GCNR研报 | 日本电解水制氢技术发展目标与战略路径——“2025日本NEDO电解水技术开发路线图”分析与解读（下）

5. 对比分析：日本与欧美、中国的发展差异

（1）技术路线与研发侧重对比：

日本、欧美、中国在电解水技术发展上各有侧重。

• 欧洲在电解水技术科研方面投入深厚，强调高性能指标（如高电流密度、高效率、长寿命）和技术经济分析并举。例如欧盟支持的大型项目中，把降低制氢成本作为导向，同步研究实现目标成本所需的技术改进路线。欧洲厂商（如德国蒂森克虏伯、挪威Nel等）掌握领先的碱性和PEM技术，并在不断放大设备功率单元（如推出20MW标准模块）。

• 美国的关注点则在成本和规模上，推出了“Hydrogen Shot”计划，将$1/kg氢作为远期目标，同时通过《基础设施法案》投资建设氢能枢纽和巨额税收抵免（每公斤清洁氢补贴高达$3）来刺激市场需求。美国企业在PEM领域（如Plug Power、Cummins）发展较快，也开始涉足AEM等新技术。

• 中国目前在规模和制造成本上占优势，技术路线上以成熟的碱性电解为主导。中国国产碱性电解槽性能可靠且价格低廉，占国内绿氢项目的90%以上，甚至在国际市场也具竞争力。中国依托庞大的国内市场需求（尤其化工原料氢）和政府补贴，迅速扩大产能，实现以产促降的良性循环。同时，中国也在追赶PEM、电堆大型化等前沿方向，但整体技术水准与欧美仍有差距。一些西方分析认为，中国目前在高端领域的不足可能是暂时的，其通过规模经济和研发投入，技术水平也可能快速提升。

• 日本的技术能力在某些方面不亚于欧美。例如在膜电极、催化剂等材料科学领域，日本有深厚基础（长于燃料电池开发的经验）。日本也是全球电解水相关高价值专利的主要持有者之一，与欧盟并列领先。然而，日本技术的商业化程度相对滞后，主要原因是过去国内市场有限、示范项目较少，企业对扩大再生产较为谨慎。这使得在2020年前后日本企业错失了抢占市场先机的机会，一度在出货量上被欧美和中国企业超越。所幸通过最近几年的战略调整和示范项目积累，日本在PEM、AEM等新技术上力图实现“弯道超车”，重新回到技术第一梯队行列。

（2）产业竞争优势与短板：

• 日本：优势在于材料与品质。日本产品以精良著称，在电解槽这样需要高可靠性的设备上，日企的设计和制造严格性有口皆碑。此外，日本企业灵活性高，善于根据客户需求定制优化方案，而不仅卖标准设备。这在氢能刚起步、需求多样的阶段是有利的。短板在于成本偏高，以及国内市场狭小导致规模效应不足，难以及时摊薄成本。此外，日本对外部能源依赖大，国内可再生电力价格较高，使得本土绿氢缺乏价格优势，倒逼相关设备缺少应用场景来锻炼提升。

• 欧洲：优势在于政策明确、创新活跃。欧盟通过立法确定了氢能在工业中的强制应用比例（如2030年工业氢42%需为绿氢），提供了刚性市场，这给欧洲电解产业强劲的需求拉动。同时欧洲研究机构众多，企业、学界合作紧密，新概念新技术涌现快，专利和论文产出高。弱势在于欧洲制造成本相对高昂，项目审批和落地流程繁琐，可能错失快速扩张窗口。此外，欧洲原材料依赖进口，对于铂族金属等供应风险需要应对。

• 美国：优势在资金和资源。美国通过联邦补贴降低了氢能应用的经济门槛，有望催生巨大市场。加之美洲有廉价天然气可制蓝氢、丰富可再生能源可制绿氢，以及地广人稀利于部署大型项目。这些有利条件可能使美国后来居上。短板是美国本土电解槽产业基础相对薄弱，传统氢气产能集中在化石制氢，大规模电解水产业需要从零培育，技术人才和供应链需要时间建立。此外，美国氢战略较强调“全氢源”，即蓝氢也算清洁氢的一部分，这可能在一定程度上分流对绿氢技术的投入。

• 中国：优势在规模和成本。中国企业已经形成规模化量产能力，生产成本远低于西方，同时国内市场庞大，政府支持直接且高效。许多大型项目在中国率先落地，给国内企业提供了宝贵经验。挑战在于技术深度和国际形象。高端应用（如要求快速动态响应的场景）中国设备经验不足；在国际投标时，一些客户对中国产品可靠性存疑，需要时间建立品牌信任。另外，地缘政治因素也可能影响中国企业进入部分西方市场。

（3）未来市场定位与发展方向：

在未来全球氢能版图中，各方可能呈现如下定位：

• 日本若成功实施战略，将定位为高端电解水设备供应商和技术引领者。日本不一定在数量上称雄，但期望在航运燃料氢、航空燃料合成等需要高可靠、高纯度氢的领域占据优势地位。通过持续的研发投入，日本可能在AEM等新一代技术上取得突破，从而抢占市场制高点。同时日本将扮演国际氢能产业链“协作者”角色，通过投资海外项目保障本国氢供应，并出口成套技术和解决方案，提升国际影响力。

• 欧洲力图成为氢能应用中心和规则制定者。借助其统一大市场和环保高标准，欧盟或成最大绿氢消费地区，并以此制定贸易规则（如碳边境税和氢认证标准），进而对供应链拥有话语权。欧洲企业将巩固在大型工业制氢装备方面的领先地位，同时欧洲可能更多进口廉价氢，但附带自身技术和设备输出，以保持产业主导权。

• 美国的前景取决于政策连续性和技术进展。如果补贴和投资见效，美国可能成为低成本氢的主要生产国（包括蓝氢和绿氢），并以此支撑其国内工业减排和出口需求。美国企业有望快速追赶，在2030年代占据全球电解槽市场重要份额。美国也可能主导氢能贸易网络，利用其能源盟友关系，将北美、澳洲、中东等氢供应链接起来，对包括日本在内的盟国供氢。

• 中国则有潜力成为氢能装备制造的“世界工厂”。如同光伏产业，中国的低价电解槽设备可能大量出口到新兴氢能市场（如南美、非洲、中东），加速全球绿氢产能建设。与此同时，中国国内绿氢消纳市场也在逐步形成（如炼化、合成氨行业），确保产业持续发展。若能在技术创新上取得突破，中国企业甚至可能直接与欧美日在高端市场交锋。中国政府也将积极寻求国际合作，将自身打造成氢能强国。

对于日本而言，面对欧美中三方竞争，既有优势可以发挥，也有短板需要补齐。日本需扬长避短，在错位竞争中寻找机遇：例如以高品质和定制化服务赢得严苛客户，以技术联盟方式弥补规模不足（如与欧洲厂商合作项目）等。同时，要保持战略定力，既注重当前成果转化，也持续投入未来技术研发，防止在下一代技术上再度落后。正如业内一句话：“氢能经济才刚起步，现在谁也没有绝对胜券”，日本完全有机会通过正确的战略在全球电解水产业中占有重要一席。

6. 未来展望

展望未来二十年，电解水制氢技术有望取得长足进步，支撑全球氢能产业迈向成熟。以下是对日本电解水技术及产业发展的几点展望：

• 技术趋势

  预计2030年代中期，当前的技术瓶颈将逐步被突破，电解水系统性能将显著提升。碱性电解槽有望在更高电流密度下保持稳定运行，新型电极和隔膜材料的应用可将其效率进一步提高，寿命超出目前记录。PEM电解槽可能实现对贵金属的“降维打击”——催化剂铱负载量减少90%以上，甚至采用非贵金属催化剂，使成本大降。同时，耐用性更强的质子膜投入使用，PEM系统寿命接近碱性水平，使其在各类场景下均具竞争力。AEM电解槽若能解决膜稳定性问题，2030年代有望进入商业化，成为成本更低的选择，其效率和寿命也将不断逼近前两者。固体氧化物电解则可能在特定领域率先应用，例如与高温工业过程耦合，实现热电联供制氢，大幅提升能量利用率。一些示范可能出现在钢铁厂、化工园区，验证SOEC长期运行性能。如果成功，SOEC在2040年后可能成为重要补充技术。

• 规模与成本

  电解水产业将进入规模经济全面显现的阶段。根据国际机构预测，2050年全球电解槽装机容量或超过3000吉瓦。如此巨大的累积产量将把设备成本推向接近材料成本的极限，届时电解槽系统价格可能仅为当前的十分之一。制氢成本则有望降到每公斤氢1~1.5美元的水平（不计碳价情况下），与传统化石制氢相当甚至更低。可以预期，在2030年代中后期的许多地区，绿氢将实现与灰氢的平价，产业无需额外补贴即可良性发展。对日本而言，随着国内外大量项目的建成，关键部件国产化率提高，加之量产摊薄，“高成本”劣势将逐渐改善。届时日本厂商有机会以较有竞争力的价格参与全球市场竞争，不再局限于高端利基市场。

• 政策与市场影响

  未来政策环境很可能进一步利好氢能发展。一方面，各国碳中和承诺将转化为更具体的法规措施。例如碳定价和排放交易机制将提高化石氢的使用成本，从而提高绿氢的相对经济性。若碳价攀升至每吨数百美元量级，绿氢将大面积具备成本优势。另一方面，氢能标准与认证体系将在国际贸易中发挥作用。欧洲的可再生燃料法规已要求进口氢需满足附加性和时间/地域关联等条件。未来可能出现全球通用的绿氢认证，这对日本这样的氢进口国既是机遇也是挑战：机遇在于有利于构建透明的国际氢能市场。挑战在于日本必须确保进口氢符合标准，同时本国出口设备也要配合这些标准。日本政府预计将积极参与国际规则制定，确保自身利益。日本国内政策也可能根据形势调整。例如，若全球氢供需进入高速成长期，日本可能出台更积极的措施刺激国内氢应用，以免本国产业滞后。可能的政策包括：制定国内氢掺混发电比例目标、对工业部门使用绿氢给予减税、为燃料电池车提供更大补贴等。也不排除日本建立碳税或碳交易，进一步推动工业部门采用绿氢。政府的持续支持将保障日本电解水行业有稳定的内需作后盾，并增强企业信心进行研发和扩产投资。

• 国际合作与竞争

  未来氢能市场的国际竞争将更趋激烈，同时合作也将加深。日本需要与友好国家深化合作，例如继续与澳大利亚拓展液氨、液氢供应链，和欧盟分享技术规范，与美国协调补贴政策避免恶性竞争等。在竞争方面，日本企业将直面来自全球各地对手的挑战。中国大量低价设备可能占领中低端市场，欧洲龙头企业稳固传统客户，美国新兴玩家凭本土市场迅速壮大。在此情形下，日本企业唯有保持技术领先和品质取胜的战略。尤其可以预见，下一代技术（如AEM、SOEC、大规模海水电解等）上率先实现商业化的一方，将在新一轮竞争中取得优势。日本在这些方面应提前布局，争取走在曲线前端。

• 氢能体系化发展

  到2040年左右，氢能将逐步从当前的“小众示范”走向“大规模应用”，电解水技术也将融入更广泛的能源体系。比如，电网公司可能将电解槽作为常规调峰手段安装在新能源电站侧，用电低谷制氢，高峰时关停，实现电力与氢的深度耦合。又如，在可再生能源丰富地区，电解制氢设施将与储氢、燃料电池发电一道构成完整的氢能微网，提升能源自给。日本也在探索氢与其他合成燃料的结合，如利用电解氢合成碳中性甲烷、航空燃料等，为难于实现电气化的领域提供解决方案。可以想见，电解水技术的进步将使这些构想成为现实。在一个氢能大规模流通的社会里，日本有望凭借其全产业链技术（从制氢到用氢）占据一席重要位置。

总之，《2025日本NEDO电解水技术开发路线图》为日本中长期氢能社会发展提供技术指引，目标是通过技术创新、成本优化和市场拓展，推动电解水制氢成为碳中和的重要支撑技术。路线图明确提出了未来在ALK、PEM、AEM和SOEC四大技术方向的重点布局，同时强调了系统控制和配套设备优化的重要性。通过成本降低、耐久性提升、电网适配、氢能利用优化等策略，日本将加快电解水技术发展，提升市场竞争力，确保日本在全球氢能经济竞争中保持优势地位。日本的电解水技术开发目标为全球氢能产业提供了重要的参考基准，可供企业对标与战略规划，欢迎联系我们定制ALK、PEM、AEM和SOEC等电解水技术的专项技术研究报告。（续完）