一、政策加碼氫能源
隨著近日我們國家新能源汽車補貼的靴子落地，燃料電池，尤其氫燃料電池，似乎已經站在了風口之上。近日，財政部、工信部、科技部、發改委發佈關於進一步完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知，降低新能源乘用車、新能源客車、新能源貨車補貼標準，促進產業優勝劣汰，氫能源一時成為新的看點。
而且在今年的全國兩會上，汽車產業界的全國代表提交了一系列關於發展氫燃料汽車的議案建議，包括尹同躍提報的《將氫能源產業提升到國家能源戰略層面統一規劃》的議案建議等，備受關注和重視。並且在兩會期間，氫燃料這種節能、環保、便捷性又高的能源終於被寫進了《政府工作報告》。有機構解讀，氫能源首次被寫入政府工作報告，後期扶持政策可能會超預期。
發展氫能源是實現節能減排的必然選擇,其實，早在《“十三五”國家科技創新規劃》中，發展氫能燃料電池技術就已被“劃過重點”，《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》則進一步描出了中國氫能的發展路線圖：到2020年，中國燃料電池車輛要達到10000輛、加氫站數量達到100座，行業總產值達到3000億元；到2030年，燃料電池車輛保有量要“撞線”200萬，加氫站數量達到1000座，產業產值將突破10000億元。
相比於目前正在大力發展的電能，氫燃料更加接近於傳統燃油車，其加一次氫的耗費時間不過幾分鐘，但是續航里程則可達500公里，而且零排放、無汙染，是汽車電動化的終級方向。所以發展氫能源產業是保障我國能源安全、實現節能減排和促進汽車產業的發展必然選擇。
燃料電池產業的發展可以分為三個階段。1）對燃料電池在汽車上的應用展開基礎理論研究；2）主要針對燃料電池能量密度、功率、可靠性及耐久性的研究；3）降低鉑催化劑、制氫成本，同時加快配套基礎設施的建設。從目前國際上主流車企的研發和車型推出速度來看，其基本處於第三階段：關於燃料電池的主要技術限制已被解決，正著手降低各項成本以正式商業化。
二、技術驗證→商業推廣
相較於同為環保的純動力車，氫燃料電池車（FCV）續航能力更強、行駛成本降低空間大。相比燃油車，氫燃料電池車和鋰電池車兩種路線都具有轉化率高、環保無汙染等優點，而氫燃料車在續航里程及能量補充時間上具明顯優勢。續航里程上，鋰電動車中表現較優的BYDe6及特斯拉可達400km；而豐田Mirai續航里程可達650km。能量補充上，電動車重新補充能量的過程是一次將電能轉化為化學能儲蓄的過程需要耗費大量的時間，但是對於燃料電池車而言，重新獲得能量的過程則是一次氫燃料加註的物理過程。純電動車直流快充時長在2-3小時，氫燃料車一次加氫只需3-5分鐘。行駛成本方面，純電動車百公里能耗在15至20度電左右，以目前北京地區運營的充電站為例，充一度電充電費用以及服務費用總價在1.5元/度電，行駛成本約0.3-0.4元/公里；氫燃料電池車方面，豐田Mirai的5kg氫氣行駛650km，根據氫成本和售價得知行駛成本0.2-0.8元/公里，下降空間大。
貨規模快速增長，亞洲北美為主要力量。按照出貨規模統計，2016年全球燃料電池出貨規模478.6MW，同比增長60.5%，明顯快於出貨量增速，表明燃料電池單體容量快速增加；2010-2015年累計出貨量約1453.5MW，CAGR為34.3%。2015年全球燃料電池出貨量為60.9 千臺，2016年達65.2千臺，同比增長7.06%，近五年CAGR達21.7%。從地區分佈來看，2016 年亞洲、北美的燃料電池出貨量分別佔世界的83%、11%，相較2011年的燃料電池出貨量分別增長了217%、121%，其增長勢頭迅猛。目前全球燃料電池主要集中在亞洲、北美和歐洲。2016年，亞洲、北美、歐洲及其他地區燃料電池系統出貨量分別為 53.9、7.3、3.5和0.5千件，裝機規模分別為 245.9、209.1、22.0和1.6MW，可以看出亞洲與北美是燃料電池市場的絕對主力。其中由於應用領域的差異，亞洲地區在出貨量上遙遙領先，而出貨規模與北美地區相差不大。
全球歷年燃料電池出貨規模(MW)
日本三款燃料電池車型已投入市場量產，豐田Mirai、本田Clarity銷量向好。現已投入市場量產的燃料電池車有豐田Mirai、本田Clarity、現代ix35FCV，截至2017年9月其銷量分別為4208、600、160臺，佔比84.7%、12.08%、3.22%。其 2017 年銷量（截至9月）分別為1672、469、80臺，同比增長12.59%，1463.33%，175.86%。
已量產燃料電池車銷量變化
歐洲/美國車企採取與日本合作，三大聯盟漸形成。雖然在燃料電池核心技術研發進展上與日本齊頭並進，但在規模化量產的決策上，歐美的確落後了一步。但由於擁有龐大的潛在市場，豐田的 Mirai燃料電池車、現代途勝的燃料電池車，以及本田的 Clarity燃料電池車都不約而同將美國尤其是加州作為車型推廣的前沿陣地。歐美各大汽車廠商也不甘落後，紛紛採取和日車廠合作的模式，盼後來居上。在燃料電池汽車的研發推廣過程中，市場上逐漸形成三大汽車集團聯盟：戴姆勒/福特/雷諾-日產聯盟、寶馬/豐田聯盟、通用/本田聯盟。
三大燃料電池車聯盟圖示
三、氫氣的生產、運輸和加註
1、氫氣的生產
氫氣是一種常見的工業氣體，主流的制氫技術主要有三種：（1）重整化石能源（如天然氣、甲醇等）；（2）電解水；（3）氯鹼工業副產品。在現階段，選擇成本較低、氫氣產物純度高的氯鹼工業副路線，已經可以滿足下游燃料電池車運營的氫氣需求；天然氣重整是歐美普遍採用的制氫方法，國內也廣泛應用於化工行業；在未來，核電及可再生能源發電成本大幅降低的情況下，電解水制氫將成為終極決方案。
以神華集團為例，煤炭資源是公司的優勢，同時積極發展氫能等業務，旨在從煤炭經銷商轉變為世界一流的清潔能源供應商。神華制氫的三路徑：風電制氫；煤層氣及煤化工副產氣；及煤制氫+二氧化碳封存技術。當前，神華已具備充足的制氫能力，以車輛應用換算的話足夠提供4000萬輛燃料電池乘用車的使用。同時配合公司的風電制氫，及已經成功的三十萬噸二氧化碳封存技術，為低成本低碳制氫奠定了基礎。
神華集團的低成本、低碳足跡制氫路徑
2、氫氣的運輸
運氫的方式主要分為：氣氫拖車運輸（tube trailer）、氣氫管道運輸（pipeline）和液氫罐車運輸（liquid truck）。拖車運輸適用於將制氫廠的氫氣送到距離不太遠而同時需求量不大的用戶，前期投資不高；而管道運輸入前期投入高，適用於大規模的輸送；液氫罐車的運輸能力強但仍存在技術難點。從現階段加氫站對運輸距離（<500km，200km為宜）和運輸規模（10 噸/天）的需求來看，氫氣最佳的運輸方式仍是氣氫拖車。當前氫的存儲和運輸費用佔氫氣售價的佔比超過一半，通過分佈式制氫將有效降低運輸成本，大型的外供式加氫站最好能建在大型的集中制氫基地附近。
3、氫氣的加註
按照加氫站的不同形式分類，加氫站可以分為：固定式和移動式，其中移動式加氫站又可以分為移動撬裝式和加氫車兩種，移動加氫站具有機動靈活、加註能力高、性能可靠、使用簡單方便的優點。這幾種形式可以和站內製氫以及站外供氫的模式進行有機混合。例如，豐田在澳洲推出Mirai的同時，也建設了移動式氫氣加氫站，相當於半自動拖車，生產及壓縮氫氣，並輸送至冷卻的瓶子中。
撬裝式加氫站是目前發展的重點，其安全性要求的複雜性相較於固定式的加氫站較低，較易滿足。撬裝式加氫站設備是指將儲氫罐內的氫燃料經管路、低溫泵、計量系統等元件注入到汽車燃料電池車用瓶中的專用裝置。主要設備包括：氫燃料儲存系統、管路系統、潛液泵、流量計量系統、站控系統等設備，並將各系統安裝在撬體內。
四、成本下降路徑
燃料電池成本下降主要來自於規模效應和技術水平的提升。具體到各個環節來看，氣體擴散層、空壓機儲氫瓶電控系統和其他常用零部件（管路、連接等）降本主要由規模化效應驅動；而質子交換膜、催化劑雙極板和其他較為關鍵的零部件（氫氣電池閥等）降本則需技術和材料工藝的進步加以推動。
燃料電池系統及儲氫系統佔到整車製造成本近70%，其中僅燃料電堆就佔到整車成本的 30%，儲氫系統佔到整車成本的14%。燃料電堆是燃料電池系統的核心，燃料電堆中的核心材料又分為膜電極（MEA）、雙極板及其他部件；膜電極是電化學反應的核心部件，由催化劑、質子交換膜、氣體擴散層組成。催化劑（36%）、質子交換膜（12%）和雙極板（23%）合計佔到燃料電堆成本的近70%，是成本降低的主要突破點。
燃料電池車成本結構圖
鉑催化劑價格高昂、非鉑基催化劑短期難以走出實驗室，降低鉑用量是重點攻克方向。在電堆成本中，催化劑的成本佔比高達36%，主要原因是當前常用的鉑催化劑價格高昂。據美國能源部（DOE）統計，2015年每輛80kW的燃料電池汽車平均鉑用量約為100克，遠高於傳統燃油車的鉑用量。
鉑金目前全球探明的儲量只有1.4萬噸，而中國的鉑金儲量不到90噸，每年開採量僅兩噸左右。由於鉑金儲量的稀缺性，市場需大於求的狀況難以改變，其價格勢必會長期維持在高位，因此改善催化劑性能和開發新型非鉑催化劑成為當前燃料電池領域急需攻克的難題。DOE規劃到2020年單車鉑用量將降至50克左右，而最終目標將降至每車20克，直接帶動成本下降30%左右。
DOE規劃燃料電池汽車鉑用量下降目標
新型雙極板加工方法尚待挖掘。雙極板佔到燃料電堆成本的23%，現在採用最廣泛的雙極板是人造石墨雙極板，只能採用精密機械加工，加工費用佔雙極板費用的80%以上，一塊500 平方釐米的雙極板加工費就高達100美元以上。
儲氫罐輕量化是發展趨勢。儲氫系統佔整車成本達到14%，其中碳纖維的材料成本是重中之重。以豐田的燃料電池車Mirai為例，其配備的高壓儲氫罐約使用80KG的碳纖維，整體採用三層結構，內層密封氫氣，中層增加耐壓強度，外層提供保護。Mirai的儲氫罐輕量化瞄準的是中層，通過全新的纖維纏繞工藝削減纏繞圈數，使碳纖維的用量減少了40%。
車載儲氫瓶由多層特殊材料組成
規模效應提升加速成本下降。燃料電池的價格下降與生產規模效應的提升密切相關。據DOE 報告，以功率為80kW的質子交換膜燃料電池乘用車為例，在燃料電池年產量分別為1000輛、1萬輛、3萬輛、8萬輛、10萬輛和50萬輛時，其生產成本分別為2.2萬美元、8500萬美元、6500美元、5500美元、5200美元和4400美元，對應的單瓦成本分別為273美元、106美元、82美元、69美元、66美元和55美元。在燃料電池系統量產初期，價格下降幅度最大，年產量從1000系統/年增加至 10000系統/年，可帶動燃料電池系統成本下降幅度高達60%以上，主要依靠儲氫瓶、空壓機、質子交換膜等零部件的成本降低實現；當產量超過1萬臺/年之後，成本下降幅度隨著產量增大放緩。
燃料電池產量-價格關係
最後看投資機會，電堆組件、加氫站和氫氣作為燃料電池產業的關鍵基礎設施，具備長期投資價值，我們認為加氫站及關鍵設備、加氫站運營、氫氣都將成為巨大的市場，短期設備機會更大，長期看氫氣市場規模驚人。
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