一、突破燃料電池“卡脖子”技術(shù)瓶頸，催化劑是關(guān)鍵

與光伏、風(fēng)電、鋰電等傳統(tǒng)新能源行業(yè)類似，氫能的起步也極大依賴政府政策驅(qū)動(dòng)，全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家都已頒布?xì)淠車?guó)家戰(zhàn)略或頂層規(guī)劃。截至2022年底，包括美國(guó)、德國(guó)、日本在內(nèi)的共41個(gè)國(guó)家和地區(qū)制定發(fā)布了國(guó)家級(jí)氫能發(fā)展戰(zhàn)略。

2022年3月，我國(guó)也出臺(tái)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，明確氫能源在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的重要地位，并提出到2025年，全國(guó)燃料電池車輛保有量要達(dá)到5萬(wàn)輛。

圖表1：2020-2035年中國(guó)氫燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃及目標(biāo)

資料來(lái)源：國(guó)家能源局、韋伯咨詢

作為氫能應(yīng)用的先導(dǎo)領(lǐng)域，氫燃料電池汽車在全球受到高度重視，我國(guó)也已在氫燃料電池汽車的應(yīng)用推廣領(lǐng)域不斷取得新進(jìn)展，并初步掌握了關(guān)鍵零部件等核心技術(shù)。當(dāng)前，氫燃料電池領(lǐng)域“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)之一是催化劑。

圖表2：氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)梳理

資料來(lái)源：Wind、韋伯咨詢

催化劑是燃料電池電堆的核心部分，是氫燃料電池反應(yīng)的關(guān)鍵所在，主要由碳載體和鉑（Pt/C）或鉑合金（Pt合金/C）組成，其中碳載體主要是納米顆粒碳、碳納米管、碳須等。催化劑對(duì)燃料電池起到提高反應(yīng)速率，降低反應(yīng)對(duì)體系環(huán)境的要求等作用。

圖表3：燃料電池電堆的構(gòu)成圖示

資料來(lái)源：Wind、韋伯咨詢

目前，氫燃料電池的催化劑主要分為三個(gè)大類：鉑(Pt)催化劑，低鉑催化劑和非鉑催化劑。其中：低鉑催化劑分為核殼類催化劑與納米結(jié)構(gòu)催化劑，非鉑催化劑分為鈀基催化劑、非貴金屬催化劑與非金屬催化劑。

圖表4：氫燃料電池催化劑的分類

資料來(lái)源：Wind、韋伯咨詢

鉑金催化劑是組成膜電極的重要材料，當(dāng)燃料電池大規(guī)模推廣應(yīng)用時(shí)，鉑金催化劑成本預(yù)計(jì)占電堆成本的40%以上，因此開發(fā)低鉑高性能的膜電極是發(fā)展燃料電池技術(shù)的一個(gè)根本任務(wù)。

圖表5：氫燃料電池電堆成本結(jié)構(gòu)分析

資料來(lái)源：Wind、韋伯咨詢

燃料電池的性能正比于鉑的載量和單位鉑載量的性能，而單位鉑載量的性能取決于鉑的電化學(xué)活性比表面積（鉑原子的利用率）、表面鉑原子的催化活性和在燃料電池中氧氣的傳輸效率。所以相同鉑載量的膜電極，其發(fā)電性能可以差異很大。

根據(jù)莊信萬(wàn)豐的測(cè)算，早期每輛氫燃料電池汽車的鉑含量為30-80克，鉑消耗量為傳統(tǒng)柴油車的3-8倍。近年來(lái)，隨著技術(shù)進(jìn)步，單車鉑含量有所下降，目前海外最新的研究能夠?qū)K用量降至0.06g/kW（約7.06g/輛），國(guó)內(nèi)技術(shù)水平則為0.3g/kW，而豐田等第一梯隊(duì)車企的商業(yè)化車型用量大約為0.17g/kW（約20g/輛）。

因此，低鉑和非鉑催化劑的開發(fā)成為降低燃料電池成本的關(guān)鍵。

二、氫燃料電池催化劑依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)替代潛力巨大

中國(guó)海關(guān)總署公布的數(shù)據(jù)顯示：2022年，國(guó)內(nèi)催化劑行業(yè)進(jìn)口總額達(dá)37.23億美元，同比-1.5%，貿(mào)易逆差為17.48億美元，同比-13.90%，盡管貿(mào)易逆差逐漸縮窄，但我國(guó)仍是全球較大的化工催化劑買方市場(chǎng)。

圖表6：2015-2023年中國(guó)催化劑行業(yè)進(jìn)出口及貿(mào)易逆差規(guī)模（萬(wàn)美元）

資料來(lái)源：海關(guān)總署、韋伯咨詢

目前，國(guó)內(nèi)氫燃料電池催化劑市場(chǎng)對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴程度較高，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對(duì)落后。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)有近1萬(wàn)臺(tái)燃料電池車在運(yùn)行，其中超過90%的燃料電池在使用進(jìn)口催化劑。

2021年3月，加拿大巴拉德動(dòng)力公司（Ballard Power Systems）與上海濟(jì)平新能源科技有限公司簽署了采購(gòu)合同，濟(jì)平新能源將出口燃料電池鉑碳、鉑合金催化劑，產(chǎn)品經(jīng)過檢驗(yàn)檢測(cè)已陸續(xù)發(fā)往加拿大多倫多港口，這是國(guó)產(chǎn)燃料電池催化劑產(chǎn)品首次出口海外市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了零的突破。

本次巴拉德選中的濟(jì)平新能源三款燃料電池催化劑產(chǎn)品分別是：50%鉑碳催化劑、60%鉑碳催化劑、50%鉑鈷催化劑。其中，50%鉑碳催化劑是高耐久催化劑，60%鉑碳催化劑是高性能催化劑；50%鉑鈷催化劑是二代高性能催化劑。

圖表7：濟(jì)平新能源三款燃料電池催化劑情況

資料來(lái)源：Wind、韋伯咨詢

當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)活躍的國(guó)外燃料電池催化劑供應(yīng)商主要有日本田中貴金屬（TKK）、英國(guó)莊信萬(wàn)豐（JM）、比利時(shí)優(yōu)美科（Umicore）等多家公司，其中田中貴金屬和莊信萬(wàn)豐占據(jù)較高的市場(chǎng)份額。

另外，氫燃料電池催化劑相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)目前也主要掌握在西方少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手中；國(guó)內(nèi)企業(yè)大多數(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，少數(shù)企業(yè)可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，如貴研鉑業(yè)、喜馬拉雅光電、擎動(dòng)科技等，已初步形成打破國(guó)外壟斷之勢(shì)。

圖表8：國(guó)內(nèi)外燃料電池催化劑生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品概況

資料來(lái)源：Wind、韋伯咨詢

2021年，我國(guó)燃料電池電堆出貨量為757MW，同比增長(zhǎng)128%，出貨量增長(zhǎng)迅速。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看， 2021年我國(guó)燃料電池電堆年新增市場(chǎng)規(guī)模約為6.2億元，預(yù)計(jì)2025/2030年，燃料電池電堆新增市場(chǎng)分別為75/238億元。

圖表9：2020-2030年中國(guó)燃料電池電堆市場(chǎng)規(guī)模及增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)（億元，%）

資料來(lái)源：Wind、韋伯咨詢

按照催化劑成本占電堆成本的36%來(lái)推算，2021年中國(guó)氫燃料電池催化劑新增市場(chǎng)規(guī)模約2.32億元，預(yù)計(jì)2025年有望達(dá)到27億元的規(guī)模，復(fù)合增長(zhǎng)率約為86%。