氫能的直接應用場景分為四類：1）化工原材料，如用于制備甲醇和合成氨。2）工業輔料，包括不參與主流程的化學反應的，如食品加工業/陶瓷/玻璃的生產過程防氧化保護氣、冷卻氣；參與主流程的化學反應的，如氫能煉鋼時除了加熱外還用于還原反應、奪走鐵礦石中的氧和碳等元素。3）燃燒做功或制熱的原燃料，包括燃氫發動機的燃料、民用天然氣摻氫等，煉鋼用的氫氣同時起到還原劑和燃料加熱的功能。4）電化學反應的原料，燃料電池汽車和社區熱電聯供是主要應用場景，通過燃料電池實現放電、同時產生50~80°的水可以用于供熱。氫在能量和原料兩方面屬性決定了應用場景多元，制取來源多元、可打通綠能與碳能則將促進其成為下一代能源載體，成為終極能源。

氫能產業鏈主要環節包括傳統/清潔能源、氫的制/儲/運、氫化學反應/能量轉換裝備、氫應用裝備(加氫設備與燃料電池)、工業/民用/交通部門的氫能利用環節。目前各領域、各環節氫能推廣的最核心邏輯是“成本由誰承擔”和“全球/國家碳中和政策”兩方面。因此我們預計在未來的3年內，氫能應用的推廣速度排序依次是：工業原材料>工業輔材>民用燃氣>商用車+專用車+工程機械等場景>熱電聯供>乘用車。未來氫能核心推廣的動力將從政策(如財政補貼)推動逐步轉向經濟性(包括直接運營成本和碳稅成本等)驅動。

工業原材料環節的應用占比最高，替代主要來自于“綠氫替代灰氫”。這方面的國家雙碳政策有助力、但經濟性指標則更重要，因此在其原主業上行周期、即石油或煤炭處于價格高位或上漲周期內更容易轉嫁成本、推動新技術更迭；燃料電池汽車推廣更依賴于政策驅動和財政補貼，尤其是在商用車/專用車/工程機械上推廣會更順利，同時兼顧了誰買單(企業)、更安全(室外作業和停放)、更經濟(固定路線或區域作業可以就近安排加氫站)，這幾點也正是國內推廣燃料電池乘用車的痛點。

分應用行業看，現階段氫氣主要應用于工業和石油煉化領域。2022年全球氫氣約56%用于工業領域(合成氨、制甲醇、煉鋼等)、約43%用于煉化，而交通領域使用占比僅0.04%。除了傳統領域的氫需求隨經濟增長與產業轉移而增長外，氫在交通、電力、建筑等領域的新應用是全球氫氣需求增長的另一主要動力。

在全球經濟低碳轉型和低碳氫源成本下降的推動下，綠氫化工、氫能冶金的滲透率有望提升，此外交通、電力、建筑等新興應用領域對低碳氫源的使用量也有望提升。而2022年全球低碳氫源的總產量不足100萬噸。據IEA預測，在碳中和背景下2030年全球氫氣需求將達1.5億噸，2022~2030年CAGR為6%。細分到煉油、合成氨、制甲醇等三大氫氣應用領域，2030年低碳氫源的使用占比將分別達到20%、15%、20%。

圖表：2030年全球工業和石油煉化領域對低碳氫源的需求將超過1400萬噸

數據來源：IEA

目前氫能發展面臨成本高企、專利壁壘、全球標準認定不同及由此延伸的貿易壁壘三大瓶頸，也對應未來主要成長動力。分地區看全球氫應用，中美處于引領地位、能源產地/消費地緊隨其后，未來全球氫應用增量亦將出現在這些經濟體(國家/地區)。2022年中國、北美、中東、印度、歐洲、其他地區的氫氣使用量分別占比29%、17%、13%、9%、8%、24%。中國+北美+歐洲合計占比僅約54%，明顯低于風電、光伏、儲能等其他新能源產業，未來有提升的空間。但目前中國、美國、歐盟對綠氫的認定標準未統一，包括網電參與制氫是否認可為綠氫、生物制氫如何計算節能標準等。歐盟委員會最近公布了《新電池法案》的配套動力電池碳足跡規則征求意見稿，對于綠電的認定標準界定可能與其所在國家的電網綠電比例相當，按此標準將間接否定我國綠電和綠證交易的碳足跡追溯認定功能。未來不排除其他行業會受到類似限制的可能。

未來氫的總需求和制氫減排需求提升后，成本控制將成關鍵且依賴中國。據IEA預測，2030年全球氫需求的1.5億噸中，低碳氫源的產量將突破6900萬噸、占氫氣總產量46%，其中藍氫和綠氫產量分別為1800萬噸和5100萬噸、占比12%和34%。細分到煉油、合成氨、制甲醇等三大氫氣應用領域，2030年低碳氫源的使用占比將分別達到20%、15%、20%。現階段低碳氫源尚未形成大規模生產，藍氫對地質條件或原材料供應的要求苛刻、產能存在上限，而綠氫放量不受地質條件和原材料限制，但現階段制綠氫成本高、缺少經濟性。據彭博新能源財經，歐美電解設備的系統成本約1200美元/kW，而中國只需300美元/kW、成本比歐美低75%，未來氫能最重要的推動力量仍然將依賴中國實現設備和氣體制備兩方面降本。

全球氫能專利主要由歐盟(德國、法國、荷蘭)與日本主導，美國專利占比居前但份額出現下滑，韓國和中國則嶄露頭角。2011~2020年間歐盟、日本、美國、韓國、中國的電解水制氫國家專利占比分別為28%、24%、20%、7%、4%。在制氫、儲運、終端應用等領域，歐盟、日本、美國地區均居于前三位，在制儲用三大環節歐日美的合計占比分別67%、78%、74%。韓國和中國緊隨其后，在各環節的專利合計占比均10%上下。相對優勢指數表現上，歐、日在各環節均位居前兩位。美、中在各環節的相對優勢指數均小于1，但韓國則在終端應用領域較突出。

歐美日韓的頭部企業和研究機構主導了氫能國際專利申請。其中在成熟技術基礎上的工藝改進由歐美化工企業主導，日韓車企則在氣候中和驅動型專利創新中領先。法國的專利優勢在于研究機構而非企業。