氢能源的发展前景

全球变暖和环境污染对能源的使用提出了新的要求，氢能作为清洁能源之一，被誉为21世纪最具发展前景的二次能源，发展氢能是达成全球日益严峻的减排任务的重要举措。目前，氢能的重点发展方向有：1.氢的制取与储运；2.燃料电池性能的提高与成本降低；3.加氢站的建设；4.氢能助推可再生能源的发展。

随着光伏发电的大规模利用， 退役和废旧光伏组件的回收利用 成为越来越突出问题，同时也为行业带来了巨大的新商机。如今，这一新兴产业已经处于爆发的前夕。

一、组件回收——必要性与紧迫性并存

随着全球环境恶化和能源危机的日益加剧，碳达峰、碳中和已成为全球的共识，光伏新能源作为各国实现气候目标的重要途径之一，装机容量更是快速增长。

2021年，全球新增光伏装机量达到183GW，同比增长30％以上。据BNEF彭博新能源财经预计，到2030年这一数字将增加到334GW。我国作为光伏产业发展最成熟的国家，光伏发电累计装机容量已超过200GW，预计2030年新增装机水平将达到105GW～128GW。

未来光伏发电的装机规模，无疑将由“GW时代”跨越至“TW时代”。

但与此同时，光伏发电的大规模应用，却不可避免地衍生出了废旧光伏组件的回收问题。

据国际能源机构一组预测数据显示，2030年，全球光伏组件回收将达800万吨左右，迎来回收大潮。2050年，全球则会有将近8000万吨的光伏组件进入回收阶段。

其中， 中国将在2030年面临需要回收达150万吨的光伏组件，在2050年将达到约2000万吨，是埃菲尔铁塔重量的2000倍。

如此大量的废旧光伏组件如果处理不当，给环境、社会带来不良影响无疑将不可小觑。

但如果处理得当，则不仅可以助力资源的循环再利用，缓解资源短缺，还能够培育新兴产业，创造更多就业价值，同时真正实现光伏全生命周期的绿色发展，促进光伏产业的可持续发展。

组件回收必要性与紧迫性并存，但当前组件回收工作仍然面临着诸多挑战。

二、组件回收目前面临的难点有哪些？

1、非法遗弃和非法倾倒

安装在建筑物屋顶上的分布式光伏电站，往往会随着建筑物的拆除而废弃。在土地上搭建的地面电站则可能随着土地租赁到期被拆掉，如果业主无法支付或准备回收处理的费用，那么废弃的组件很可能会被放置在原处，或者被非法倾倒在其他土地上。

2、有害物质泄漏和扩散的潜在威胁

实际上，大多数废弃光伏电池板件的归宿是被当做废品卖到废品回收站。

我们知道，根据电池板的类型，太阳能电池板含有铅、硒和镉等有害物质。当电池板被卖到废品回收站后，很少有人知道其中有这么多有害物质，也就很少会进行适当的废弃处理。

3、处理场所短缺

以日本为例，自2012年日本引入FIT（可再生能源固定价格收购）制度开始，光伏发电装机规模明显扩大且扩大速度持续提升。按照光伏组件25年的生命周期来计算，预计会在2040年左右进入密集报废期，每年约产生80万吨的废弃光伏电池板。如果把这些电池板铺开， 面积相当于182个天安门广场， 高峰期可能导致回收处理场所的暂时短缺。

4、技术难点

目前已有的成熟光伏组件回收处理技术主要有三种，包括 物理分离、有机溶剂溶解法、热处理与化学方法相结合。

①物理分离法

物理分离法是指将组件经破碎、金属剥离、湿法冶金分离等步骤来回收金属。实验表明此方法仅可获得17.4%金属回收率。

②有机溶剂溶解法

有机溶剂溶解法是指选择几种有机溶剂浸泡去除背板的晶硅电池片，用有机溶剂溶解封装材料EVA，使玻璃与电池片分离，此方法可以获取整块完整的电池片。

③热处理与化学方法相结合法

热处理与化学方法相结合法是指把去除背板的电池板放在管式炉或者马弗炉中，将封装材料EVA去除干净，得到纯净的电池片，再使用化学方法把电池片表面的减反射层、银浆和铝去除，得到纯净的硅片。

以上方法中，无机酸和有机酸溶解只针对EVA的去除和分离，未考虑到边框的拆除和硅晶片再利用，且剩下的废液也难处理；而物理分离法也不够完善，未能分离各单一的组分。同时，对含氟背板的回收问题，也是一个难点。我国光伏退役回收工作的重要参与者、带头人，中国科学院电工研究所高级工程师吕芳表示：“过去90%的光伏组件背板是含氟背板，不能烧、埋，否则会带来不可逆的环境污染，对人体也有重大危害。”

光伏组件的回收处理方法仍有待探索。

5、高成本

无锡尚德总裁何双权曾发文指出，目前很大一部分组件建于偏僻的西北地区或位于屋顶之上，增加了运输成本，同时需要购置专门的回收设备与相关材料，加上技术尚不成熟，投资消耗较大，回收物质的纯度却不高，以及尚未形成大规模的操作形式，因此 光伏组件回收成本仍高。

高成本仍是光伏组件回收市场难以回避的一个“门槛”。

三、光伏组件回收正呈产业化趋势

尽管光伏组件回收还面临着诸多棘手难题，但光伏的飞速发展和大规模应用，正为这一新兴产业的诞生和发展不断添火。

过去数年，韩国、日本和来自欧盟的一些国家在光伏组件回收产业化问题上一直积极布局。

欧盟于2014年正式将光伏组件纳入“报废电子电气设备指令”，还通过“PV CYCLE”和“CERES CYCLE”回收组织负责处理废旧光伏组件。2017年，又进一步颁布了针对光伏组件回收的欧盟标准，并建设了化学法示范线和物理法/化学法综合示范线。

2018年， 法国建立了世界首个光伏组件回收工厂 ，对光伏组件材料的回收利用率超95%；

2021年，澳大利亚正式批准Clive Fleming成立澳洲首家光伏组件回收工厂Claiming PV，尚德、阿特斯、英利、韩华等公司参与技术支持；

在国内，光伏组件回收发展起步于“十二五”规划，依托于科技部“863”课题计划，经历了长达10年的实验室研究，在技术上可与国外并驾齐驱。

2019年4月，国家科技部的国家重点研发计划可再生能源和氢能技术重点专项“成套技术和装备项目”开始实施，英利集团、晶科能源等13家光伏企业联手中国科学院等众多科研院所，针对光伏组件的回收技术、关键装备研制、回收处理示范线、回收标准体系和监管机制，积极展开探索。

同时，自2017年起，国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司（以下简称“黄河公司”）还率先自主开展光伏组件环保处理、回收的关键技术和装备的研究。截止2021年12月底， 黄河公司已建成我国首条组件回收中试线 ，闭环形成多晶硅、硅片、电池、组件、支架、光伏电站规划设计及建设、运行维护、检测评价及组件回收的垂直一体化光伏全产业链。

三、亟待更多力量的加入

中国科学院电工研究所高级工程师、中国绿色供应链联盟光伏专委会秘书长吕芳表示：“未来，光伏组件回收将成为光伏产业链的新产业增长点，必然会有人进入，不管是资本方还是工业界等都会进入。”而当前国内光伏组件回收技术正是需要“百花齐放”。

期待未来随着更多力量的加入，如何低成本地实现光伏废弃组件的回收利用和无害化处理等一系列问题，都能够得到逐一破解，真正实现光伏全生命周期的绿色发展，实现光伏产业的可持续发展。

行业主要上市公司：美锦能源(000723)厚普股份(300471)中国石化(600028)卫星化学(002648)嘉化能源(600273)亿华通(688339)等

本文核心数据：氢能源板块上市公司研发费用氢能源相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“hydrogen

energy”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月17日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

氢能技术概况

1、氢能源的界定及分类

(1)氢能源的界定

氢能是氢在物理与化学变化过程中释放的能量。氢能是氢的化学能，氢在是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，储量丰富。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，随着世界范围内对绿色经济发展重视程度的提升，氢能源的需求和应用领域不断扩展。

(2)氢能源的分类

按照氢气的来源，通常将氢能源分为三类，即灰氢、蓝氢和绿氢。

2、技术全景图：四大环节构成

氢能产业主要由制氢、储氢、运氢、加氢和用氢四大环节构成。为发挥氢能重要能源载体作用，需大力推动氢能产业每个环节的技术发展。其中电解水制氢、液态/固态储氢、液态有机储氢、氢燃料电池等先进技术研究对氢能产业规模化应用具有重要意义。

氢能产业技术发展历程：始于上世纪50年代

中国的氢能与燃料电池技术研究始于上世纪50年代。20世纪80年代以来，相继启动了863计划和973计划，加速以研究为基础的技术商业化项目，氢能和燃料电池均被纳入其中。“十三五”期间，氢能与燃料电池开始步入快车道。2016年以来相继发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》、《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》、《中国制造2025》等顶层规划。2019年两会期间，氢能首次写入政府工作报告。2020年4月，氢能被写入《中华人民共和国能源法》(征求意见稿)。2021年，“十四五”规划指出要在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未来产业。2022年发布第一个氢能源专项规划——《氢能产业发展中长期规划(2021-2035

年)》，为中国氢能源产业发展作为指引。

氢能产业技术政策背景：政策加持技术水平提升

近些年来，我国提出了一系列氢能产业技术发展相关政策，包括氢气制备、储运、应用和燃料电池等关键技术，使得氢能产业技术水平稳步提升。

氢能产业技术发展现状

1、氢能产业技术科研投入现状

(1)国家重点专项

为推进氢能技术发展及产业化，国家重点研发计划启动实施“氢能技术”重点专项。2018-2022年，“氢能技术”重点专项数量逐年增加。2018年仅9项技术专项，到2022年，“氢能技术”重点专项围绕氢能绿色制取与规模转存体系、氢能安全存储与快速输配体系、氢能便捷改质与高效动力系统及“氢能万家”综合示范4个技术方向，拟启动24项重点专项。

(2)A股上市企业研发费用

目前，中国氢能市场正处于发展初期，行业整体研发投入水平不算太高。从A股市场来看，2017-2021年，我国氢能源板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，氢能源板块上市公司研发总费用约158.69亿元。

2、氢能产业技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从氢能相关论文发表数量来看，2010年至今我国氢能相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见氢能科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有80825篇氢能相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解氢能产业技术领域内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词，其中，催化剂、燃料电池、制氢系统、电解水、电解槽等关键词涉及的专利数量较多，说明氢能领域近期的研发和创新重点集中于燃料电池和制氢等领域。

(3)专利聚焦领域

从氢能专利聚焦的领域看，目前氢能产业专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于催化剂、燃料电池、制氢系统、电解水、电解槽等。

注：图中格子数量表示每家公司的专利覆盖率，每个格子代表相同数量的专利。

主要氢能产业环节技术分析

1、前端制氢环节：可再生能源电解制氢是氢源终极方案

制氢环节技术主要包括化石能源制氢和可再生能源制氢。其中，利用化石能源制氢并未摆脱能源对石油、煤炭和天然气的依赖，仍会产生大量碳排放即使是加上CCUS捕集制备的蓝氢，一旦甲烷在制备过程中发生泄漏，对气候的影响比碳排放更大。而利用可再生能源进行电解水制氢，生产过程基本不会产生温室气体。

2、中端储运氢环节：固态储运安全性更好

储运氢气的方式主要分为气态储运、液态储运和固态储运。相比于气氢储运和液氢储运，固态储运在安全性方面优势明显。

3、后端加氢及氢燃料电池

(1)加氢：站内制氢成本优势大

加氢基础设施是氢能利用和发展的中枢环节，是氢能产业发展的核心配套设施。根据氢气来源不同，加氢站可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站。相较于外供氢而言，站内制氢能够大幅减小氢气的运输成本。

(2)氢燃料电池：质子交换膜燃料电池是主流发展方向

按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、硝酸型燃料电池、碳酸型燃料电池、固体氧化物燃料电池等。其中，质子交换膜燃料电池是当前燃料电池的主流技术发展方向。

氢能产业技术发展痛点及突破

1、氢能产业技术发展痛点

(1)高成本是制约氢能大规模发展的关键

当前，经济性为氢能产业发展最大的挑战因素，即使是成本相对较低的氢气($0.5/kg)，除了转化成氨用作肥料以外，绝大多数氢能应用场景都比现有化石能源技术昂贵。解决氢能产业在绿氢制备、储运氢、加氢站建设、燃料电池电堆等关键环节的经济性问题，是未来氢能大规模发展必须要攻克的一道难题。

(2)制氢技术：先进电解技术发展不成熟

目前国内电解水制氢的成熟技术为碱性电解水制氢技术，碱性水电解槽难以响应瞬态负载，因而难以与波动大的可再生电力配合。另外，PEM电解水制氢技术也面临着匹配可再生能源电力而进行的电解槽设计、控制技术以及电源系统设计等尚不成熟的局面。

2、氢能产业技术发展突破

(1)先进电解技术：PEM电解槽设计改进突破

PEM电解槽设计改进策略方向包括更轻更稳定的端板和双极板、经济且耐腐蚀的集电器等。据Yagya N

Regmi博士的研究小组研究发现，PEM电解中发生不含铂族金属催化的析氧反应在短期内是无法实现的，因此，尽可能使铱的质量活性最大化才是目前的可行策略。

(2)氢能储运：固态储氢和潜液式液氢泵突破储运氢技术瓶颈

氢能储运技术突破在于提高储氢密度和安全性，以及降低运输成本。固态储氢是利用物理或化学吸附将氢气储存在固体材料之中。固态储氢具有体积储氢密度高、安全性更好的优势，因此是一种有前景的储氢方式。因此，固态储氢得到了越来越多的研究和关注，主要工作集中在储氢材料的研发与改性等方面。以氢枫能源的镁基固态储氢为例，镁基固态储氢具有资源、性能及技术优势。

液氢泵为液氢储运的重要部件，用于对液体氢气进行传输分配。从氢能全产业链来看，氢气输配成本和初始资本支出为降本的最主要环节。潜液式液氢泵取代了外置泵，减少了氢蒸发，去掉了气氢压缩机且用液氢的冷源省去制冷系统。此外，潜液式液氢泵大流量液氢泵直接加注，不用高压储罐，去除级联储存最终的结果是减少初始投资和运行成本，使氢气的售价与汽油、柴油比肩。

氢能产业技术发展方向及趋势：氢能各环节技术加快突破

氢能供应体系发展路径以实现绿色经济高效便捷的氢能供应体系为目标，中国将在氢的制储运加各环节上逐渐突破。从长远看，随着用氢需求的扩大，结合可再生能源的分布式制氢加氢一体站、经济高效的集中式制氢、液氢等多种储运路径并行的方案将会是主要的发展方向。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《氢能产业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。

  可再生，用途广。

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划。

并且我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。

随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。

氢正是这样的二次能源。 氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的含能体能源

以上内容参考：百度百科-氢能源