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人類對能源利用能力不斷進(jìn)步。1964年蘇聯(lián)天文學(xué)家尼古拉·卡爾達(dá)肖夫首先提出用能量級把文明分成三個量級：I型、II型和III型。I型文明使用故鄉(xiāng)行星所有能量，II型利用行星圍繞的恒星所有能量，III型則利用所處星系所有能量。人類文明尚未達(dá)到I型，大約處在0.75級左右。而人類社會從古至今的發(fā)展史，是一部對地球上能源資源利用的科學(xué)史。從鉆木取火，到利用地?zé)?太陽能，再到石油天然氣開采，到21世紀(jì)化石能源**形式氫能，而地球上能量利用的**目標(biāo)是核能小型化。暫時我們還沒有核能汽車，并不是它不好，而是人類科技發(fā)展的局限性。

      圖片：中國二氧化碳來源和潛在地質(zhì)封存 | 來源：國際能源署 (IEA)，侵刪

 中國近90%的溫室氣體排放源自能源體系。國際能源署 (IEA) 在最新2022年2月的報告《中國能源體系碳中和路線圖》中明確指出，中國近90%的溫室氣體排放源自能源體系。二氧化碳排放的主要來源是電力行業(yè)（48%）、工業(yè)（36%）、交通（8%）和建筑（5%）。因此，能源政策必須推動碳中和轉(zhuǎn)型。在2030年前實現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)峰，有賴于三個關(guān)鍵領(lǐng)域的進(jìn)展：提高能效、發(fā)展可再生能源和減少煤炭使用。

? 電氣化是交通和建筑部門去碳化的關(guān)鍵。國際能源署同時指出，城市中對地鐵、輕軌和電動巴士的新投資，以及對城市之間高速鐵路的投資，降低了乘客出行的能源強(qiáng)度。提高燃料效率和使用低碳燃料實現(xiàn)了公路貨運、航運和航空業(yè)的減排。其中在電氣化交通領(lǐng)域，就是氫能與鋰電大顯身手的之戰(zhàn)。

? 政策是新能源行業(yè)指導(dǎo)旗幟。回答這個問題，氫能vs鋰電，誰可摘得碳中和王冠？首先現(xiàn)實指導(dǎo)性是政策，其次才是技術(shù)路線和市場成長性。從10多年前的光伏，到5年前的鋰電，再到目前的氫能源/燃料電池，每一個行業(yè)的龍頭公司孵化，都離不開對于新能源方面補(bǔ)貼政策的不斷輸血和給投資者打的N針強(qiáng)心劑。

? 新能源的風(fēng)，是在哪一個方向吹？如果將光伏（太陽能），鋰動力電池（電能），燃料電池（氫能）年裝機(jī)量的數(shù)據(jù)拉出來在時間維度對比，就會清楚的意識到，他們發(fā)展的路徑是如此的相似，動力鋰電池在2012年之后是一騎絕塵超越光伏和風(fēng)電，燃料電池在2017年的時候裝機(jī)量正處于鋰電風(fēng)口的起飛點。這一切的驅(qū)動力來源，注意很大一部分并不是來自于市場，而是政策性驅(qū)動。

         風(fēng)電、光伏、燃料電池和動力電池年裝機(jī)量 | 圖片來源：國際能源網(wǎng)，Wind，Toyota，侵刪

2009年，中國可再生能源發(fā)電占比17.74%。財政部、科技部和能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于實施金太陽示范工程的通知》，啟動了諸多光電建筑應(yīng)用示范項目、金太陽示范工程以及光伏電站特許招標(biāo)，由此揭開了國內(nèi)光伏發(fā)展的大幕。

? 2012年，中國可再生能源發(fā)電占比20.41%。國務(wù)院印發(fā)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》，鋰電上下游企業(yè)爭相聯(lián)動，開啟動力鋰電池的黃金十年風(fēng)口，2021年寧德時代(300750)乘借東風(fēng)成為創(chuàng)業(yè)板**總市值突破萬億元的公司。

? 2022年，中國可再生能源發(fā)電占比約27.73%。能源局及發(fā)改委頒布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，頂層設(shè)計出臺之后，水電解制氫氫能產(chǎn)業(yè)如沐春風(fēng)，據(jù)統(tǒng)計，僅2022年3月份，政策層面7條氫能政策出臺，15省出臺33條氫能相關(guān)政策。

 可再生能源的氫氣 vs 開采/回收的鋰。氫 (H) 作為最輕的元素，地球引力不足以吸引氫氣(H2)，因此地球上游離態(tài)的氫氣幾乎不存在，絕大部分以化合物形式存在，比如水分子 (H2O)。氫氣作為二次能源，來源可以非常多樣化，比如石油化工的副產(chǎn)物制氫，水電解制氫/光解水制氫等等。鋰雖然是只能從鋰礦開采中獲得，但隨著鋰電汽車的市場滲透率逐漸提升，隨之而來的鋰電池回收產(chǎn)業(yè)也逐漸嶄露頭角，如果能將鋰電池的整個Life Cycle很好的整合利用起來，也是很有前景的循環(huán)體系。

? 氫能: 高能量密度 vs 鋰電: 高能源效率。氫氣相對于其他燃料/儲能介質(zhì)，擁有非常高的能量密度 (143MJ/kg)。對比木木柴 (0.13MJ/kg)，煤 (29.3MJ/kg)，汽油 (44MJ/kg)，天然氣 (42MJ/kg)，三元鋰電池（單體300Wh/kg，1.08MJ/kg），可以看出氫氣是非常優(yōu)良的能量儲存介質(zhì)。另外氫氣像汽油等燃料一樣，還可以長時間儲存而能量消耗非常小，相比于鋰電池如果存放時間非常久，自放電無法忽略。但是與鋰電池相比，氫燃料電池的能源轉(zhuǎn)化效率上始終比電池低，相較于特斯拉的BEV效率，目前市面上FCV在效率上仍然低于BEV較多，但都高于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛效率。如果算上從電網(wǎng)充電/制氫到最終驅(qū)動車輛整個的效率，鋰電池仍然獨領(lǐng)風(fēng)騷。

? 氫能: 儲能與轉(zhuǎn)化分開 vs 鋰電: 儲能+轉(zhuǎn)化一體。同為電池，儲能 (Energy Storage)和能量轉(zhuǎn)化 (Energy Conversion)的分別，是區(qū)分氫能和鋰電的優(yōu)劣勢以及應(yīng)用場景的重中之重。在氫燃料電池中，氫氣 (H2) 本身為儲能物質(zhì)，而燃料電池 (Fuel Cell) 本身為能源轉(zhuǎn)化器件，不含任何燃料。燃料電池還可以換不同燃料，比如直接甲醇燃料電池 (DMFC) 等。所以，同樣大小的燃料電池，只需要配**/**壓的氫氣罐，就可以更長續(xù)航。而鋰電是儲能物質(zhì) (Li+) 和能量轉(zhuǎn)化器件 (Battery) 一體不可分割，想要更長續(xù)航，就必須增大整個電池容量/重量，冬季還會因低溫引起容量衰減和析鋰。但同時，鋰電在微型/小型設(shè)備上的靈活優(yōu)勢是燃料電池?zé)o法企及的，以及鋰電池直接釋放電能，無需再進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，電效率和電功率調(diào)節(jié)的靈活性遠(yuǎn)超燃料電池。

? 氫能: 從“化學(xué)品”到定義為“能源” vs 鋰電: 從“儲能器件“到定義為"動力源"。2020年中國能源局發(fā)布《能源法（征求意見稿）》，明確了氫能作為能源的基石地位。之前，我國將氫氣歸為“危險化學(xué)品”一類，導(dǎo)致氫氣相關(guān)產(chǎn)業(yè)在報批建設(shè)過程存在諸多制約。以加氫站為例，要想建設(shè)一座合規(guī)的加氫站，需要辦理危化品經(jīng)營許可證和氣瓶充裝許可證，審批流程周期很長。現(xiàn)將氫視為能源，可按照能源項目進(jìn)行管理，主管部門更明確。（來源：銀湖新能源）

? 燃料電池是一個龐大家族。同為高效清潔能源的燃料電池，其實并非一種電池，而是一個龐大的大家族。按照電解質(zhì)的不同分類，包含最常被用于交通車輛的質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC/PEFC），以及堿性燃料電池（AFC），固體氧化物燃料電池（SOFC），熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）等，因此針對不同應(yīng)用場景，不同功率，運行溫度，啟動速度需求，可以靈活調(diào)整。燃料電池的能量效率通常為40-60％之間；如果廢熱被捕獲使用，其熱電聯(lián)產(chǎn)的能量效率可高達(dá)85％。

? 氫燃料電池交通工具商業(yè)化情況。引領(lǐng)者為美國通用汽車（NYSE:GM），日本豐田汽車（NYSE:TM）和韓國現(xiàn)代汽車 (HYMTF) ，后兩者分別于2015年和2018年左右推出過Toyota Mirai系列（最新一代續(xù)航850KM）和Hyundai Nexo 系列（最新一代續(xù)航866KM）。氫燃料電池商用車的領(lǐng)頭羊當(dāng)屬加拿大巴拉德動力公司 (Ballard Power Systems)，以及在此賽道深耕的德國戴姆勒卡車 (Daimler Truck)，國內(nèi)清華院士背景的上市公司億華通（688339）等。而在航空領(lǐng)域，空客 (Airbus, EADSF) 于2020年成立子公司Aerostack GmbH，專注研發(fā)下一代燃料電池航空飛機(jī)。

? 制氫端痛點：氫能雖然來源廣泛，除了以化石燃料制氫（灰氫）以及天然氣制氫（藍(lán)氫）外，還可利用風(fēng)電、太陽能等通過電解水形式制氫設(shè)備（綠氫），我國風(fēng)光年棄電約1000億千瓦時，可制氫約200萬噸。但利用可再生能源制氫設(shè)備

目前價格高昂，據(jù)未來智庫測算，2020年我國氫能總成本約為60-80元/kg，距離30元/kg的可商用價格相距甚遠(yuǎn)。平均1kg氫氣，可供車輛行駛約150公里。

加氫站痛點：加氫氣的速度（類似加油，約5分鐘）是氫能車輛的一大優(yōu)勢，然而加氫站的建設(shè)復(fù)雜度及高昂成本，卻是構(gòu)建氫能經(jīng)濟(jì)社會的一大痛點。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)從來是蛋生雞，雞生蛋的問題，如果氫能沒有得到廣泛推廣，加氫站無利潤，進(jìn)而沒有動力持續(xù)建設(shè)，需要國企及政策帶頭鋪路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，才有機(jī)會形成良性循環(huán)。商用車領(lǐng)域的運行路線比較固定，所以目前加氫站的建設(shè)目標(biāo)為滿足基礎(chǔ)需求，比如在公交始發(fā)站附近建設(shè)即可。能源局表示，截止2022年4月，我國已累計建成加氫站超過250座，約占全球數(shù)量的40%，加氫站數(shù)量位居世界**。

? 燃料電池痛點：作為能量轉(zhuǎn)化電化學(xué)裝置，氫燃料電池目前的技術(shù)痛點在于膜電極（MEA）以及雙極板（BPP）的研發(fā)。膜電極的壽命會隨使用時間（約0.5-2萬小時）而下降，而且所使用的鉑催化劑體系對氫氣的純度要求十分之高（>99.9999%），普通工業(yè)用氫無法直接用于氫燃料電池交通車輛，需進(jìn)一步提純。而雙極板的水熱管理和流道設(shè)計很大程度會影響電池本身性能，目前主流技術(shù)路線為碳材（商用車）或鋼材（乘用車）。**能源局2022年表示，我國現(xiàn)階段氫能應(yīng)用以客車和重卡為主，正在運營的以氫燃料電池為動力的車輛數(shù)量超過6000輛，約占全球運營總量的12%。

能源安全：上游鋰礦定價權(quán)未在我國，氫氣來源制取方式多樣化

能源安全是**戰(zhàn)略的首要問題。2020年以來，疫情和戰(zhàn)爭帶來的復(fù)雜的地緣政治形勢，給中國的海外鋰礦資源帶來極大的不確定性。中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)報道，2021年下半年以來，動力電池主要原材料，鋰、鈷、鎳均大幅漲價。最新數(shù)據(jù)顯示，自2021年12月21日以來，鎳的報價由原來的不到15萬元/噸，漲到3月20日的22萬元/噸，**點一度超過30萬元/噸；鈷的華東市場報價從不到49萬元/噸漲到56.6萬元/噸；磷酸鐵鋰生產(chǎn)價由原來的不到10萬元/噸一路上漲到超15萬元/噸，漲幅接近60%。動力電池漲價帶來的成本壓力最終傳導(dǎo)至新能源汽車整車。2022年3月份以來，近20家新能源車企宣布漲價，涉及車型近40款。多數(shù)車企整體價格漲幅都控制在了1萬元以內(nèi)，小鵬汽車全系漲價幅度在1.01萬至3.26萬之間。這些非正常鋰電池原材料的價格劇增，成為了鋰電汽車的卡脖子問題，目前看來并無很好的原材料替代品。（來源：經(jīng)濟(jì)日報，新浪汽車）

                                 圖片來源：Wind，東興證券研究所，侵刪

氫能作為二次能源可補(bǔ)充能源安全。氫氣作為所有燃料中能量密度（33.33 kWh/kg）**的二次能源，由一次能源（煤炭、石油、天然氣、水力）轉(zhuǎn)換而來，并不受任何上游單一原材料的來源所限制，因此氫能在保障能源安全里扮演重要的角色。氫氣可作為靈活的能源載體，通過水電解制氫技術(shù)及氫氣與其他能源品種之間的轉(zhuǎn)化，可提高可再生能源的消納、提供長時間儲能、優(yōu)化區(qū)域物質(zhì)流和能量流，進(jìn)而建立多能互補(bǔ)的能源發(fā)展新模式。目前中國氫供應(yīng)主要還是來自于石油化工制取氫氣，未來會逐漸過渡為利用風(fēng)，光，水，地?zé)?/strong>等清潔能源電解水制氫設(shè)備取為交通所需的氫氣。