未来氢将同时扮演能 源载体和工业原料两重角色，在重工业、交通、建筑、电力等行业中有不同的应用场景。
目前，全球每年的氢气产量几乎全部用于非能源领域。根据 IEA 数据，2022 年全球氢气用量达到 9500 万吨，同比增长近 3%创下历史新高，但从应用场景来看仍然集中在传统的工业和炼油领域， 而来自运输、电力、建筑等新应用领域的氢需求量非常低，占比不到 0.1%。分地区来看，中国是 全球最大的氢气消费国，年需求量占全球总量的 29%，主要的用氢地区还包括北美、中东、印度 和欧洲。
全球范围内，炼油用氢当前在终端需求中占比最高。在石化行业，氢气被广泛用于对石脑油、粗 柴油、燃料油、重油的脱硫，石油炼制，催化裂化以及不饱和烃等的加氢精制。在所有终端应用 场景中，炼化行业目前的氢需求量最大，2022 年全球用氢需求约为 4100 万吨。随着全球石油需 求保持在当前水平，炼油用氢需求将在未来几年继续存在；长期来看，尽管石油需求存在下降趋 势，但由于对燃料的空气质量标准更加严格，因此炼化行业对氢的需求或将得以维持。
合成氨和合成甲醇构成全球近 5000 万吨化工用氢需求。氢气是重要的工业气体，氢元素的强还 原性被用于多种化学反应，也是众多化合物的基础元素之一，化工行业需要用氢制备甲醇、合成 氨等多种产品，2022 年全球用于合成氨和甲醇生产的氢气分别约为 3300 万吨/1600 万吨。而氨 贸易在全球范围内进行，全球出口量约占总产量的 10%，因此作为重要的氢衍生物，氨的全球运 输和贸易将成为未来氢生态系统的重要推动力。合成氨也是当前国内对氢需求量最大的应用场景， 占国内氢总需求量的 31%，其次是甲醇合成（23%）和作为燃料直接燃烧（15%）。
氢可替代煤、焦，实现钢铁行业的深度脱碳。钢铁行业是碳排放密集程度最高、脱碳压力最大的 行业之一，碳排放约占全球排放总量的 7.2%。作为世界粗钢第一大生产国，我国粗钢产量占世界 的一半以上，2022 年产量约为 10.2 亿吨，全国钢铁行业的碳排放量占全国排放总量的比例约为 15%。当前我国主流的钢铁生产工艺是高炉-转炉长流程，以煤炭作为主要热源和还原剂，较高的 碳排放强度无法避免，且基于当前传统工艺技术的创新改进难以实现深度脱碳。而氢冶金用氢替 代焦炭进行直接还原铁生产并配加电炉炼钢，既减少了钢铁工业对煤、焦炭等化石燃料的需求， 也避免了炼铁过程大量碳排放的产生，将成为钢铁行业完全脱碳最具前景的解决方案之一。
氢冶金技术仍处于探索和示范阶段，高炉富氢技术或将率先推广。较低碳排放的技术包括废钢电 炉冶炼短流程、高炉富氢冶炼、氢基直接还原铁(DRI) + 电炉工艺等。其中，高炉富氢冶炼由于改 造成本较低、富氢气体易获取，可操作性强，被认为是现阶段“碳冶金”到“氢冶金”的重要过 渡，其潜在碳减排幅度为 10%-30%。而氢基直接还原铁技术采用氢气代替一氧化碳作为氧化铁的 还原剂，还原反应生成的是水而非二氧化碳，因此是最具发展潜力的低碳冶金技术。但目前尚处 于研发试验阶段，预计具备大规模推广条件需要等到 2040 年之后，同时还取决于绿氢产业链的 发展。目前，全球每年有近 500 万吨的氢用于钢铁生产中的还原反应，随着氢冶金技术的进步及 装置改造的推进，钢铁行业的氢需求量有望进一步提升。根据 NRDC 和 CSDRI 的预测，到 2030/2050 年，我国钢铁行业对氢的需求将达到 290/713 万吨。
氢作为能源使用比例较低，发展空间广阔。氢易燃且热值高，燃烧产物仅为水，不排放二氧化碳 等温室气体，与传统的化石燃料相比，是终端零排放的清洁能源。然而目前能源用氢在全球范围 内都尚为有限。以中国为例，2022 年全国氢气产量超 3500 万吨，其中用于交通和建筑的能源的 比例不足 0.1%，按热值换算仅占能源消费总量的 0.002%。而为了实现《巴黎协定》中的目标， 氢需要在 2050 年左右满足世界能源需求的约 15%，因此能源用氢需求空间广阔。
考虑氢主要作为能源载体的场景，下游应用可以分为交通动力和固定非动力两大类。目前来看， 氢能将以燃料电池汽车为主要终端应用，以动力和电力为两条主要线索，纵向深挖交通领域持续 探索新的场景，同时横向往储能、建筑、发电等能源需求部门探索。
重型交通能耗大、碳排高，转型进程缓慢。重型交通是交通运输领域的重要组成部分，但温室气 体和污染排放占比大，我国中重型车辆以 5% 的保有量排放了道路交通领域 84% 的颗粒污染物。 重型交通设备普遍采用柴油发动机，对动力系统的稳定性、经济性等要求更高，为了实现零碳排 放所需要付出的改造、燃料等额外成本更高。相较于乘用车新能源渗率稳步提升，重型交通领域 转型路径仍存在较大争议，推进缓慢。截至2023年底，我国新能源乘用车的单月渗透率已经达到 40%，而商用车市场中新能源渗透率仍仅 17%，全球范围内中重型车辆的绿色转型则更为滞后。
氢燃料电池为固定线路上的重型长途商用车提供了理想解决方案。氢燃料电池具有不受温度影响、 续航里程更长，且补充燃料速度快等优势，是交通领域新能源化双碳战略及环保政策下的必然趋 势。实际上，氢能在乘用车领域的替代优势并不明显。无论是当前高昂的制氢、运输成本，还是 滞后的加氢站、运输管网等基础设施建设，都使得氢燃料电池车在与纯电动汽车的竞争中处于下 风。从电池装机量来看，2023 年我国燃料电池在客车/专用车的装机量分别达到了 130/420MWh， 远高于乘用车。氢能破局的关键在于找到差异化的应用场景，凭借能量转换效率、使用效率及低 温条件性能表现等方面的优势，更适用于中长途、重载交通运输领域，如重型卡车、冷链物流、 城际巴士、公交车和港口矿山作业车辆等，加上物流运输路线相对固定，方便沿途建设相关加氢 站等基础设施。在北方部分地区，氢燃料电池也具备在出租车和公务用车领域的推广潜力，以解 决寒冷条件下动力电池的续航问题。因此，我们认为燃料电池商用车有望成为整个氢燃料电池行 业的突破口。
长期而言，氢及其衍生物或成为航空航运部门的低碳能源方案。航空和航运能耗极高，且电气化 难度很大，电力和纯氢都无法成为化石燃料的替代品。而氨、e-甲醇等氢的衍生物或将成为航空 和航运部门最具可行性的低碳能源方案。 航运：国际海事组织 IMO《船舶温室气体减排初步战略》倡导在中长期逐步引入氢、氨等零碳燃 料技术，驱动航运业交通运载工具实现零排放，欧盟将航运业纳入碳排放交易体系，利用市场化 机制推动船舶低碳转型。氢能船舶包括燃料电池、氢内燃机、绿色甲醇、绿氨等多种技术路线： 燃料电池路线适用于内河、近海船舶或作为远洋船舶辅助动力；氢基衍生物如绿色甲醇、绿氨等 路线适用于油船、集装箱船、散货船等航行较远的海上船舶。2023 年，挪威、荷兰、美国已有氢 能船舶投入运营，马士基为其首批 12 艘大型甲醇双动力船舶签订绿色甲醇订单，均对氢及其衍生 物在船舶动力的应用起到引领作用。 航空：与航空脱碳的其他潜在解决方案相比，包括合成煤油等低排放氢基燃料在内的可持续航空 燃料（SAFs）在技术上的可行性最高，目前的应用阻碍仍然是高昂的生产成本。2023 年 4 月， 欧盟暂时同意实施旨在实现航空业脱碳的倡议 ReFuelEU，其中涉及到合成燃料（包括合成煤油） 的使用目标：2030 年起，合成航空燃料（由二氧化碳与绿氢合成）占比应达到 1.2%，到 2050 年 这一比例将提升到 35%。 根据 IEA 预测，在 2050 净零排放场景下，到 2030 年，每年将有 800 万吨氢直接用于交通领域， 其中公路交通占 50%，航运占 45%；除此之外还需要用 800 万吨氢合成氨或其他氢基合成燃料， 用于航运和航空部门。
氢能发电以燃气轮机掺氢、煤电掺氨、燃料电池为主要方式。目前氢能发电仅占全球发电总量的 不到 0.2%。在技术层面，利用纯氢发电的技术已经商业化，燃料电池、内燃机和燃气轮机可以使 用富氢气体或纯氢，煤电厂掺氨混燃也已经取得试验成功。根据 IEA 统计数据，已规划的氢氨发 电项目到 2030 年装机容量可达到 5.8GW，其中约 70% 的项目使用燃气轮机掺氢，10%使用燃料 电池，3%为煤电厂掺氨混燃。据 IEA 估测，全球现有的可掺氢燃气轮机装机量或超过 70GW，在 平均掺氢比例 15%的假设下，每年对氢气的需求量将接近 500 万吨。随着新建火电厂配备可掺氢 /氨机组的比例提升，氢能在电力供应结构中的地位将进一步提高，同时也将拉动更大的氢气需求 量。
氢能作为大规模、长时间储能的解决方案，可为风光等间歇性可再生能源提供托底保障。相比于 电池的自放电、水的蒸发耗散，氢作为一种稳定的化学品更适合长时间的储存，因而更适合跨季 节的长周期储能。另一方面，氢储能的制储部分主要由制氢系统（功率）和储氢系统（容量）分 别构成，可以实现储能功率与储能容量的解耦，因而在长时间、大规模的储能场景下，氢储能容 量的增加主要依靠扩大储氢系统的容量，可以实现更低的规模化成本；相比电化学储能受到蓄电池原理的约束，功率和容量耦合，在大规模储能的场景下规模化降本的潜力较小，所需的成本较 高。 氢具有高场景灵活性，直接应用可提高储能效率。从应用场景上来看，其他储能方式一般为电→ X→电的闭环系统，也即最终能源还需要以电力的形式进行输出。而氢作为一种燃料和化工原料， 在下游有丰富的应用场景，可以实现电→H2→X 的开环储能模式，也即由电制取的氢可以直接面 向不同场景进行应用，具有更高的场景灵活性，也可以避免更多的转换环节以提高储能效率。
我们认为，未来对氢的需求主要来自三个方面： 一是传统工业领域的用氢需求，即主要来自炼油、合成氨及合成甲醇的需求，预计将保持相对稳 定，其中炼油用氢可能随着石油需求量下降而有所下降。整体而言，根据 IEA的预测，在 2050净 零排放场景下，2030 年炼油、合成氨及合成甲醇对氢气的年需求量合计将接近 9000 万吨。 二是氢及其衍生物作为燃料的应用需求，即氢作为能源载体替代化石燃料带来的需求，既包括在 交通领域的动力需求、建筑领域的供热需求，也包括参与发电的电力需求。根据 IEA 的预测，在 2050 净零排放场景下，2030 年交通和能源行业的氢需求量将分别达到 1600 万吨和 2200 万吨。 三是氢在新应用场景中的需求，如氢储能，在新场景中的推广程度既要靠相关技术发展赋能，也 依赖于产业起步后用氢成本的下降。中短期内，新场景应用带来的需求提升十分有限，但长期来 看可能撬动更大潜在空间。 综合来看，IEA 预计 2030/2050 年全球氢气年需求量有望达到 1.5 亿吨/4.3 亿吨，其中能源和交通 部门将贡献最主要增量。
