有色行业前瞻研究之铂：燃料电池开启铂的新时代

平安证券股份有限公司平安证券研究所2021年2月9日证券研究报告证券分析师陈建文投资咨询资格编号：S1060511020001联系电话：0755-22625476电子邮件：CHENJAINWEN002@PINGAN.COM.CN有色行业前瞻研究之铂燃料电池开启铂的新时代 2导读：铂是燃料电池“心脏”：燃料电池具有高功率、低噪音、低温性能好、续航里程长、环保无污染等优点，在新能源汽车领域极具发展前景。燃料电池催化剂能降低电极反应的活化能，提高反应速率，使燃料电池商业化成为可能，被称为燃料电池“心脏”。目前铂系催化剂的电流密度、催化活性和稳定性突出，是燃料电池主流催化剂。铂资源稀缺，分布集中：铂是较为稀缺的资源，目前全球铂族金属储量约十余万吨，我们测算，其中铂的储量约3.2万吨。全球铂资源分布十分不均衡，南非和俄罗斯2019年约占全球铂储量的91%和6%，也是全球铂矿的主要产地。中国铂资源紧缺，仅约占全球资源量的0.4%，资源保障能力较为薄弱，超90%铂产品依赖进口。燃料电池汽车驱动需求，铂供给无近忧有远虑：目前燃料电池汽车处于商业化初期，市场规模较小，汽车领域铂需求主要来自尾气净化。尽管汽车尾气净化需求减弱，但未来燃料电池汽车将较快发展，对铂的需求逐步增加，预计2030年全球铂的需求将从2019年的206吨提高到2030年的306吨，汽车领域占比将从2019年的35%提高到43%，短中期铂供给压力不大。但如燃料电池汽车完全替代燃油汽车，我们测算，全球铂需求将增加至1434吨，如不考虑回收，铂资源资源将可能对燃料电池汽车发展构成一定制约。降低铂单位用量和提高回收率至关重要：目前燃料电池铂催化剂有两个重要发展方向。第一、铂单位用量持续下降。全球现有燃料电池汽车铂单位用量水平在0.2g~0.4g/KW,未来目标是降低到约0.1g/KW水平；其次，铂回收率大幅提高。根据我们测算，燃料电池汽车完全替代燃油汽车情景下，如汽车领域铂回收率提高到90%，现有铂资源可供使用年限将超百年，资源制约大大缓解。铂催化剂具有较高门槛，国外领先，中国追赶：燃料电池汽车铂催化剂要求具有高活性、铂不溶出、载体材料不易被氧化的特点，对铂以及催化剂的载体材料均有较高的要求，具有较高技术门槛。目前欧美龙头公司实现了铂催化剂规模化生产，中国与国际先进水平仍存在较大差距，规模化生产仍有待提高。投资建议：作为核心材料之一的催化剂材料，铂对燃料电池性能提升意义重大，具有较高的技术门槛，在研发和产业化布局较早的企业有望受益未来燃料电池汽车发展带来的红利。建议中长期关注相关行业机会。风险提示：燃料电池汽车推广低于预期、原材料价格波动、铂被替代等。 Contents02铂资源较稀缺，区域分布集中01铂是燃料电池“心脏”03燃料电池驱动增长，降低单位用量及提升回收率至关重要04国外公司领先，中国企业追赶05投资建议及风险提示 4铂元素符号Pt，俗称铂金，是银白色的硬质金属，属于铂族贵金属（包括钯、铂、钌、铑、铼、铱六元素，简称PGE）的一种。它具有熔点高（1772°C），延展性好，导电导热性能佳，密度大（21.5克/立方厘米，高于黄金）等特点。此外，铂金属化学性质不活泼，不溶于盐酸、硫酸和碱，在空气和潮湿的环境中保持稳定。铂催化特征尤为显著，在工业和汽车领域中备受关注。按产品形态，铂主要有铂锭、海绵铂和铂粒，其中海绵铂比表面积大，对气体的吸收能力强。铂兼具工业金属和贵金属双重身份，在汽车、工业领域主要作为催化剂，同时由于贵金属特征，也可以作为首饰的原料和投资品。数据来源：WPIC(国际铂投资协会），平安证券研究所一、铂：催化性能突出，工业金属和贵金属兼具的铂族贵金属铂应用领域铂主要产品形态应用领域具体应用汽车汽车尾气催化剂转化器，减少汽车有害气体排放；还用于燃料电池催化剂工业化肥、硬盘、玻璃、抗肿瘤药物、心脏起搏器、石油精炼等首饰铂金被视为象征爱情的金属，主要是铂金首饰投资纯度99.95%的铂金条是伦敦铂钯市场交易业务中要求的合格交割品；铂金ETF 5铂产业链上游为矿石采选，目前全球含铂矿石以地下开采为主（占比超80%），经过选矿后，矿石转变为品位更高的精矿；在熔炼环节，精矿在1500°C加热炉中加热，之后在转炉中除硫，生成铂族金属含量大幅提升的中间物质锍；熔炼产品在精炼厂通过萃取提纯得到高纯度的铂金属。铂金属及加工品可应用于汽车、工业、首饰和投资等下游领域。一、铂是燃料电池“心脏”铂产业链示意图数据来源：WPIC，平安证券研究所备注：矿石、精矿和锍品位包含铂、钯、铑和金四种金属（4E）；下游比率为2015~2019年的波动范围 6燃料电池（FuelCell)是能量转换装置，通过燃料参与的化学反应产生电能，其中质子交换膜燃料电池（PEMFCs）因高效、低温快速启动、零污染、低噪音成为主流产品，燃料方面以氢气的使用最为常见。燃料电池主要组件为膜电极（MEA）、双极板和其他组件，其中膜电极是核心组件，包括气体扩散层、催化剂、离子交换膜。氢燃料电池工作过程中氢气在阳极通过扩散层，在催化剂作用下生成氢离子，氢离子通过质子交换膜到达阴极，在催化剂作用下，与氧气生成水，反应过程产能的电流输送到外电路，产生电能。氢燃料电池具有功率及能量密度高、噪音低、低温性能好、续航里程长、加氢速度快、燃料来源广泛、清洁无污染等优点，是未来极有发展前景的能量利用形式。以燃料电池产生电能为驱动力的电动汽车（FCV）是未来各国清洁汽车发展重要方向，其中日本丰田、本田、韩国现代均在氢燃料电池汽车取得较大进展。数据来源：CNKI,中商产业研究院，平安证券研究所一、铂是燃料电池“心脏”氢燃料电池工作原理燃料电池汽车特点项目特点氢气来源石化、煤炭、水电解等。通过水电解产氢，可提高分布式发电利用率功率目前国外先进水平大于100kW加氢时间数分钟，和传统燃油汽车接近低温性能低温启动-30°C，低温储存-40°C续航乘用车百公里耗氢约1公斤，重卡百公里耗氢约7公斤。国外主流FCV乘用车续航里程大于500公里。可扩展性强燃料电池汽车结构示意图 7燃料电池催化剂能降低电极反应的活化能，提高反应的速率，使燃料电池商业化成为可能。它决定着燃料电池性能和寿命，是燃料电池的关键材料，被称为燃料电池“心脏”。催化剂在燃料电池的成本占亦较高，根据美国能源局（DOE），2017年催化剂在燃料电池成本占比高达41%，在所有材料中位居首位。燃料电池催化剂包括铂基催化剂和无铂催化剂，而无铂催化剂主要有其他贵金属催化剂、其他无铂基催化剂，其中无铂催化剂在电流密度、催化活性和稳定性与铂基催化剂存在较大差距，因此，目前最常用的商用催化剂以铂碳（Pt/C）为代表的铂基催化剂。铂碳催化剂通过将铂纳米颗粒负载在碳载体上，提高铂利用效率，延长催化剂使用寿命。数据来源：美国能源局，CNKI，平安证券研究所一、铂是燃料电池的“心脏”燃料电池催化剂类型质子交换膜燃料电池成本构成（2017年）分类代表性品种含铂催化剂铂合金催化剂（掺杂其他金属）、核壳结构铂基催化剂、单层铂催化剂、高指数铂催化剂、纳米多孔铂基催化剂和空心铂基纳米催化剂其他贵金属催化剂钯催化剂、银催化剂和铑催化剂其他无铂催化剂非金属杂原子掺杂碳催化剂、过渡金属-氮-碳催化剂（M-Ｎ-Ｃ）、过渡金属氮化物催化剂和过渡金属硫族化合物催化剂28%9%41%6%6%10%双极板质子交换膜催化剂+涂覆气体扩散层膜电极边框电堆平衡 Contents02铂资源较稀缺，区域分布集中01铂是燃料电池“心脏”03燃料电池驱动增长，降低单位用量及提升回收率至关重要04国外公司领先，中国企业追赶05投资建议及风险提示 9铂是比黄金还稀少的贵金属，在92种自然资源中排名第72位，美国地质调查局（USGS）预计全球铂族金属资源量约十余万吨。在储量方面，根据USGS,2019年全球包含铂在内铂族金属的储量仅6.9万吨，按铂含量约46%比率测算，全球铂的储量约为3.2万吨。自然界中铂金很少以单一金属的形式出现，通常和其他铂族金属（以钯为主）以及基本金属中的铜、镍、铬等共生。根据铂矿的岩石类型、共生金属、地质特征等，可将铂矿床分为岩浆型、热液型、火山岩块状硫化物型和外生型四类。全球铂族金属的储量（万吨）数据来源：Wind，USGS，CNKI，平安证券研究所二、全球铂金属稀少，以共生矿为主铂矿床分类0.01.02.03.04.05.06.07.08.02010201120122013201420152016201720182019分类矿化类型代表性矿山岩浆型铜镍硫化矿PGE-Cu-Ni;Cu-Ni-PGE;Cu-Ni-Co-PGE南非的Platreef、Merensky；俄罗斯的Voisey’sBay；中国攀西新街、红格;加拿大Sudbury铬铁矿型PGE-Cr;Cr-PGE南非Bushveld 的UG2 层；塞浦路斯的Troodosz杂岩体磁铁矿型PGE-Cu –Ni南非Stella热液型接触交代型PGE-Au；Cu-Ni-PGE加拿大Mcbratney斑岩型Cu-Au -( PGE)菲律宾Santo TomasIICu－Au矿；巴布亚新几内亚OK TediCu-Au火山岩块状硫化物型Cu-Zn-PGE日本shikoku 的Besshi外生型黑色岩石型PGE-Ni-Mo 等多金属；Au-PGE 等多金属中国南部下寒武系；俄罗斯干谷砂铂矿Au-PGE俄罗斯远东Zolotaya砂金矿 10全球铂族金属资源分布十分不均衡，根据USGS,目前全球铂族金属储量主要分布在南非和俄罗斯，2019年上述两国分别约占全球储量的91%和6%，其他国家铂族金属储量占比则很小。与资源分布相应，全球铂族金属产量区域的集中度也很高，资源大国南非和俄罗斯分别约占全球铂族金属产量的71%和12%。从企业层面看，全球铂金属生产基本集中在前十大厂商中，除俄罗斯镍业、津巴布韦新达控股和巴西淡水河谷，其他七大产商皆为南非厂商。这些南非铂矿产商在全球铂金属产量份额超过80%。铂族金属资源区域分布（2019年）数据来源：USGS，CNKI，平安证券研究所二、铂资源分布高度集中，南非地位举足轻重铂族金属矿产量的区域分布（2019年）南非, 90.9%俄罗斯, 5.6%津巴布韦, 1.7%美国, 1.3%加拿大, 0.4%南非, 71.3%俄罗斯, 12.1%津巴布韦, 8.2%加拿大, 4.1%美国, 2.0%其他, 2.4%全球铂金属主要生产企业份额（2018年）28.1%22.6%13.3%10.8%8.4%4.9%4.5%4.0%2.5%2.2%斯班尼黄金英美铂业因帕拉铂金俄罗斯镍业隆明公司诺瑟姆白金新达控股皇家巴福肯铂业非洲彩虹矿业淡水河谷 11全球铂供给基本稳定，除2014年受主产国南非罢工的影响外，2013年以来，保持在240~260吨之间。分来源看，矿产铂是主要的供给主体，2019年约占全球铂供给的75%；回收铂是重要补充，约占2019年全球铂供给的24%；而库存的变化影响则较小。在回收铂中，汽车尾气催化剂回收率较高，是全球回收铂主要来源，2019年份额约为75%；此次是铂金首饰，约占2019年全球回收铂的24%。全球铂供给（吨）数据来源：WPIC，平安证券研究所二、铂供给格局：矿产铂为主，回收铂是重要补充全球铂供给结构回收铂主要来自汽车尾气催化剂（2019年）-500501001502002503002013201420152016201720182019库存变化回收矿产-20%0%20%40%60%80%100%2013201420152016201720182019库存变化回收矿产汽车催化剂, 75.4%铂金首饰, 24.1%工业, 0.5% 12中国铂资源较为紧缺，根据自然资源部，我国铂族金属探明资源量为401吨，我们测算在全球铂族金属资源量占比仅约0.4%。目前我国铂族金属矿除了金川含铂铜镍矿床外（但该矿铂族金属品位低）外,大部分矿床品位低、规模小。且中国铂族金属矿大多为铜镍型矿床（约占中国铂族金属资源