铂催化剂及氢气纯化技术将助力氢燃料电池产业大发展

铂催化剂及氢⽓纯化技术，将助⼒氢燃料电池产业⼤发展！1.1、燃料电池产业蓄势待发，PEMFC为主流燃料电池通常使⽤氢作为能源，利⽤氢⽓和氧⽓之间的化学反应实现化学能到电能的转换，具备⾼效、清洁优势。1）氢的热值⾼，是同质量汽油的3倍，理论能量转换效率达90%以上，因此氢燃料电池具备其他种类电池所⽆可⽐拟的能量转换效率优势。2）氢为⼆次清洁能源，原料来源⼴泛，反应产物也只有⽔，真正做到零排放零污染。3）氢燃料电池利⽤化学反应实现电能转换，没有机械部件的往复和旋转运动，减少机械部件的磨损，具备低噪和使⽤寿命长的优势。⽬前，氢燃料电池可⼴泛应⽤于汽车、分布式发电、便携式电源等领域。和SOFC是⽬前燃料电池商业化应⽤的主流技术路线，其中PEMFC是燃料电池汽车应⽤的⾸选。根据不同的技术路线，⽬前燃料电池总体可分为6⼤类，包括质⼦交换膜燃料电池（PEMFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和碱性电解液燃料电池（AFC）。其中，质⼦交换膜燃料电池（PEMFC）具备⾼效率、低温快速启动、零污染、低噪等特点，已经成为当前全球商业化应⽤的主流，并重点应⽤于新能源汽车领域。此外，固体氧化物燃料电池（SOFC）具备燃料适应性⼴、能量转换效率⾼、全固态等优势，是⼤型分布式发电应⽤的主流选择。汽车是⽬前燃料电池应⽤的最主要市场。从历年全球燃料电池出货量构成来看，PEMFC+SOFC合计占燃料电池总出货量的95%左右，2016年开始SOFC的出货量占⽐快速提升，或得益于其在⼤型分布式发电领域应⽤规模的扩张，PEMFC出货量始终保持绝对优势。从装机量构成来看，PEMFC+SOFC合计占燃料电池总装机量将近90%，且近六年以来占⽐逐年提升，其中PEMFC装机量占⽐在2018年超过了75%，预计2019年将超过80%，可见汽车是当前燃料电池应⽤的最重要市场。1.2、铂是当前唯⼀具备规模化⽣产能⼒的催化剂材料通常使⽤铂作为分解氢⽓的催化剂。PEMFC的⼯作原理为利⽤氢⽓通过催化剂，分解成两个氢离⼦和两个电⼦，通过质⼦交换膜筛选后，电⼦由负极流向正极形成电流驱动电机。铂由于具备优秀的氧还原反应催化活性，PEMFC应⽤上研究最⼴泛、也是应⽤最成熟的催化剂材料。是并且⽬前尚未有其他材料可⽤于替代铂催化剂。由于铂属于贵⾦属材料，价格昂贵，因此不少国内外学者希望通过铂基合⾦，甚⾄是⾮铂基催化剂的⽅式来降低催化剂中的铂含量以降低燃料电池成本，但绝⼤部分材料⽬前都还处于研发阶段，包括催化活性、稳定性、⼤规模制备技术等都是这些拟替代材料未来需要逐步解决的问题。⽬前来看，铂是当前唯⼀具备规模化⽣产能⼒的PEMFC催化剂材料。海外企业在铂催化剂的研发和产业化上领先。海外可实现铂催化剂⼤规模⽣产的企业主要包括庄信万丰（JM）、⽇本⽥中（TKK）、优美科（Umicore）等，国内喜马拉雅、、上海交通⼤学和⼤连化物所等实现了⼩规模化⽣产，但在铂载量、质量⽐活性等⽅⾯与海外企业相⽐仍有较⼤的差距。此外，上市公司贵研铂业在燃料电池催化剂⽅⾯也早有布局。1.3、全球规划明晰，FCV加速从梦想照进现实全球主要国家和地区对燃料电池产业发展规划明晰，燃料电池汽车（FCV）有望步⼊加速导⼊期。⽇本：2030年末建成加氢站900座，实现FCV保有量80万辆。⽇本是全球燃料电池汽车发展最为领先的国家，⼤⼒推进构建“氢能社会”。早在2004年，⽇本在《国家新产业创新战略》中就将燃料电池列为国家重点推进的七⼤新兴战略产业之⾸，2010年⽇本燃料电池商业化协会制定了⽇本燃料电池汽车和加氢站推⼴路线图和⽬标，2017年发布《氢能基本战略》对2020年、2030年氢能利⽤做了详尽规划。2019年3⽉发布《氢能利⽤进度表》，进⼀步规划到2025年末建成加氢站320座，实现FCV保有量20万辆，到2030年末建成加氢站900座，实现FCV保有量80万辆。韩国：到2040年分阶段⽣产620万辆FCV，建成加氢站1200座。韩国将氢能产业定为三⼤战略投资领域之⼀。2019年初，韩国发布《氢能经济发展路线图》，FCV⽅⾯，争取2019年年底前在国内普及4000辆以上FCV，规划到2025年打造出10万辆/年的⽣产体系，到2040年分阶段⽣产620万辆FCV（⼀半以上⽤于出⼝）。此外，韩国政府还计划在公共交通领域逐步普及FCV，规划到2040年实现4万辆规模燃料电池公交车的普及。加氢站⽅⾯，韩国2018年加氢站仅14座，规划到2019年、2022年、2040年分别实现86座、310座、1200座，同时考虑放宽管制措施积极吸引民间资本的参与，⼀⽅⾯进⼀步加速氢燃料电池产业的建设，另⼀⽅⾯拉动经济增长。美国：到2030年建成加氢站5600座，FCV保有量530万辆。美国于2019年11⽉发布《氢能经济路线图》，⽬前美国加氢站数量63座，规划到2022年、2025年、2030年分别实现加氢站建成量110座、580座和5600座。⽬前美国FCV保有量7600辆，规划到2022年、2025年、2030年分别实现FCV保有量5万辆、20万辆和530万辆。此美国FCV保有量7600辆，规划到2022年、2025年、2030年分别实现FCV保有量5万辆、20万辆和530万辆。此外，公共交通领域，当前美国拥有物料搬运FCV2.5万辆，规划到2022年、2025年、2030年物料搬运FCV规模分别达5万辆、12.5万辆和30万辆。欧洲：2030年FCV乘⽤车达370万辆，FCV轻型商业运输车50万辆，FCV卡车和公共汽车4.5万辆。2019年2⽉，《欧洲氢能路线图》发布，FCV⽅⾯，路线图规划到2030年实现370万辆FCV乘⽤车和50万辆FCV轻型商⽤车，分别占乘⽤车的1/22和轻型商⽤车的1/12，实现4.5万辆FCV卡车和公共汽车，在车⽅⾯，实现约570辆柴油列车的燃料电池化替代。加氢站⽅⾯，截⾄2018年末，欧洲在营加氢站152座，占全球的40%以上，预计未来加氢站规模将进⼀步扩张。中国：规划到2025年实现FCV保有量5万辆，加氢站规模200座，2035年实现FCV保有量130万辆，加氢站1500座。2015年《中国制造2025》中就将燃料电池汽车产业作为⼗⼤发展领域之⼀。2016年我国⾸次提出氢能产业发展路线图，规划到2020年燃料电池汽车数量达到10000辆，到2030、2050年燃料电池汽车保有量达到200、1000万辆。2017年《汽车产业中长期发展规划》中提及要⽀持燃料电池全产业链技术攻关，逐步扩⼤燃料电池汽车试点⽰范范围。2019年，《中国氢能源及燃料电池产业⽩⽪书》发布，根据⽬前燃料电池的实际应⽤情况修正2016年规划，计划2025、2035、2050年分别实现加氢站规模200座、1500座、10000座，分别实现FCV保有量5万辆、130万辆和500万辆。根据中汽协的数据，2018年我国燃料电池汽车总销量1527辆，⽽国内商⽤车销量为437.1万辆，燃料电池汽车渗透率仅0.03%，未来发展空间可观。规模化助⼒FCV降本，商⽤FCV总拥有成本预计率先低于BEV。虽然⽬前FCV偏⾼的价格限制了其需求市场的打开，但未来随着持续的规模化，燃料电池系统成本有望快速降低，从⽽带来整车价格下降，性价⽐提升。从不同车型来看，根据对于体积较⼤，同时运⾏路线相对固定的车辆，其总拥有成本（TCO）预计将最早达到低于BEV的⽔平，⽽到2030年左右，家庭⽤轿车的TCO预计也将降⾄与BEV相当的⽔平，届时FCV在汽车市场的渗透率有望实现加速提升。商⽤车先⾏，政策推动及补贴催化下燃料电池汽车产业有望迎来加速发展。外媒insideevs统计，2019年全球FCV销量预计达7574辆，同⽐⼤幅增长90%。预计FCV的发展路径类似于电动汽车，先从商⽤车市场切⼊，在政策推动下加速发展，通过规模化实现降本，同时完善加氢站等基础设施建设，最后实现在乘⽤车领域的普及。1.4、FCV单车⽤铂量⾼，有望拉动铂需求加速增长燃料电池汽车对铂的⽤量⾼，单车铂含量可达到10-20g。根据庄信万丰（JohnsonMatthey）的测算，早期每辆氢燃料电池汽车的铂含量为30-80克，铂消耗量为传统柴油车的3-8倍；近年来，随着技术进步，单车铂含量有所下降，前海外最新的研究能够将铂⽤量降⾄0.06g/kW（约7.06g/辆），国内技术⽔平则为0.3g/kW，⽽丰⽥等第⼀梯队车企的商业化车型⽤量⼤约为0.17g/kW（约20g/辆）。据估计，2017年全球燃料电池催化剂铂⾦的消耗量不到1.2吨，若假设2025年全球载客汽车年产量为1.05亿辆，其中商⽤车占⽐26.3%，FCV渗透率3%，乘⽤车占⽐73.7%，FCV渗透率0.5%，单车铂含量17.5g，则需消耗铂21.3吨，占2018年全年铂需求量的8.8%，对铂需求带来显著的边际增量。2、其他领域铂需求：汽车、⼯业等仍有增长潜⼒由于铂⾦具有优异的物理属性与催化属性，被⼴泛应⽤于⼯业及投资消费领域。过去5年，汽车催化剂领域的铂⾦需求最⾼，⼤约占总需求的37%到41%。铂在其他⼯业⽤途中的需求平均占全球总需求的20%左右。⾸饰消费平均占铂⾦总需求的35%，需求占⽐仅次于汽车领域。投资是铂⾦最⼩的需求领域，也是过去5年中变动最⼤的领域，在总需求中占2%⾄11%不等。2.1、汽车尾⽓催化剂：排放标准提⾼有望拉动需求增长汽车是铂⾦最⼤的终端需求领域，汽车数量、汽车体积与汽车动⼒类型会影响汽车产业对铂⾦的需求量。汽车对铂的需求主要⽤于制造汽车尾⽓催化剂（三元催化器），铂催化剂可将汽车尾⽓中90%的烃、氮氧化物和⼀氧化碳转化为⽔、氮⽓和⼆氧化碳，减少有害⽓体的排放。因此，汽车数量越多，所需三元催化器的基数越⼤；汽车体积越⼤，所需内燃机体积越⼤，相应铂⽤量也会呈线性增长；⽽柴油动⼒类汽车对铂的需求⾼于其他动⼒类型的汽车，柴油车市占率越⼤，铂需求量越⼤。另外，环保标准的提⾼会促使汽车尾⽓排放标准的进⼀步提⾼，则需要更⾼的PGM含量。欧洲市场柴油车份额下降导致欧洲尾⽓催化剂的铂⾦需求出现下降。传统柴油车中PGM总含量约5-10g，与柴油车相⽐，汽油车尾⽓催化剂中PGM含量仅2-5g，且含铂量较少，含钯量较⾼。欧洲⼀直以来都是汽车尾⽓催化剂需求量最⼤的地区，需求占全球⽐重达50%以上，因此2016年以来欧洲柴油车市场份额的下降导致尾⽓催化剂铂⾦需求量出现下降。预计未来欧洲柴油车的⽐重将继续下降，引起这⼀区域汽车尾⽓催化剂需求量的进⼀步减少。但汽车尾⽓排放标准的提⾼⼀定程度可对冲柴油车⽐重降低带来的⽤铂量下降。2019年-2021年，中国、印度、欧洲将要采⽤新的、更为严格的尾⽓排放标准，对铂⾦的需求量将产⽣积极的作⽤。由于全球各国对尾⽓排放的标准不断提⾼，单车⽤铂量也将相应增加以处理更多的有害物质，这将在⼀定程度上对冲柴油车⽐重的下降。其中，中国新实施国Ⅵ标准将是全球最严格的标准之⼀，与国Ⅴ标准相⽐，其对尾⽓排放的限制要求进⼀步提⾼，CO/HMHC/NOX/PM的标准分别下降30%、50%、42%、33%；同时新增实际⾏驶排放，进⾏实际驾驶路⾯的尾⽓检测，避免排放作弊。新国标计划在2020年针对城市重型车辆、2021年针对所有重型车辆实施，其中北京、上海、⼴州、杭州、天津、河北、河南、⼭东等地区于2019年1⽉1⽇起提前实施，正式实施后，单车对三元催化器的需求将有所提升，同时⾏驶检测将避免尾⽓催化器长期不更换，未来尾⽓催化器的更换需求将提升。另外，过⾼的钯⾦价格也引起了尾⽓催化剂中铂对钯⾦的替代，预计全球汽车催化剂⾏业中⾄少有25%的钯需求可被铂替代。与柴油车相⽐，汽油车尾⽓催化剂中PGM含量为2-5g，且含铂量较少，含钯量较⾼，⼆者⽐重约1:8；随着汽油车渗透率的提⾼，尾⽓催化剂对钯的需求快速提升。同时，钯相对于铂的储量更为稀少，根据WPIC的统着汽油车渗透率的提⾼，尾⽓催化剂对钯的需求快速提升。同时，钯相对于铂的储量更为稀少，根据WPIC的统计，2016-2018年全球钯⾦供不应求，也导致了2016年以来钯⾦价格⼤幅上涨。考虑到钯的⾼昂成本，⼤量⽣产商已开始研究使⽤铂替代钯，预计全球汽车催化剂⾏业中⾄少有25%的钯需求可被铂替代。考虑到技术研发的壁垒、以及下游汽车公司通常会提前1-5年采购所需的铂族⾦属，预计铂对钯的⼤量替代或将发⽣在2020年以后，届时铂⾦需求将有望出现⼤幅增长。2.2、传统⼯业：⽯化与玻璃需求拉动下预计增长稳健鉴于铂⾦特殊的物理特性，铂⾦在汽车以外的传统⼯业领域⽤途⼴泛。从WPIC统计的数据来看，铂⾦的⼯业需求可细分为五⼤领域：化⼯（31%-36%）、医药（13%-15%）、电⼦（10%-13%）、玻璃（10%-12%）、⽯油（6%-12%）。除了2008-2009年全球经济下⾏阶段出现过较⼤回落外，铂⾦的⼯业需求变动相对稳定，尤其是在2014-2017年，铂⾦⼯业需求由50吨/年增长⾄62.8吨/年，复合增长率7%，需求增长稳健。这⼀时期，玻璃、⽯油化⼯是主要的增长领域，考虑到中国在这些领域的⼤量投资，预计未来2年可拉动全球铂⾦的⼯业需求维持平稳增长。另外，由于燃料电池汽车单车⽤铂量⾼于传统汽车，随着燃料电池汽车的快速发展，其对⼯业需求的拉动作⽤将更为显著。玻璃是铂⾦⼯业需求增长最快的领域。铂⾦可⽤于光学玻璃、液晶显⽰屏、玻璃纤维等⾼品质玻璃的制造，由于铂⾦具备耐⾼温、不与玻璃熔体与蒸汽发⽣化学反应的特点，因此主要被⽤于制作熔化玻璃的坩埚和拉制连续玻璃纤维的漏板，避免⽣产过程中掺杂进其他化学成分。近年来，随着电⼦产业的发展，⾼品质玻璃的需求量增长，也带来了玻璃领域铂⾦需求的快速提升。化⼯是铂⾦在⼯业上最主要的⽤途。铂⾦通常与⾦属铑制成铂铑⾦属丝⽹后，⽤于硝酸⼯业⽣产过程中的氨⽓氧化流程；近年来各类特种有机硅产品也需要使⽤铂⾦作为催化剂，并且此类产品的⽣产过程中铂⾦会被消耗⽽不可回收，预计未来化⼯领域的铂⾦需求仍可维持稳定增长。3、铂供应：矿产铂供应稳定，回收铂或有增长3.1、矿产铂：矿产分布集中，矿产铂产量稳定铂族⾦属储量稀少，分布⾼度集中于南⾮。根据USGS最新的统计，全球铂族⾦属储量总计6.9万吨，其中91%都集中在南⾮地区，储量达到6.3万吨，其余则分布在俄罗斯、津巴布韦、美国、加拿⼤等地，尤其是俄罗斯在2017年新增储量约0.28万吨。但与黄⾦相⽐，铂族⾦属储量更为稀少，全球黄⾦储量约5.4万吨，年产量约3150吨，⽽据不完全统计，全球铂储量约3.7万吨，年产量200吨，钯储量则仅为铂储量的六分之⼀，年产量约210吨。铂⾦矿的地区分布集中于南⾮布什维尔德矿区。在⾃然界中，铂通常不会以单体的形式存在于矿⽯中，常与钯、铑、镍、铜、⾦等⾦属共⽣。全球80%具备经济价值的含铂矿床位于南⾮北部的布什维尔德矿区（BushveldComplex），另外津巴布韦的韦⼤岩墙矿（GreatDyke）、俄罗斯诺⾥尔斯克（Noril’skTalnakh）、美国斯提⽿沃特（StillwaterComplex）、加拿⼤萨德伯⾥（SudburyComplex）也是全球主要的铂矿矿区。全球铂⽣产企业集中度也很⾼，前四⼤企业产量占全球总产量的⽐重可达82%。2017年铂产量居前的五家公司分别为:AngloAmerican（74.56万吨）、Implats（47.59万吨）、Lonmin（21.96万吨）、Sibanye-Stillwater（21.62万吨）、Norilsk（20.84万吨），5家公司合计产量164.6万吨，占世界矿⼭总产量的82%。2019年Sibanye-Stillwater完成收购Lonmin，收购完成后，Sibanye-Stillwater成为全球第⼆⼤铂⾦⽣产商。年以来铂价持续低于矿⼭平均⽣产成本，矿产铂⼤幅放量的概率很⼩。2012年前，铂⾦矿的⽣产成本对铂⾦价格的底部⽀撑作⽤显著，但这⼀特点在2012年起被打破；且以2013年全球铂⾦矿的⽣产成本来估算，当前的铂⾦价格（14600兰特/盎司）下，有部分矿⼭⽆法覆盖其现⾦成本。从成本⾓度来看，在当前铂⾦价格明显低于矿⼭现⾦成本的背景下，矿产企业的⽣产动⼒不强，出现矿产铂⼤幅放量的概率也不⼤。3.2、回收铂：受益尾⽓催化剂回收⽽有所增长汽车尾⽓催化剂是最主要的回收铂来源，预计近年来回收量将出现增长。22%-28%的铂供给来⾃于回收铂，⽽回收铂中62%来⾃于汽车尾⽓催化剂。通常来说，汽车的报废年限在12-15年，考虑到汽车使⽤的差异性，预计2000-2007年间销售的汽车将是近期主要的报废车辆。⽽根据JohnsonMatthey的统计，这⼀时期全球柴油车催化剂铂⾦含量急剧增加，反映在数据上也可看到这⼀时期汽车尾⽓催化剂对铂⾦的需求量快速提升。因此，预计近⼏年汽车尾⽓催化剂的铂回收量将出现增长。4、从商品属性和⾦融属性看铂价具备上涨动⼒铂⾦的定价需要同时考虑其商品属性与⾦融属性。由于铂⾦⼴泛的⼯业⽤途，其定价受到供求关系的影响很⼤；但同时作为贵⾦属的⼀员，铂⾦与黄⾦价格的⾛势存在⼀定的相关性，特别是在铂⾦ETF等⾦融产品诞⽣后，铂⾦的⾦融属性不断增强。商品属性⽅⾯，2019年开始铂供给出现缺⼝，若2020年后燃料电池汽车能如预期快速发展，将带来铂⾦需求快速增长，铂⾦供需缺⼝或进⼀步扩⼤。供给⽅⾯，2020-2021年矿产铂产能基本持平，增量主要来⾃于汽车催化剂回收铂，预计铂供给将有⼩幅增长。需求⽅⾯，尾⽓催化剂需求在排放标准提⾼的背景下下，需求量或有⼩幅增长；主要的铂需求在于⼯业领域，其中化⼯、电⼦、玻璃等领域需求预计稳健增长，特别的，最⼤的边际增量在于燃料电池汽车催化剂需求，若假设全球