2022年氫能新材料行業(yè)研究報(bào)告

 

在“碳中和”的背景下，世界各國(guó)政府做出了 NZE（近零排放）的承諾。氫能作為零碳燃料，具有儲(chǔ)量豐富、熱值高、零污染、可存儲(chǔ)、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被人們關(guān)注。在全球各國(guó)政府相繼出臺(tái)政策扶持氫能產(chǎn)業(yè)的背景下，政策端的利好有望帶動(dòng)需求量的井噴，進(jìn)而推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)充分受益；

 

氫氣產(chǎn)業(yè)鏈包含上游制氫、中游儲(chǔ)氫運(yùn)氫和下游加氫用氫三部分。

 

制氫：目前世界上最常見的制氫方法是化石能源制氫，包括焦煤氣重整制氫、工業(yè)副 產(chǎn)氫以及天然氣制氫（也被成為灰氫或藍(lán)氫）等，而與之相對(duì)的則是在制氫過程中無排放無污染的電解水制氫，因其對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn)，故被人們稱為綠氫；

 

儲(chǔ)運(yùn)：由于目前我國(guó)制氫產(chǎn)地較為分散，同時(shí)氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸面臨“氫脆現(xiàn)象”的考驗(yàn)（指金屬材料因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間在富氫環(huán)境中發(fā)生吸氫、氫滲等現(xiàn)象造成機(jī)械性能下降從而發(fā)生脆斷的現(xiàn)象），氫氣的儲(chǔ)運(yùn)也自然而然成為了人們關(guān)注的話題。目前主要有 四種氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式：高壓氣體儲(chǔ)運(yùn)、低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、固態(tài)稀土儲(chǔ)運(yùn)以及有機(jī)液體儲(chǔ)運(yùn)；

 

加氫：加氫站加氫是目前燃料電池汽車最主要的加氫途徑。加氫站以自身的氫燃料儲(chǔ)備服務(wù)周圍區(qū)域，而充足的加氫站覆蓋范圍亦能加速燃料電池汽車的推廣應(yīng)用。氫氣壓縮機(jī)是加氫站的核心裝備之一，是通過壓縮空氣實(shí)現(xiàn)氣體輸送的設(shè)備，目前氫氣壓縮機(jī)主要分為液體活塞式氫氣壓縮機(jī)、隔膜式氫氣壓縮機(jī)以及離子壓縮機(jī)。

 

 

目前氫能產(chǎn)業(yè)鏈路線眾多，尚處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期，仍存在制氫成本較高、儲(chǔ)氫運(yùn)氫困難 以及加氫站覆蓋少等問題。因此，為了扶持氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)出臺(tái)了一系列氫能相關(guān)的 產(chǎn)業(yè)政策來扶持相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

 

 

目前世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，如美國(guó)、日本、韓國(guó)和歐盟等均出臺(tái)了相關(guān)政策促進(jìn)氫 能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提出了“成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)的國(guó) 家”的目標(biāo)，并先后發(fā)布了《日本復(fù)興戰(zhàn)略》、《能源戰(zhàn)略計(jì)劃》、《氫能源基本戰(zhàn)略》和 《氫能及燃料電池戰(zhàn)略路線圖》等政策條例，詳細(xì)規(guī)劃了實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)戰(zhàn)略的技術(shù)路線；

 

中央重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，出臺(tái)政策推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展：目前氫能戰(zhàn)略規(guī)劃已被歸為我國(guó)重要 的能源戰(zhàn)略，并將成為我國(guó)優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和保障國(guó)家能源供應(yīng)安全的戰(zhàn)略選擇。盡管氫 能及燃料電池技術(shù)早在2006年就被寫入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006- 2020）》中，但2014年以前氫能都處于試驗(yàn)推廣階段。2014年，我國(guó)發(fā)布了《能源發(fā)展戰(zhàn) 略行動(dòng)（2014-2020 年）》，氫能與燃料電池被歸為能源科技創(chuàng)新戰(zhàn)略方向，標(biāo)志著氫能正 式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。2016年，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到1800億元。2019年3月，“推動(dòng) 充電、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”被寫入《政府工作報(bào)告》，這是氫能源首次被列入《政府工作報(bào)告》，氫燃料電池的發(fā)展自此邁入了新的階段。2020年 9月，我國(guó)在聯(lián)合國(guó)一般性辯論及相關(guān)產(chǎn)業(yè)、技術(shù)被多次提及。

 

隨后，財(cái)政部、發(fā)改委等五部門聯(lián)合印發(fā)燃料電池示范應(yīng) 用通知，進(jìn)一步明晰了燃料電池汽車及氫能供應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)條件。2021年9月，《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》以及《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》發(fā)布，其中提到了“統(tǒng)籌推進(jìn)氫能‘制儲(chǔ)輸用’全鏈條發(fā)展”、“推動(dòng)加氫站建設(shè)”以及“推進(jìn)可再生能源制氫等低碳前沿技術(shù)攻關(guān)”等重要舉措。2021年9月、2022年1月， 財(cái)政部十五個(gè)部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于啟動(dòng)燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》，將廣東、北京、上海列為首批示范城市，鄭州、張家口列為第二批示范城市，氫能應(yīng)用進(jìn)入提速階段。2021年10月以來，國(guó)家密集出臺(tái)“

 

雙碳”相關(guān)政策，包括《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》、《2030年前達(dá)到碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》、 《綜合運(yùn)輸服務(wù)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》等，加速推動(dòng)氫 能、加氫站以及燃料電池汽車的發(fā)展；2022年3月，發(fā)改委出臺(tái)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了新階段。

 

 

地方政府氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)規(guī)劃密集出臺(tái)。產(chǎn)業(yè)規(guī)劃方面，江蘇、浙江、天津、四川、上 海等省市發(fā)布了推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)的專項(xiàng)規(guī)劃。江蘇省于2019年發(fā)布了《江蘇省氫燃料電池汽車 產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》，計(jì)劃在2025年之前完成50個(gè)加氫站，氫燃料電池汽車4000座，固定發(fā)電站500座。浙江省 2021 年發(fā)布了《浙江省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃（征求意見稿）》，提出到 2022 年完成建設(shè)加氫站50座，推廣氫燃料電池車1000輛，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值100億元的目標(biāo)。天津、四川等省市提出到2025年，實(shí)現(xiàn)加氫站60-70座，氫燃料電池6000、10000座，產(chǎn)值1000億元的目標(biāo)。

 

另外，值得注意的是，隨著北京冬奧會(huì) ，北京政府出臺(tái)了一系列氫 能相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)氫能發(fā)展。2017年北京發(fā)布了《北京市加快科技創(chuàng)新培育新能源智能 汽車產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見》，著力在整車耐久性、續(xù)駛里程和燃料電池使用壽命等領(lǐng)域取得突破。此外，北京市圍繞燃料電池汽車開展規(guī)模化示范應(yīng)用，在冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)的各項(xiàng)賽事上推 進(jìn)制氫、加氫等環(huán)節(jié)核心技術(shù)的運(yùn)用。冬奧會(huì)期間，綠色環(huán)保的氫燃料電池汽車將承擔(dān)接駁等賽事保障服務(wù)，延慶區(qū)也將開發(fā)氫燃料電池公共交通線路；

 

目前我國(guó)在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展上存在著缺乏體系和標(biāo)準(zhǔn)、主管部門缺位、法律法規(guī)不健全等問題。因此要大力發(fā)展氫能，必須對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系、法律法規(guī)以及示范試點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃管理；加快建立全面系統(tǒng)的氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；有效的對(duì)企業(yè)、高校和科研院所在制氫、純化、儲(chǔ)運(yùn)、使用等技術(shù)領(lǐng)域的研究給予支持，為氫能技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展奠定質(zhì)量基礎(chǔ)；

 

氫能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和補(bǔ)貼政策相較于鋰電池產(chǎn)業(yè)更加理性克制，體現(xiàn)出我國(guó)在運(yùn)用產(chǎn)業(yè)鼓勵(lì)政策的方法上更加的嫻熟。此外，雖然氫能在補(bǔ)能時(shí)間、重量等方面相較于鋰電有較大優(yōu)勢(shì)，但囿于成本、氫氣體積等因素，無法真正取代鋰電池在乘用車領(lǐng)域的地位；盡管如此，在特定場(chǎng)景下，氫能在商用車上的 TCO（全周期成本）一樣可以持平燃油車。因此通過合理的 產(chǎn)業(yè)政策，氫能產(chǎn)業(yè)將更為有序健康的發(fā)展。

 

 

氫能的傳統(tǒng)需求情況：全球氫能需求自2000年以來強(qiáng)勁增長(zhǎng)，2020年全球氫氣需求大約為9000萬噸，自2000年以來增長(zhǎng)50%。目前大部分的需求幾乎都來自于精煉環(huán)節(jié)和工業(yè) 用途；其中2020年精煉環(huán)節(jié)消耗3840萬噸的氫氣作為原料，在這過程中氫氣也承擔(dān)了部分 燃料的需求。在工業(yè)合成領(lǐng)域，氫氣的需求同樣十分旺盛，2020年氫氣在工業(yè)合成領(lǐng)域的消耗超過3000萬噸，大部分都用作原料。而氫能在其他領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展則相對(duì)緩慢；

 

氫能需求結(jié)構(gòu)即將迎來調(diào)整：根據(jù) IEA 的預(yù)測(cè)，燃料電池、能源發(fā)電和合成燃料的需求將成為未來氫能應(yīng)用的重要領(lǐng)域，這些改變正將氫氣從一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的原材料轉(zhuǎn)變?yōu)樾履茉瓷鐣?huì)中必不可少的組成部分。根據(jù) IEA 統(tǒng)計(jì)，目前用于燃料電池的氫能大約占全球氫能需求的0.02%，而用于能源發(fā)電和合成燃料的氫能需求同樣占比很低，而在2050年，IEA 預(yù)計(jì)用于燃料電池、能源發(fā)電以及合成燃料的氫能消耗將分別占到全球氫能總需求的23.2%，19.2%和 14.2%。而與之相對(duì)的則是氫能的傳統(tǒng)使用場(chǎng)景，如精煉和工業(yè)合成領(lǐng)域，在2050年將下滑至5.9%、21.9%。隨著氫能使用結(jié)構(gòu)的調(diào)整，相關(guān)產(chǎn)業(yè)將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇；

 

未來氫能需求預(yù)測(cè)：根據(jù)IEA預(yù)測(cè)分析，考慮全球共同宣言承諾的場(chǎng)景下（悲觀情況）， 全球氫能總需求將在2030年達(dá)到1.28億噸，在2050年達(dá)到2.57億噸。而在考慮全球凈零排放（NZE）的場(chǎng)景下（樂觀情況），全球氫能總需求將在2030年達(dá)到2.29億噸，2050年達(dá) 到5.31億噸。具體到我國(guó)，根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟的估計(jì)，到2030年，我國(guó)氫氣需求量將達(dá)到3500萬噸，在終端能源體系中占比5%。到2050年，氫能在我國(guó)終端能源體系中的占比將至少達(dá)到10%，屆時(shí)氫氣需求量將接近6000萬噸；

 

總結(jié)：氫能尚處于產(chǎn)業(yè)化剛剛落地的階段，具有較大的想象空間和發(fā)展空間；但我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)未來具體技術(shù)路線、生產(chǎn)工藝和應(yīng)用場(chǎng)景尚未敲定，因此也存在較大的不確定性。而通過國(guó)家和地方的氫能產(chǎn)業(yè)政策的正向扶持，行業(yè)需求得以快速增長(zhǎng)，內(nèi)部需求結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整，進(jìn)而牽動(dòng)了產(chǎn)業(yè)鏈中新材料的應(yīng)用。而相關(guān)新材料，如上游制氫環(huán)節(jié)以及下游用氫環(huán)節(jié) 使用的質(zhì)子交換膜、中游環(huán)節(jié)的儲(chǔ)氫用高強(qiáng)度碳纖維等，也將迎來快速發(fā)展的機(jī)遇期。

 

 

 

從氫能行業(yè)層面來看，質(zhì)子交換膜主要用途為燃料電池和電解制氫。燃料電池本質(zhì)上就是水電解的逆反應(yīng)裝置，其中核心部件雙極板的原材料就是質(zhì)子交換膜。而電解制氫路線中， 有質(zhì)子交換膜（PEM）和堿性電解槽兩種方法，兩種方案各有優(yōu)劣。據(jù)2020年我國(guó)各制氫路 線占比數(shù)據(jù)顯示，水電解法制氫的產(chǎn)量占比不高（僅占0.03%）。具體到水電解，2015年以 來，質(zhì)子交換膜法制氫的比例增速明顯高于其他電解方式，但其產(chǎn)能占總電解水制氫產(chǎn)能比 例仍不高（31%）。

 

根據(jù)產(chǎn)業(yè)界反饋，目前質(zhì)子交換膜的國(guó)內(nèi)供給仍然不足，大部分需求方仍舊使用進(jìn)口膜， 這與國(guó)產(chǎn)化替代節(jié)奏較慢有關(guān)。隨著下游需求的井噴和上游原材料生產(chǎn)企業(yè)突破技術(shù)瓶頸， 國(guó)產(chǎn)質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)成本降低，預(yù)計(jì)質(zhì)子交換膜的國(guó)產(chǎn)化率將進(jìn)一步提升。

 

 

質(zhì)子交換膜主要特性：質(zhì)子交換膜按照含氟量分為全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新 型非氟聚合物膜、復(fù)合膜等。目前全氟質(zhì)子交換膜（全氟磺酸膜）由于其優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性、 化學(xué)穩(wěn)定性、較高的力學(xué)強(qiáng)度以及較高的產(chǎn)業(yè)化程度而得到廣泛應(yīng)用。全氟質(zhì)子交換膜主要 應(yīng)用在氯堿工業(yè)、燃料電池、電解水制氫、儲(chǔ)能電池等領(lǐng)域。目前全氟質(zhì)子交換膜是主流的 技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化程度較高；

 

質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂恚嘿|(zhì)子交換膜由于其工藝流程復(fù)雜而具有了極高的技術(shù)壁壘，全 氟質(zhì)子交換膜的制備需要以帶有磺酸基的全氟乙烯基醚單體、四氟乙烯為原材料，通過共聚 獲得全氟磺酸樹脂，然后進(jìn)一步制備生成全氟質(zhì)子交換膜。用于制作質(zhì)子交換膜的全氟磺酸 樹脂技術(shù)壁壘較高，需要企業(yè)在原料選擇、合成工藝等方面有較好的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)積累。全氟 磺酸樹脂的主要玩家有：美國(guó)杜邦、美國(guó)3M、美國(guó)戈?duì)枴⒈壤麜r(shí)索爾維、日本旭化成等。目 前國(guó)內(nèi)全氟磺酸樹脂市場(chǎng)的主要生產(chǎn)廠家為東岳集團(tuán)、科潤(rùn)，有項(xiàng)目在研的廠家有：上海三 愛富、巨化集團(tuán)等少數(shù)企業(yè)，但產(chǎn)能較小，無法批量供應(yīng)市場(chǎng)。截至2020年，科慕（原主體 為美國(guó)杜邦）、索爾維、旭化成三家占據(jù)了全球90%以上的產(chǎn)能，國(guó)內(nèi)對(duì)全氟磺酸樹脂進(jìn)口依 賴度高達(dá)99%；

 

 

比對(duì)海內(nèi)外企業(yè)質(zhì)子交換膜的售價(jià)，可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)子交換膜的價(jià)格有較大的下降空間。目前國(guó)產(chǎn)質(zhì)子交換膜主要通過主動(dòng)壓低價(jià)格來獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如果實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，預(yù)計(jì)將降低質(zhì)子交換膜的價(jià)格30%-40%。同時(shí)近年來隨著技術(shù)突破，國(guó)產(chǎn)質(zhì)子交換膜的壽命逐年遞增， 單位時(shí)間的質(zhì)子交換膜的成本也隨之下降。通過拆解科慕Nafion質(zhì)子交換膜成本結(jié)構(gòu)可以發(fā) 現(xiàn)，技術(shù)工藝占總生產(chǎn)成本的 85%。我們相信，隨著大規(guī)模的生產(chǎn)，質(zhì)子交換膜的平均成本可 以有效降低；

 

受景氣度反轉(zhuǎn)影響，國(guó)內(nèi)老牌企業(yè)開始全產(chǎn)業(yè)鏈布局，新入局玩家紛紛發(fā)布擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。根據(jù)國(guó)內(nèi)外主要質(zhì)子交換膜公司的主要產(chǎn)品特性來看，國(guó)內(nèi)公司中，東岳集團(tuán)進(jìn)展最快。2004年東岳集團(tuán)聯(lián)合上海交通大學(xué)研發(fā)出質(zhì)子交換膜，性能對(duì)標(biāo)同類產(chǎn)品；2014年至2016年，東岳集團(tuán)質(zhì)子交換膜壽命從800小時(shí)增長(zhǎng)到 6000小時(shí)，其研發(fā)的DF260膜已經(jīng)成熟并量產(chǎn)。

 

東岳未來規(guī)劃的150萬平方米燃料電池膜和配套化學(xué)品產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目正在建設(shè)，同時(shí)配套建成 年產(chǎn)50噸離子膜的全氟磺酸樹脂生產(chǎn)裝置，一期項(xiàng)目（50萬平米）已于2021年投產(chǎn)；江蘇 科潤(rùn)目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)子交換膜的小批量供貨，目前科潤(rùn)集團(tuán)擁有兩條全氟離子膜生產(chǎn)線， 全氟離子膜產(chǎn)能30萬平米；國(guó)家電投旗下的武漢綠動(dòng)氫能目前已經(jīng)完成30萬平米的質(zhì)子交 換膜生產(chǎn)線，可生產(chǎn)8微米到20微米的質(zhì)子交換膜；此外，浙江漢丞、東材科技等公司均有年產(chǎn)30萬平米以上的質(zhì)子交換膜項(xiàng)目或計(jì)劃落地。上述企業(yè)通過研發(fā)投入，率先實(shí)現(xiàn)質(zhì)子交換膜的國(guó)產(chǎn)化，預(yù)計(jì)將在產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中獲得先發(fā)優(yōu)勢(shì)；

 

綜上分析，我們認(rèn)為，以下幾點(diǎn)有助于質(zhì)子交換膜行業(yè)保持較好的競(jìng)爭(zhēng)生態(tài)，利好先行者：

 

技術(shù)壁壘：原材料制備難度大，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備全氟磺酸樹脂，使其滿足工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 具有較大難度。其中主要難點(diǎn)包括樹脂的鏈結(jié)構(gòu)、交換容量、分子量的調(diào)控；成本可控的 同時(shí)保證化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、電化學(xué)性能等條件均滿足下游應(yīng)用需求；（以東岳未來 為例，歷經(jīng)多年研究，東岳未來生產(chǎn)的質(zhì)子交換膜壽命從2014年的800小時(shí)提升到2020年6000小時(shí)，大大降低了使用的綜合成本，具有較高的技術(shù)壁壘）

 

 

資質(zhì)壁壘：質(zhì)子交換膜下游應(yīng)用廠家對(duì)交換膜性能要求嚴(yán)格，由于膜電極的質(zhì)子傳導(dǎo)率、 厚度和穩(wěn)定性直接影響燃料電池的綜合性能，因此下游廠家對(duì)供應(yīng)商有嚴(yán)格的準(zhǔn)入認(rèn)證。例如 AFCC公司的認(rèn)證，對(duì)于所有應(yīng)用于燃料電池汽車的元器件都有嚴(yán)格的規(guī)定和要求， 尤其是燃料電池膜，更是有幾十項(xiàng)鑒定指標(biāo)，因此具有較高的資質(zhì)壁壘；

 

環(huán)保壁壘：由于氟化工是重污染、高能耗的行業(yè)，因此全氟磺酸樹脂和全氟質(zhì)子交換膜的 生產(chǎn)加工需要嚴(yán)格的環(huán)保審核，政府對(duì)高能耗的氟化工企業(yè)限制政策較多，在雙控政策的 影響下，后發(fā)者要進(jìn)入行業(yè)需要經(jīng)過復(fù)雜的環(huán)境評(píng)測(cè)；

 

資金壁壘：由于質(zhì)子交換膜的車間生產(chǎn)條件要求嚴(yán)格，全程需要嚴(yán)格無塵無水，對(duì)設(shè)備需 求較高，需要配備全自動(dòng)的連續(xù)成膜設(shè)備，因此對(duì)整體資金投入要求較高。（2018年東岳未來立項(xiàng)建設(shè)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，投資近10億元建設(shè)氫燃料電池質(zhì)子交換膜的基地， 用于購(gòu)買質(zhì)子交換膜生產(chǎn)、檢驗(yàn)以及配套的研發(fā)、試驗(yàn)設(shè)備，建設(shè)時(shí)間約5年）

 

技術(shù)、資質(zhì)、環(huán)保和資金所構(gòu)筑的綜合性壁壘將有效阻擋新玩家入場(chǎng)，有利于行業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，且國(guó)內(nèi)企業(yè)面對(duì)的是海外企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)內(nèi)廠商更多是競(jìng)合關(guān)系，相關(guān)企業(yè)完成預(yù)研后可以通過產(chǎn)能擴(kuò)張快速降低成本，進(jìn)一步提高自身競(jìng)爭(zhēng)力。

 

 

目前質(zhì)子交換膜的下游應(yīng)用領(lǐng)域主要包括燃料電池、質(zhì)子交換膜制氫（PEM制氫）、全 釩液流電池以及氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。其中，氯堿工業(yè)使用的是全氟羧酸樹脂，與另外三類不同， 因此下面將就除氯堿工業(yè)以外的其他三塊業(yè)務(wù)（燃料電池、PEM制氫、全釩液流儲(chǔ)能）分析質(zhì)子交換膜的需求：

 

 

燃料電池是下游核心消費(fèi)領(lǐng)域：質(zhì)子交換膜在燃料電池中主要用于雙極板的制作，按照Mairai公司每年生產(chǎn)3000套系統(tǒng)時(shí)的成本估算，單車質(zhì)子交換膜成本可達(dá)到電堆總成本的15%以上。截至2021年年底，燃料電池汽車銷售量不到 2000輛（1852輛），但國(guó)家產(chǎn)業(yè)政 策明確指出要使用燃料電池汽車替代傳統(tǒng)燃油重卡等車型，并通過以獎(jiǎng)代補(bǔ)的方式給予相關(guān) 車型補(bǔ)貼。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟給出的總體目標(biāo)路線圖，將來燃料電池汽車發(fā)展分三步走：近期目標(biāo)（2020-2025年）達(dá)到 5 萬輛/年，中期目標(biāo)（2026-2035年）達(dá)到130萬輛/年，遠(yuǎn)期 目標(biāo)（2036-2050年）達(dá)到 500萬輛/年。到 2025 年，中國(guó) 氫燃料電池汽車保有量將達(dá)到10萬輛，2030年氫燃料電池汽車保有量將達(dá)到100萬輛，2050年氫燃料電池汽車保有量將達(dá)到3000萬輛；

 

根據(jù)上述分析，我們預(yù)計(jì)，到2025年，燃料電池用質(zhì)子交換膜的國(guó)內(nèi)總市場(chǎng)空間將達(dá)到9億元，到2030年國(guó)內(nèi)總市場(chǎng)空間將達(dá)到67億元，到2050年燃料電池用質(zhì)子交換膜的總市 場(chǎng)空間將達(dá)到2400億元。

 

電解制氫潛力十足：目前氫能的主要生產(chǎn)方式是灰氫（焦煤氣凈化和工業(yè)副產(chǎn)氫）和藍(lán)氫（天然氣制氫），但由于灰氫對(duì)環(huán)境造成較大程度的污染，各國(guó)政策都在大力扶持綠氫（電解制氫），預(yù)計(jì)未來氫能的制取將完成從灰氫到綠氫的過渡。而在過渡過程中，制氫成本始 終是人們考慮的重要問題，目前電解制氫主要分為堿性電解法和質(zhì)子交換膜法，下面將通過已有的三種裝置（NEL公司堿性電解槽、Mcphy公司堿性電解槽，GINER 公司PEM槽）就如何降低制氫成本進(jìn)行探討；

 

電解氫成本結(jié)構(gòu)分析：電力支出占到了電解制氫50%的成本，因此要降低電解制氫的成 本，首先就要降低電力支出的成本。在恒定的電力輸出 情況下，度電價(jià)格在0.6元左右時(shí)，堿性電解成本為40元/kg，PEM 電解制氫成本在48.5元 /kg,電解制氫的單位成本較高。而度電成本下降至0.1元時(shí)，堿性電解成本下降到9.2元/kg， PEM 電解制氫成本下降到20.5元/kg。通過拆解三種不同裝置制氫成本結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)不管是堿性電解還是PEM電解，電力成本都占比超過 50%。因此，控制度電成本，將有效降低制氫成本；

 

 

考慮到電力成本是決定電解制氫成本的關(guān)鍵因素，下面將從常規(guī)電力電解制氫以及可再 生能源電解制氫兩種情形下分析堿性電解法和質(zhì)子交換膜法的經(jīng)濟(jì)性：

 

常規(guī)電力情況下的經(jīng)濟(jì)性分析：小規(guī)模情況下，質(zhì)子交換膜與堿性電解槽成本差距較大；大規(guī)模情況下，差距縮小，但質(zhì)子交換膜的成本始終高于堿性電解槽。這是因?yàn)殡m然規(guī)模效應(yīng)攤平了固定投資，但PEM制氫的過程催化劑鉑的價(jià)格過高導(dǎo)致整體制氫成本偏高，從而在電源平穩(wěn)輸出的情況下經(jīng)濟(jì)性一般。

 

使用可再生能源進(jìn)行儲(chǔ)氫的情況下的成本：PEM電解制氫的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快、在電力輸出極端條件下（低于20%負(fù)載或150%最大負(fù)載以內(nèi)）仍可正常使用。考慮到可再生能源 的輸出功率變化較大、處于低負(fù)載和高負(fù)載區(qū)間的時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此在實(shí)際使用中使用PEM作為可再生能源電解儲(chǔ)氫的經(jīng)濟(jì)性在現(xiàn)有技術(shù)條件下反而可以超過堿性電解法制氫；

 

電解氫市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)：到 2025 年中國(guó)電解制氫裝 機(jī)量將達(dá)到10GW，到2050 年將達(dá)到500GW。其中 PEM 電解氫在市場(chǎng)中占比將于2050年達(dá)到40%，屆時(shí) PEM制氫的總裝機(jī)量將超過200GW；

 

根據(jù)上述分析，我們預(yù)計(jì)，到2025年，PEM 制氫用質(zhì)子交換膜的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間將達(dá)到2億元，2030年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間將達(dá)到8億元，2050年P(guān)EM制氫用質(zhì)子交換膜的市場(chǎng)空間將達(dá)到305億元。

 

全釩液流電池未來可期：全釩液流電池是一種安全高效、富有潛力的儲(chǔ)能裝置，且由于其 安全可靠的液流系統(tǒng)，較之目前主流的儲(chǔ)能電池——鋰離子電池的使用壽命更長(zhǎng)（全釩液流電池一般具有 20 年生命周期、6 萬次充放電次數(shù)）。隨著其應(yīng)用場(chǎng)景逐漸增多，成本逐漸下 降，相信全釩液流電池在未來將會(huì)有更多的應(yīng)用空間。目前大部分的全釩液流電池正負(fù)極電 解液之間使用的薄膜正是杜邦公司開發(fā)的 Nafion 系列質(zhì)子交換膜。未來隨著全釩液流電池的 推廣，質(zhì)子交換膜在全釩液流電池上的應(yīng)用規(guī)模也會(huì)不斷增長(zhǎng)；

 

 

目前儲(chǔ)能方式中，液流電池儲(chǔ)能占比較小，未來需求增長(zhǎng)較快。目前主流的儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水蓄能、鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)等，液流電池儲(chǔ)能技術(shù)占比不高。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2020年全釩液 流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)模在100MW左右。此外，根據(jù)《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》 提出的發(fā)展新型儲(chǔ)能電池的目標(biāo)，GGII 預(yù)計(jì)到2025年液流電池裝機(jī)量將超過1000MW。

 

根據(jù)上述分析，2020年全釩液流電池用質(zhì)子交換膜的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間0.4億元，我們預(yù)計(jì)，到2025年，全釩液流電池用質(zhì)子交換膜的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間將達(dá)到2億元。