图1：当前氢流图（万吨）

资料来源：杜忠明《我国绿氢供应体系建设思考与建议》，海通证券研究所

图2：碳中和愿景下氢流图（万吨）

煤制氢历史悠久，通过气化技术将煤炭转化为合成气，再经水煤气变换分离处理以提取高纯度的氢气，是制备合成氨、甲醇、液体燃料、天然气等多种产品的原料。天然气制氢技术中，蒸汽重整制氢较为成熟，也是国外主流制氢方式。工业副产氢气主要分布在钢铁、化工等行业，提纯利用其中的氢气，既能提高资源利用效率和经济效益，又可降低大气污染，改善环境。电解水技术来自于航天科技，最早是为了生产航空燃料。

煤化工。煤气化制氢技术已有一百余年发展历史，可分为三代技术：第一代技术是德国在 20 世纪 20-30 年代开发的常压煤气化工艺，典型工艺包括碎煤加压气化 Lurgi炉的固定床工艺、常压 Winkler 炉的流化床和常压 KT 炉的气流床等，这些工艺都以氧气为气化剂，实行连续操作，气化强度和冷煤气效率得到较大提高。第二代技术是 20 世纪 70 年代由德国、美国等国家在第一代技术的基础上开发的加压气化工艺。我国煤气化制氢工艺主要用于合成氨的生产，多年来开发了一批具有自主知识产权的先进煤气化技术，如多喷嘴水煤浆气化技术、航天炉技术、清华炉技术等。第三代技术主要有煤催化气化、煤等离子体气化、煤太阳能气化和煤核能余热气化等，目前仍处于实验室研究阶段。

天然气化工。世界上约有 50 个国家不同程度地发展了天然气化工。天然气化工比较发达的国家有美国、俄罗斯、加拿大等。美国发展天然气化工最早，产品品种和产量目前居首位。在世界合成氨产量中，约 80%以天然气为原料。世界甲醇（甲醇生产以合成气为原料，合成气成分为 H2 和 CO）生产中 70%以天然气为原料。天然气为原料的乙烯装臵生产能力约占世界乙烯生产能力的 32%。中国天然气化工始于 20 世纪 60 年代初，现已初具规模，主要分布四川、黑龙江、辽宁等地。我国天然气制氢主要用于生产氮肥，其次是生产甲醇、甲醛、乙炔等。

电解水制氢。碱性水电解在 20 世纪前后开始实现碱性水电解制氢技术的工业化应用，在经历了单极性到双极性、小型到大型、常压型到加压型、手动控制到全自动控制的发展历程后，碱性水电解制氢技术已逐步进入成熟的工业化应用阶段。20 世纪 70 年代起，质子交换膜（PEM）水电解制氢技术开始获得发展，并以其制氢效率高、设备集成化程度高及环境友好等特点成为水电解技术的研究重点，逐步实现从小型化到兆瓦级的发展。

未来电解水制氢技术将成为主流。美国、日韩和欧洲均将电解水制氢技术视为未来的主流发展方向，聚焦碱水制氢技术规模化和 PEM 制氢技术产业化，重点围绕“电解效率”、“耐久性”和“设备成本”三个关键降本性能指标推进整体技术研发，电解水制氢成本结构与关键技术分析。目前，PEM 制氢技术的瓶颈在于设备成本较高、寿命较低，且实际的电解效率还远低于理论效率（其制氢效率潜力有望超出碱水制氢技术），因此欧美发达国家正重点开展技术攻关以突破技术瓶颈，实现 PEM 制氢技术的更大发展。固体氧化物制氢技术采用水蒸气电解，高温环境下工作，理论能效最高，但该技术尚处于实验室研发阶段。

文章来源：海通证券行业专题报告