范和應用，中長期將高溫高溫氣冷堆氣冷堆（固體氧化物電解水固體氧化物電解水（SOEC）和碘硫循環制氫和碘硫循環制氫）作為其先進模塊化反應堆首選堆型，并提供資金支持示范項目建設2021年英國政府頒布“綠色工業革命10 項計劃”（Ten Point Plan）中，規劃到 2030 年實現綠氫等效裝機容量達500萬千瓦，而核能被英國政府視為綠氫主要來源之一。21年5月

113、，英國核工業協會（NIA）宣布其氫能路線圖已獲得核工業委員會通過，提出到2050年英國 1/3 氫需求由核能生產，但尚未提出具體的實現路徑法國作為全球核電比例最高的國家，目前在開展高溫熱化學制氫高溫熱化學制氫和蒸汽電解制氫和蒸汽電解制氫試驗研究工作，尚未開展在役壓水堆核電機組制氫示范。2021 年法國政府公布的“法國 2030 計劃”中，提出未來5年在氫能領域投入 20 億歐元，并將核能列為生產綠氫關鍵日本首選方案是高溫氣冷堆制氫高溫氣冷堆制氫。日本原子力研究機構自1998 年建成運行熱功率 30 MWe的高溫氣冷試驗堆，成功實現在850 下穩定運行，2004 年冷卻劑出口溫度達到950 并成

114、功完成了連續一周制氫試驗運行。在高溫試驗堆基礎上，日本原子力研究機構持續進行了大功率（600MWt）高溫氣冷堆設計研發韓國政府正在進行核氫研發和示范項目，最終目標是在2030年以后實現核氫商業化。自2004年起，韓國開始執行核氫開發示范計劃NHDD，采用高溫氣高溫氣冷堆和碘硫循環技術冷堆和碘硫循環技術進行核能制氫項目，建立了產氫率50NL/h的回路，正進行閉合循環實驗韓國韓國放眼全球，隨著美日韓英法等核電大國新一代核堆型的成熟與氫能產業的發展，均已啟動了本國的核能制氫工程；目前適配四代核反應堆型高溫氣冷堆的高溫固體氧化物蒸汽電解與熱化學高溫固體氧化物蒸汽電解與熱化學-碘硫循環的核能制氫路徑是各

115、國應用示范的主流技術路徑碘硫循環的核能制氫路徑是各國應用示范的主流技術路徑2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會核能制氫的國內外進展核能制氫的國內外進展國內進展國內進展自“十一五”就開展了核能制氫項目研發，研究當初主流工藝熱化學循環和高溫蒸汽電解制氫并進行初步運行試驗“十二五”期間，設立國家科技重大專項-中國200MW 高溫氣冷堆商業示范電站建設項目“先進壓水堆與高溫氣冷堆核電站”，以掌握碘硫循環和高溫蒸汽電解的工藝關鍵技術，計劃2021前后投產2016年國家能源局能源技術創新“十

116、三五”規劃將高溫氣冷堆 950高溫運行及核能制氫的可行性作為研究目標之一清華大學核能與新能源技術研究院從2004年開始論證核能制氫方法可行性，隨后開展了對碘硫循環核熱制氫基礎性實驗研究中核集團在2018年聯合清華大學、中國寶武開展核能制氫、核氫冶金項目合作研究。目前已完成10NL/h 制氫工藝的閉合運行，建成了產氫能力100NL/h 規模臺架并實現 86小時連續運行連續運行。三方于2019.1簽訂核能-制氫-冶金耦合技術戰略合作框架協議，共同打造世界領先的核冶金產業聯盟中核集團核制氫重點在高溫氣冷堆與熱化學循環制氫高溫氣冷堆與熱化學循環制氫技術耦合，其目標是建成一座600MW 超高溫氣冷堆，與

117、一座產氫 50000Nm3/h 的熱化學制氫工廠匹配生產。其遠期目標是在 2030 年后，利用已成熟核能制氫和棄電制氫為產業源頭，開拓儲氫、運氫、氫燃料電池中下游產業中廣核核能耦合SOEC制氫示范項目已落地-廣東大亞灣核電站2021年，中國首個核能綜合利用示范項目：“國和一號+”在威海榮成開工，項目立足核能發電，對核能綜合利用2022年9月，東華能源與中核開啟合作建設核能制氫-高溫氣冷堆項目，未來五年內預計投資超千億元，共同打造零碳產業園政府端政府端科研院所及產業端科研院所及產業端2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑核能制氫耦合電解制氫，已步入

118、初步商業化階段，電解槽端蘊含政策性機會核能制氫的主要結論核能制氫的主要結論同時結合各國政府對核能制氫的遠景規劃，我們認為核能制氫領域將在制氫端釋放政策性機會，且伴隨著制氫端SOEC高溫電解槽設備的規?；瘧门c其逐步成為電解水制氫的主流技術路徑進程下，高溫蒸汽電解HTSE技術有望成為長遠期的主流核能制氫路徑，重點關注高溫電解槽（SO）/PEM電解槽產業鏈（膜電極、催化劑、粘合劑等）相關的初創企業但熱化學循環反應效率不如高溫蒸汽電解路徑，高溫電解目前由于商業化應用尚未成體系規模，其與核能耦合制氫路線經濟性還存在較大劣勢，但中長期來看隨著高溫電解技術與相應的高溫核反應堆型的成熟，其高效率、低成本的雙

119、重優勢將得以凸顯從技術路徑來看，目前各國應用示范主要采用的是適配第四代核反應堆-高溫氣冷堆型的熱化學循環與高溫蒸汽電解兩種技術；熱化學循環已經研究了數十年，且目前經濟性優勢最為突出，尤其是成熟的硫族和氯族的循環，已開啟商業化示范階段。高溫蒸汽電解擁有更好的反應效率，且與新一代核反應堆型適配，也是示范項目應用的主流路徑；由于冷水電解（pem）可以適配大部分核反應堆型，也是不少核能企業在嘗試的技術路線之一核能制氫寬泛來講即是核能為電解制氫等制氫方式提供熱能與清潔電力能源，其部分技術路徑已進入了初步商業化的發展階段，且受到各國政府高度重視，是較為具備發展潛力的制氫路徑；氫能等新型清潔能源的興起擠壓了

120、核能的發展空間，為提升核電設施效率、避免廢棄，核能企業端也在主動布局核能制氫路線2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠光催化制氫概念及技術原理光催化制氫概念及技術原理光催化制氫技術是將太陽能轉換為氫能,將太陽能以化學能形式儲存起來,不僅能利用太陽能制取氫氣,而且可以將氫能與 CO2 結合起來生產高附加值化學品,實現碳氫資源的綜合利用，太陽能光催化制氫研究目前總體上仍然停留在基礎研究階段光催化制氫的關鍵在于光催化劑，光催化劑性能指標包括量子效率（QE）和太陽能到氫能轉化效率（STH），一般由太陽能到氫

121、能轉化效率（STH）作為核心衡量指標；光催化劑的太陽能轉換效率：轉換=吸收分離反應；式中，1為半導體捕光吸收效率，2為光生電荷分離效率，3為表面催化反應效率，由此可見，光催化制氫的主要環節可分為捕光吸收、電荷分離、催化反應三大環節（3 個因素彼此密切相關。例如，為了吸光效率，可通過能帶結構調控縮小半導體的禁帶寬度；而禁帶寬度變窄使得光催化劑導帶和價帶能夠提供還原反應和氧化反應的熱力學驅動力就會減小，表面催化反應效率會受到影響。此外，在能帶調控過程中引入的雜原子會增加表面和體相的缺陷態濃度，也會影響其光生電荷分離的性質。）從光催化制氫技術路徑上來看，光催化分解水制氫可分為三大技術路線：光催化分解

122、水制氫（PC)、光電催化分解水制氫（PEC）以及光伏-電解耦合分解水制氫(PV-EC)其中，光催化分解水制氫（PC）主要是依賴光催化劑實現水的分解；光電催化分解水制氫（PEC）技術則是在依賴光催化劑的基礎上，加上了電劑電壓的作用；而光伏-電解耦合分解水制氫(PV-EC)則是光伏為堿槽、質子交換膜等電解水制氫提供清潔電力進行耦合，不屬于嚴格意義上的光催化分解水制氫概念光催化制氫的技術路徑光催化制氫的技術路徑2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠光催化制氫的技術路徑光催化制氫的技術路徑-光催化分解水制氫

123、光催化分解水制氫（PC）光催化分解水制氫（PC）在三種技術路徑中規?；瘧蒙蠈υO備的要求較低、可操作性強、成本最為低廉，但是該技術的太陽能轉化利用效率也最低。以目前實驗室階段催化劑研究實驗的最新進展來看，光催化分解水制氫技術太陽能到氫能轉化效率（STH）超過 1%，最高不超過2%，離工業應用還有十分遙遠的距離光催化分解水主要涉及三個過程:(1)光吸收與激發,(2)光生電子和空穴的分離與遷移,(3)表面催化反應。技術原理過程圖如右圖所示：原原理理示示意意圖圖-細分技術與材料體系：細分技術與材料體系：光催化分解水的核心在于催化半導體材料，半導體材料的氧化和還原能力取決于其價帶與導帶的相對位置，對于

124、分解水制氫反應而言，要求半導體材料的價帶位置比水的氧化電位更低，半導體的導帶位置比質子還原的電位更高；依據半導體材料種類不同，光催化材料可分為A,無機化合物半導體催化材料、B,聚合物半導體催化材料、C,單質半導體催化材料三類無機化合物半導體催化材料依據依據 金屬元素（陽離子）金屬元素（陽離子）d電子軌道狀態電子軌道狀態 劃分劃分D0（無電子填充狀態）D10（滿電子填充狀態）代表金屬元素代表金屬元素Ti4+、Zr4+、Nb5+、Ta5+、W6+等In3+、Ga3+、Ge4+、Sn4+、Sb5+、鉍(Bi)等與其相配的非金屬元素與其相配的非金屬元素氧、硫、氮、氧氮、氧硫以氧為例：以氧為例：組合成氧

125、化物組合成氧化物TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5等In2O3，Ga2O3，GeO2、SnO2等堿金屬堿金屬/堿土金屬堿土金屬/其它金屬離子引入到上述化合物組其它金屬離子引入到上述化合物組成鹽類成鹽類鈦酸鹽；鈮酸鹽；鉭酸鹽；鎢酸鹽以及釩酸鹽銦酸鹽；鎵酸鹽；鍺酸鹽；錫酸鹽、銻酸鹽、鉍基含氧酸鹽無機化合物半導體催化材料2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠從搭配的非金屬元素來看：硫化物催化材料：大多需要有犧牲劑參與，優點是可見光響應和較窄帶隙結構，催化效率較高；但存在光腐蝕效應，長時間催化反應中

126、穩定，產氫速率低下，在規模應用時仍需進行改性使用。突破點在于解決硫化物材料的穩定性 氮化物催化材料：常見有 Ge3N4、Ta3N5等（其中Ge3N4 是第一種被披露的具有全分解水能力的非金屬氧化物）；氮氧結合是該材料體系的未來方向，一般的金屬氧化物帶隙相對較大，只能吸收紫外光，而氮氧金屬化合物大多具有較小帶隙，具有可見光吸收特性，并且擁有較高光催化活性，如TaON 鉍(Bi)基材料：自然界中唯一低毒性和低放射性的重金屬元素，且中國鉍儲量世界第一,占總儲量70%以上。鉍基含氧酸鹽一般帶隙較小,可吸收可見光,太陽光利用率較高。鉍基含氧酸鹽具有種類較多、性能容易調控、制備簡單和造價低廉等優勢，金屬側

127、鉍基+非金屬：氧元素是新一代方向無機化合物半導體催化材料聚合物半導體催化材料該類材料具有獨特的分子結構利于光生電子與空穴對在層內的傳輸,促進載流子的分離效率,提高活性；其中，二維非金屬聚合物石墨相氮化碳(g-C3N4)可以在犧牲劑存在下光催化分解水產氫，因其制備簡單、穩定性高和光學性質優異等特點是目前研究實驗的熱點由于聚合物的比表面積小、產生的光生載流子的激子結合能高且復合嚴重等材料特點，該類材料催化活性較低；主要通過制備方法的改進、摻雜、與其他半導體復合等方式提高其光催化活性最新的研究表明一些具有可見光吸收的單質元素(Si，P，B，Se和 S)也具有一定光催化活性，但這些單質光催化劑的催化活

128、性都很低，尚需進一步研究以提高其光催化效率，目前屬于剛剛出現的新材料路線單質半導體催化材料光催化分解水制氫經過半個世紀發展,在技術上（實驗室階段）已相對成熟,圍繞二氧化鈦(TiO2)、硫化鎘(CdS)、鉍基含氧酸鹽(BiOX)、層狀金屬復合氧化物、氮氧化物以及 g-C3N4等主流光催化材料也已研究了一系列如貴金屬沉積、半導體復合、無機離子摻雜等改性方法,一定程度上提高了材料光催化產氫性能；但由于光生電子與空穴復合率高,材料光譜響應范圍窄等問題,使其制氫效率依舊不理想,遠未達到實際應用的要求近兩年，日本Domen 等科學家通過排列 1600 個反應單元,成功在東京大學內建造了一個 100 平米規

129、模的光催化制氫系統,是迄今披露過的最大光催化制氫系統，但離規?；虡I應用還十分遙遠-細分技術與材料體系：細分技術與材料體系：-商業化進展及主要結論商業化進展及主要結論：2023.6 Sixsigma R光催化制氫的技術路徑光催化制氫的技術路徑-光電催化分解水制氫光電催化分解水制氫（PEC）其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠該技術需要將光催化劑沉積在導電基底上制成電極，在少許偏壓（或無偏壓）下實現分解水。在一些典型的光陽極半導體材料上，STH 效率可超過 2.0例如，通過在 Ta3N5光陽極表面合理設計和構筑空穴傳輸層和電子阻擋層

130、等策略，光電流和電極穩定性均可得到大幅度提升，光電流甚至可接近Ta3N5理論極限電流，STH 效率達到2.5%。如果能進一步在過電位和電極穩定性上取得突破，該體系的STH轉化效率有望得到大幅度提升光催化分解水制氫（PC）一直面臨著效率低、粉末催化劑難回收等問題，而光電催化(PEC)制氫是將催化劑做成光電極,不僅可以解決傳統粉末催化劑回收難的問題,而且通過施加偏壓可以提高分解水制氫效率原原理理示示意意圖圖-細分技術與材料體系：細分技術與材料體系：光電催化的制氫效率也主要受電極材料與催化材料的制約，制備高活性、高選擇性的催化劑是光電催化分解水制氫的關鍵；理想的光電極半導體材料應該有足夠大的帶隙(1

131、.6 eV)用來分解水;同時又需要足夠小(2.2 eV)用來吸收范圍更廣的太陽光譜；另外其導帶和價帶應跨越水的氧化還原電位,以便在不施加外加偏壓的條件下能夠分解水；最后,應具有較高的水氧化活性和較好的化學及光電穩定性陽極材料：TiO2、WO3、BiVO4、Fe2O3和 Ta3N5等半導體材料因其低毒性和優異的可見光催化活性而受到廣泛關注陰極材料：目前多由p型半導體組成,然而,固有的p型半導體的數量相對較少,大多數氧化物、氮化物和硫化物半導體為n型的；近年來隨著研究的深入，逐漸涌現出 Cu2O、Sb2Se3、GeSe以及 Cu2ZnSnS4 等新型具備良好性能的光陰極材料2023.6 Sixsi

132、gma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠-細分技術與材料體系：細分技術與材料體系：光陽極材料光陽極材料光陰極材料光陰極材料 TiO2是最早用于PEC分解水的半導體材料；光化學穩定性優異,在酸/堿性介質中,也被用作光電極保護或鈍化層 WO3是最常用n 型半導體光催化劑之一，能吸收500nm 以下可見光；具有中等空穴擴散距離和抗光腐蝕性,并且在相對較低pH 值下化學穩定性優異；其理論STH效率約為 4.8%(TiO2僅為 2.2%)BiVO4是一種窄帶隙、可見光響應光催化劑；純BiVO4制氫效率較低,為了提高其光電催化性能,通常

133、采用：金屬摻雜使用析氧助催化劑與其他金屬氧化物光催化劑結合等方法提高效率 赤鐵礦(-Fe2O3)具有良好光化學穩定性、無毒和帶隙窄等優點,被認為是最有前途的光電極之一,最大理論STH效率為15%；但由于存在導電性差、空穴擴散長度短、導帶位置低等問題,其性能受到限制 氮化鉭（Ta3N5）是少數同時滿足上述三種要求半導體材料之一，其理論最大STH效率為15.9%；然而到目前,能實現的STH 僅為2.72%；一般通過形貌調控、半導體復合、摻雜等來改善其水分解性能 氧化亞銅(Cu2O)：少數幾種天然p型半導體之一，可有效吸收可見光并作為陰極驅動水發生還原產生氫氣；但易被光腐蝕，穩定性差；目前實現最高S

134、TH效率約3%，可通過構筑保護涂層、不同半導體復合等改善性能 硒化銻（Sb2Se3）：具有成本低、帶隙較小、耐腐蝕性強、可加工性好等特點，近幾年來,Sb2Se3無機薄膜功率轉換效率(PCE)從 2.26%、3.21%逐漸增加到10%左右 GeSe 光陰極：具有良好的實驗剝離可行性、獨特光學電子特性、高穩定性、低毒性等優點。目前通過將優化的Sb2Se3光陰極與 BiVO4光陽極結合,實現了 1.5%的 STH Cu2ZnSnS4(CZTS)：擁有無毒、具有較高的理論 STH 轉換效率等優點；其開路電壓比 Si 和CuSe2等更理想,光電流比GaN 和 TiO2基更高，目前多通過構筑過氧化物涂層、

135、超薄鈍化層等策略來維持其高效穩定運行2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠-商業化進展及主要結論：商業化進展及主要結論：光電催化分解水制氫技術在過去幾年內發展迅速,在一些典型的光陽極半導體材料(如 TiO2、WO3、BiVO4、Fe2O3、Ta3N5)等體系上太陽能利用效率得到了較大的提高.研發了如 Cu2O、Sb2Se3、GeSe 以及Cu2ZnSnS4(CZTS)等新型光陰極材料,在穩定性和高效性上也有長足的進步,某些材料因其獨特的光電特性在太陽能析氫、高效鋰離子電池等方面顯示出巨大的潛力，但總

136、體上這些新型材料還面臨著成本高、效率低、放大化難等一系列問題，尚處于實驗室階段，短期內無法實現初步商業化應用光催化制氫的技術路徑光催化制氫的技術路徑-光伏光電催化分解水系統光伏光電催化分解水系統(PV-PEC)光伏電解水制氫技術（即光伏耦合綠氫制備）較為成熟,實現制氫效率約為 12.0%14.2%,目前已進入示范應用階段；光伏發電技術主要是基于半導體的光電效應,主要核心元件是太陽能電池板與制氫電解槽設備,其他還包含有儲能用蓄電池組、控制器等。光伏電解水技術主要優勢在于光伏電池和電解水已經比較成熟,該系統已實現部分商業化；目前,光伏電解水系統的研究熱點在于提高光伏電池的電壓值和開發高效電解水制氫

137、催化劑，以及光伏側的儲能方案，以解決其發電供電的間歇問題制氫端，目前主流應用的有3種電解槽,分別為堿性電解槽、質子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽；堿性電解槽技術成熟、成本低、工藝路線簡單,能源效率在62%82%之間,目前商業應用最廣。該系統中,太陽能發電和電解水制氫結合,比傳統電站減少了逆變和升壓過程,是一種高效、經濟、無污染的制氫方式；隨著光伏電池和電解水技術的發展,光伏電解水系統將成為光催化制氫領域中成熟度最高的技術方案原原理理示示意意圖圖充電放電太陽能控制器電解槽蓄電池氫氣測量收集太陽能太陽能電池板電池板2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路

138、徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠-細分技術與材料體系：細分技術與材料體系：從技術路徑來講，光伏光電催化分解技術可分為光伏電池側路徑與制氫電解槽側路徑光伏電池側光伏電池側可以分為第一代晶硅太陽能電池,第二代無機薄膜太陽能電池,第三代有機太陽能電池；其中硅基路線商業化應用已十分成熟鈣鈦礦等新一代太陽能材料具有合適帶寬、低復合率、超強的輸出電壓等特點,其理論效率也遠高于硅基，這使得 STH轉換效率可以從 3.8%迅速提高到 23%以上。但鈣鈦礦等新型太陽能電池制備復雜、材料穩定性差、電池壽命不長，尚處于持續研發迭代階段制氫側：見本報告前制氫部分制氫側：見本報告前制氫部分2023.6

139、 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠美國能源部（DOE）圍繞光催化進行了多年研究，早在2011年設定了光催化與光伏-光電耦合體系制氫的指標。但從相關文獻來看，光催化與光伏-光電制氫成本、STH效率、產氫率自2015年至今尚未有大幅度突破，整體仍維持在2015年的水平美國美國光催化制氫的國內外進展光催化制氫的國內外進展DOE光催化系制氫指標指標名稱20152020終極目標制氫成本（美元/kg）28.64.62.1STH效率（%）1510DOE光伏光電系制氫指標指標名稱20152020終極目標制氫成本（美元/kg

140、）37.35.72.1STH效率（%）152025歐洲歐洲光催化技術研究最早來源于日本：1972年，日本教授Fujishima和Honda首次報道了在TiO2上進行光催化水分解產生氫氣過程，開啟光解水研究序幕；九州大學、東京大學集聚了世界光解水制氫領先研究團隊。（世界頂尖光催化技術代表：日本東京大學Kazunari Domen教授團隊）；目前全球最大太陽能制氫系統（100 m2，位于東京大學）出自Domen教授團隊日本日本中國中國德、法、英均重視光解水制氫研究。受德國聯邦教育和研究部（BMBF）資助、弗勞恩霍夫太陽能系統研究所牽頭的聯合科研項目“H2Demo”中，開發了可擴展的光伏-光電耦合光

141、解水制氫示范模塊，用于生產首批用于大型光伏-光電耦合光解水制氫集成式反應器，該示范項目STH效率達到了9.2%并計劃在2026年項目驗收時，光伏-光電耦合制氫模塊的目標尺寸達到 36*36cm2，STH效率實現 15%從期刊及文獻情況來看，中國領先的光催化制氫技術代表院所為西安交通大學與中國科學院大連化學物理研究所西交是國內最早啟動太陽能光催化分解水制氫研究的院所之一，率先建立了首個直接太陽能連續流規?；茪涫痉断到y，系統穩定運行超過200小時，同時制定了GB/T26915-2011太陽能光催化分解水制氫體系的能量轉化效率與量子產率計算標準2019年9月，西安交通大學對“直接太陽能光催化制氫相

142、關技術”科技成果進行轉化，郭烈錦院士團隊7項專利作價4,750萬元轉讓給西安瀚海氫能源科技有限公司中國科學院大連物化所李燦研究團隊提出并驗證了基于粉末納米顆粒光催化劑體系（PC路徑）的太陽能規?；纸馑茪涞摹皻滢r場”（Hydrogen Farm Project,HFP）策略，STH效率超1.8%，是目前公開的基于粉末納米顆粒光催化分解水STH效率的最高值2023.6 Sixsigma R總體上光催化制氫技術面臨技術十分不成熟、制備成本極其昂貴等問題，距離規模商業化十分遙遠，我們認為尚不具有清晰的早期投資機會 光催化分解水制氫（PC)：材料體系復雜，材料端可關注二氧化鈦(TiO2)、硫化鎘(C

143、dS)、鉍基含氧酸鹽(BiOX)以及石墨相氮化碳 g-C3N4加相應的改性工藝革新；但目前完全處于基礎研究階段 光電催化分解水（PEC）：陽極/陰極材料體系復雜，光陽極半導體材料(TiO2、WO3、BiVO4)等與新型光陰極材料（Cu2O、Sb2Se3、GeSe以及Cu2ZnSnS4(CZTS)）制備及其相應的改性工藝是新方向 光伏-光電耦合（PC-PEC）：正處初步商業化、示范階段，但制備成本過高，可關注光伏電池端納米硅、鈣鈦礦新材料革新應用與電解制氫端制氫設備及材料（膜電極、雙極板、催化劑、粘結劑等）進一步發展，但就光催化制氫而言該路徑未來中長期內基本不具備商業化競爭力其他制氫路徑總體均處

144、早期，可作為特定場景下的補充路徑光催化技術不成熟，成本昂貴，距商業化應用十分遙遠技術路徑技術路徑光催化分解水（光催化分解水（PC）光電催化分解水（光電催化分解水（PEC)光伏光伏-光電耦合體系光電耦合體系(PC-PEC)STH效率效率低：1%-2%中：2%左右高：10%以上，最高已經實現22.4%（多結 GaInP/GaAs/Ge 電池與Ni電催化劑耦合）制備成本制備成本低中高商業化進展商業化進展完全實驗室與基礎研究階段材料端基本滿足工業化應用要求，處于初步商業化示范階段推薦關注方向推薦關注方向 高效電荷分離策略 高效且穩定催化材料制備 改性工藝（金屬摻雜、不同半導體復合、構筑涂層、結構革新等

145、；如何將材料性能充分發揮）光伏電池端：硅基納米硅、新型鈣鈦礦等應用，降低電池成本、提升電池效率 制氫端：電解槽設備進一步發展完善光催化制氫的主要結論光催化制氫的主要結論2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑生物質制氫生物法、熱解法持續推進，可作工業用氫等特定場景補充氫源生物質制氫主要是指生物質經過不同預處理后，利用氣化或微生物催化脫氧的方法制取含氫合成氣。中國每年可利用生物質資源約為35億噸，其主要來源為能源作物、農業廢棄殘留物、林業廢棄殘留物和工業城市固廢，利用生物質原料制氫不失為一種適應中國國情、具有良好發展前景的制氫技術路線。由于其某些場景

146、下原料為含碳生物質，該路徑也被視為“負碳”制氫路徑，也被稱為“翠氫”或“超級綠氫”生物質制氫概念及定義生物質制氫概念及定義生物質制氫的技術路徑生物質制氫的技術路徑生物質制氫技術主要可分為熱化學法制氫與生物法制氫兩大路徑。熱化學制氫可分為蒸氣汽化、超臨界水汽化、生物質熱裂解重整三種細分技術路徑；生物法制氫也叫做微生物降解法、生物質發酵法制氫，包括了直接光解/間接光解、光發酵、暗發酵、光暗耦合發酵、無細胞生成酶生物轉化等多種細分路徑熱化學法生物法生物質制氫蒸氣汽化熱裂解重整超臨界水氣化直接光解間接光解光發酵暗發酵光暗耦合發酵無細胞生成酶2023.6 Sixsigma R技術路徑1：熱化學法生物質蒸

147、氣汽化熱裂解重整超臨界水氣化生物質制氫的技術路徑生物質制氫的技術路徑指通過熱化學處理，將生物質轉化成富氫可燃氣后通過分離得到純氫的方法。該方法可由生物質原料直接制氫，也可由生物質解聚的中間產物（如甲醇、乙醇）制氫。根據具體過程不同可進一步劃分為蒸汽氣化技術、超臨界水氣化技術和生物質熱解重整技術利用氣化劑對生物質原料進行氣化，最終轉化為富氫燃料。蒸汽氣化制氫技術選擇蒸汽作為氣化劑。對于生物質原料進行氣化處理的目的是去除氮、水等不可燃成分以提高燃料熱值，同時去除硫和氮可防止其產物進入大氣，降低碳氫元素質量比整體上生物質氣化技術工藝接近成熟，目前國內運行該類裝置一般將生物質高溫氣化后再發電，使生物質

148、的化學能先轉化為熱能再轉化為電能，如用于氣化制氫僅需在氣化裝置后部增設相應水汽變換裝置和氫分離系統，所用主要技術均為常規技術該方式一般可得到體積分數 40%60%的氫氣和高熱值合成氣，缺點為有焦油作為副產物產生。因此，探索高性價比的催化劑以增加產氫量探索高性價比的催化劑以增加產氫量、降低氣化溫降低氣化溫度度，并促進焦油裂解及開發綠色焦油處理技術并促進焦油裂解及開發綠色焦油處理技術，重重整焦油為有價值的合成氣以及氫分離系統整焦油為有價值的合成氣以及氫分離系統，是當前是當前該技術進一步應用的關鍵該技術進一步應用的關鍵該技術原理是在350 600且隔絕空氣、氧氣（或有限氧）條件下，對生物質間接加熱，

149、使其發生熱解轉化為生物焦油、焦炭和氣體，對焦油等烴類物質進一步催化裂解，得到富氫氣體并對氣體進行分離獲得氫氣。其又分為水蒸氣重整技術（SR）、水相重整技術（APR）、自熱重整技術（ATP）和光催化重整技術（PR）整體上看該工藝流程簡單，對生物質的利用率高。在使用催化劑的前提下，熱解氣中氫氣的體積分數可達30%50%。但在熱解過程中產生的焦油會腐蝕設備和管道，造成產氫效率下降。目前下一步關鍵：目前下一步關鍵：開發具有經濟性的新型催化劑開發具有經濟性的新型催化劑、低成本去除焦油工低成本去除焦油工藝研發藝研發、氫氣分離環節等氫氣分離環節等（與蒸汽汽化類似與蒸汽汽化類似）是指生物質在超臨界水中通過熱解

150、、水解、冷凝和脫氫分解產生 H2、CO、CO2、CH4和其他氣體；其反應過程包括蒸汽重整反應、水-氣轉化反應和甲烷化反應。由于在此過程中超臨界水同時作為反應介質和反應物，因此無需干燥生物質原料，從而可降低能耗工作溫度是其最大的影響因素，高反應溫度能增加碳氣化速率并且提高氫氣產率。但也會造成運行成本與能耗的相應增長生物質超臨界水氣化制氫技術存在能耗較大、產生焦油副產物等問題，為解決這些問題，應從反應機理、反應熱力學和反應動力學進行進一步研究。雖然該技術原料價格較低，但超臨界水系統的運行成運行成本與初期投資較高本與初期投資較高，并且尚無大規模示范性項目并且尚無大規模示范性項目，因此短期內無法推廣商

151、業使用因此短期內無法推廣商業使用其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑生物質制氫生物法、熱解法持續推進，可作工業用氫等特定場景補充氫源2023.6 Sixsigma R生物質制氫的技術路徑生物質制氫的技術路徑其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑生物質制氫生物法、熱解法持續推進，可作工業用氫等特定場景補充氫源技術路徑2：生物法暗發酵法光暗耦合發酵法無細胞生成酶轉化法直接光解法間接光解法光發酵法生物法制氫技術生物法制氫技術轉化底物類型轉化底物類型產氫效率產氫效率底物轉化效率底物轉化效率環境友好程度環境友好程度/經濟性經濟性直接光解水水慢低需要光照，無污染；但無法大量制

152、氫間接光解水水慢低需要光照，無污染；但無法大量制氫光發酵小分子有機酸、醇類物質快較快較高可利用有機廢水，需要光照；技術系統復雜，價格較貴暗發酵葡萄糖、淀粉、纖維素等碳水化合物快高可利用工農業廢棄物，需處理發酵廢液；經濟性優于光發酵光暗耦合發酵最快最快最高可利用工農業廢棄物，需要氧氣供應；可減少光能需求無細胞生成酶轉化可根據底物類型人為添加相應的酶快高價格最為昂貴，且不成熟細分技術路徑對比細分技術路徑對比-光暗耦合發酵不僅能在一定程度上減少光能需求，同時可大幅增加氫氣的產量，是目前生物法制氫的主要發展方向2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑生物質

153、制氫生物法、熱解法持續推進，可作工業用氫等特定場景補充氫源生物質制氫的國內外進展生物質制氫的國內外進展英國：2023年初，英國商業、能源和工業戰略部（BEIS）宣布投入3000萬英鎊支持生物質制氫技術創新。具體資助方向：原料預處理：研發低成本、節能高效的原材料預處理技術，優化生物質和廢棄物原料，適用于先進氣化技術。具體創新技術包括造粒技術、機械分揀技術、熱處理煅燒技術等;先進的氣化技術及其組件研發：研發先進的氣化技術和組件，重點提高合成氣質量，提升制氫效率。包括實時監測技術、物理清除技術、化學清除技術、催化和熱去除焦油技術、合成氣變壓吸附技術、氣化爐集成技術等;新型生物質制氫技術：重點開發可與

154、碳捕集相結合的新型生物質制氫技術。具體創新技術包括厭氧發酵制氫技術、光發酵制氫技術、廢水處理技術、甲烷重整制氫技術、熱解技術等;生物法制氫：產氫菌是關鍵，之前一直處于實驗室階段；2023年初，國內首個生物制氫及發電一體化項目在哈爾濱落地（采用生物質-垃圾發酵制氫技術，以農業廢棄秸稈、園林綠化廢棄物、餐廚垃圾、高濃有機廢水等為發酵底物，以高效厭氧產氫菌種作為氫氣生產者，在處理廢棄物的同時回收大量的清潔能源氫。其設備提供者為“氫藍時代”，生物法技術來源于哈爾濱工業大學任南琪院士團隊）熱化學法制氫：熱化學法生物質制氫主要用于含水量較低的生物質或者垃圾，如含有較多紙板和塑料等物質的城市垃圾、工業固廢等

155、。國內企業如東方鍋爐、大唐集團等傳統能源企業正布局熱解氣化制氫。但由于氣體處理過程復雜，該路線下目前在國內暫時沒有成熟的商業化運行項目，脫胎于中科院的吉?？萍寄壳罢谕七M小試及中試示范項目建設海外進展代表-英國中國2023.6 Sixsigma R生物質制氫的主要結論生物質制氫的主要結論其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑生物質制氫生物法、熱解法持續推進，可作工業用氫等特定場景補充氫源生物質制氫可有效利用工農業及城市廢余物，但建設地點受限于原料供應地，屬分布式制氫路徑生物質制氫的直接產品為含氫合成氣，會含有CO、H2S及焦油等雜質氣體，需進一步分離得到氫氣才可以使用，較為適合作

156、為燃料或工業原料，不適合氫燃料電池等高純度氫氣應用場景從技術路徑來看：從技術路徑來看：熱化學法熱化學法生物生物法法轉化速率快，但對設備、催化劑等要求高，氣體分離難度大；可重點關注新型催化劑、焦油重整利用、氣體分離工藝與設備等關鍵突破方向產量高、成本低，但雜質較多；其中光暗耦合發酵制氫產氫效率最快、底物利用率最高，有望成為未來生物法制氫的主流應用技術綜上，生物質制氫總體上仍處于早期階段，部分商業化示范還集中在小試中試階段，其應用場景以作為工業燃料原料等為主，該領域可重點關注：生物發酵制氫的高性能產氫菌的培養改造與制備、光暗耦合發酵制氫法、生物制氫原料預處理環節、氫氣分離工藝設備等關鍵環節2023

157、.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑超臨界水制氫以煤為原料較成熟，仍為灰氫改良路線，潛在發展空間有限超臨界水氣化制氫技術利用超臨界水(溫度、壓力均高于其臨界點374.15、22.12 MPa)強大的溶解能力，將煤炭或者生物質中的有機物溶解，在高溫高壓反應條件下快速氣化，生成富氫混合氣體。在此過程中，煤和生物質所含的氮、硫、金屬元素及各種無機礦物質均不發生反應，在反應器內得到凈化并沉積于底部，以灰渣形式排出反應器，從而實現煤和生物質高效、潔凈轉化利用超臨界水超臨界水制氫概念及定義制氫概念及定義H2OH2OH2H2CO2O2煤沉渣吸熱過程還原反應超臨界水原

158、原理理示示意意圖圖超超臨臨界界水水制制氫氫反應速度快，數十秒內完成完全氣化反應條件溫和，轉化溫度綠色環保，固廢以灰渣形式集中排出耗水少，封閉循環、對水質無嚴苛要求原料適應性強，適應各種煤、有機廢物能源轉化效率高，煤電轉化效率可達60%-超臨界水制氫技術優勢超臨界水制氫技術優勢-2023.6 Sixsigma R其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑超臨界水制氫以煤為原料較成熟，仍為灰氫改良路線，潛在發展空間有限超臨界水超臨界水制氫的技術路徑制氫的技術路徑以反應原料劃分，超臨界水制氫可分為：煤炭、有機廢棄物與生物質三種路徑；其中以煤炭為原料的超臨界水制氫技術是三種路徑中最為成熟的技

159、術，已進入商業化示范階段據目前研究進展來看，目前中國所有的煤種都能在超臨界水體系中進行氣化制氫，且煤的變質程度越低、煤樣的顆粒越小，則氣化率越高。同時，煤與生物質共氣化時，生物質和煤炭能夠起到協同效應，制氫效果會更好。以煤炭為原料的超臨界水制氫的制氫發電效率可達60%、煤耗240g/kW，優于傳統燃煤發電 40%和290g/kW；目前，已經進入商業化示范階段近年來，國內外學者分別以麥稈發酵有機廢液、高濃度難降解有機廢物、煤氣化廢水、油田開采廢水、垃圾滲濾液等為原料，開展了超臨界水體系下有機質廢棄物氣化處理的試驗研究，發現有機質廢棄物氣化可以實現制氫與治污的雙重目的，為超臨界水氣化制氫技術在處理

160、含有機質廢棄物方面奠定理論基礎，但目前尚處實驗室理論論證與試驗階段，尚無商業化示范項目生物質在超臨界水中通過熱解、水解、冷凝和脫氫分解產生 H2、CO、CO2、CH4和其他氣體；其反應過程包括蒸汽重整反應、水-氣轉化反應和甲烷化反應。該技術存在能耗較大、產生焦油副產物等問題。雖然該技術原料價格較低，但超臨界水系統的運行成本與初期投資較高，并且尚無大規模示范性項目，因此短期內無法推廣商業使用有機廢棄物有機廢棄物-超臨界水制氫超臨界水制氫煤炭煤炭-超臨界水制氫超臨界水制氫生物質生物質-超臨界水制氫超臨界水制氫2023.6 Sixsigma R超臨界水超臨界水制氫的國內外進展制氫的國內外進展超臨界水

161、超臨界水制氫的主要結論制氫的主要結論其他制氫路徑總體均處早期，可作為特定場景下的補充路徑超臨界水制氫以煤為原料較成熟，仍為灰氫改良路線，潛在發展空間有限國外進展國外進展德國VERENA 試驗工廠、日本廣島大學等機構正在推進超臨界水制氫的技術研究，目前尚處初步示范試驗階段國內進展國內進展在2018年初，西交郭烈錦院士團隊研發的“煤炭超臨界水氣化制氫發電多聯產技術”首個熱電聯產示范項目（50MW）在西安啟動2022年底“超臨界水蒸煤制氫”技術示范項目的落地應用落地佛山南海，制氫成本上可降至15元每公斤;隨著未來規模的擴大，制氫成本可以繼續下降達到68元每公斤以煤炭為原料的超臨界水制氫是超臨界水制氫

162、三種路徑中最為成熟的路徑，目前的技術突破點在于進料預處理、加熱系統、壓力控制及反應器堵塞、設備的防腐與氫脆等方面。但該技術屬于煤制氫的改良技術路線，其產品仍包含二氧化碳，應用場景為多工業聯產（二氧化碳、氫氣等作為原料），從制氫角度看該技術仍屬灰氫的范疇，屬于短期內灰氫的改良技術路徑，其潛在發展空間受限；另外兩種技術（有機廢棄物、生物質）尚處早期實驗室階段，技術尚不成熟；綜合來看，我們認為超臨界水制氫領域早期投資機會有限2023.6 Sixsigma R版權及法律聲明2023中國氫能產業深度研究報告2023.6 Sixsigma R關于云道云道資本|云點道林中國新能源領域領先的精品投資銀行與產業研究機構