小金属行业深度报告：“氢”风已至，镁基储氢为镁行业提供新机遇

“氢”风已至镁基储氢为镁行业提供新机遇 小金属|行业深度报告|2023.09.19 评级：看好 吴轩 有色行业首席分析师 SAC执证编号：S0110521120001 wuxuan123@sczq.com.cn 电话：021-58820297 刘崇娜 有色行业研究助理liuchongna@sczq.com.cn电话：010-81152687 0.2小金属 沪深300 0 -0.2 市场指数走势（最近1年） 14-Sep 4-Jul 23-Apr 10-Feb 30-Nov 19-Sep 资料来源：聚源数据 相关研究 镁建筑模板：兼具经济性及高性能需求元年开启 镁电池——潜力无限的下一代高性能电池突破方向 核心观点 政策+技术支持，氢能产业加速发展。氢能源具有“能量密度高、零排放、效率高、来源广、可再生”的特点，氢能的发展有助于推动全球能源结构由化石能源向清洁能源转变。在全球碳中和目标下，一系列氢能产业支持政策陆续出台，叠加技术积累，制氢、储氢发展前景广阔，是双碳目标的重要载体。目前储氢环节仍以高压气态储氢和低温液态储氢为主，其成本高、密度低、安全性差的缺陷制约着氢能大规模商业化，而固态储氢属于常压储氢路线，其在提升储氢密度及降低成本等方面具有较高的发展潜力，有望在未来解决储氢困局。 固态储氢优于气液态储氢，发展潜力巨大。储氢方式分为固态、气态和液态储氢三种。目前气态储氢技术成熟，但储氢密度低；液态储氢在液化过程中能耗高、易挥发、成本高，皆不是首选储氢方式。固态储氢兼具可靠、安全、体积效率高的优点，具有巨大发展潜力。固态储氢中，物理吸附类储氢脱附氢能力强，但适用场景有限；配位氢化物理论储氢密度高，但放氢速度缓慢，可逆性差；水合物储氢成本低，但储氢密度不足；金属基储氢材料储氢密度大，安全性强，综合性能更加优异。 储能密度高+成本低+安全性强，镁基储氢在固态储氢材料中脱颖而出。镁基储氢密度是气态储氢的1000倍、液态储氢的1.5倍，储氢密度高；储氢过程中化学反应简单，无需额外的低温、高压装置，成本低；存储及运输过程条件简单，安全性强。镁基储氢由于其巨大潜力近年来获得了大量关注，多所高校研究所对镁基储氢进行了深入研究；此外，镁资源丰富、反应过程环保也使其在储氢环节具备得天独厚的优势。 镁基储氢应用场景不断拓展，或将在冶金及煤化工领域率先运用。镁基  材料只有在高温下才有优异的吸附氢性能，这是制约镁基储氢发展的一 大痛点，冶金和煤化工领域工作温度高，恰好弥补了镁基材料的缺陷，冶金和煤化工有望在镁基储氢的帮助下降低碳排放量。随着镁基储氢技术日渐完善，氢储能具备就地消纳清洁能源能力，并可在一定程度上替代传统能源，有望在能源互联系统中发挥重大作用。随着国家对氢能产业的重视，未来镁基储氢有机会在氢能源汽车行业发挥巨大作用。 相关标的：与重庆大学合作有望加速镁储氢实现产业化，多项目即将投产具备高成长性的云海金属。 风险提示：商业化进程存在不确定性;镁价剧烈波动风险 目录 1氢能发展不断提速拉动储氢材料广阔市场1 1.1氢能：双碳目标的重要载体1 1.2成本高+密度低是液体储氢和气态储氢的主要缺陷3 1.3兼具安全性及高效率固态储氢发展潜力大5 2固态储氢百花齐放镁基储氢优势瞩目6 2.1固态储氢材料安全性强储氢效率高6 2.1.1物理吸附类储氢脱附氢能力强适用场景有限6 2.1.2金属基储氢储氢密度大安全性强7 2.1.3配位氢化物放氢速度缓慢可逆性差7 2.1.4水合物储氢成本低储氢密度不足7 2.2镁基储氢密度高成本下降空间巨大7 2.2.1高储氢密度+高安全性镁基储氢材料性能优势显著8 2.2.2镁基储氢化学反应简单研究团队雄厚具备技术优势9 2.2.3镁资源丰富可满足镁基储氢大规模应用10 2.2.4镁基础能环境友好符合安全环保要求11 2.3降低吸附氢所需温度是镁基储氢发展关键11 2.3.1纳米化减小颗粒尺寸改善吸附氢速率11 2.3.2合金化有效降低吸附氢温度11 2.3.3添加催化剂综合提升储氢性能12 2.3.4复合轻金属配位氢化物提高储氢容量12 3冶金及煤化工或率先运用镁基储氢储能应用前景广阔12 3.1氢冶金技术是冶金行业减排的重要方向12 3.1.1氢能是炼铁过程中减少CO2排放的关键12 3.1.2绿氢耦合加快煤炭的高效清洁利用14 3.2镁储氢有助电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能15 3.3镁基储氢有望赋能新能源汽车16 3.3.1我国加氢站建设加速中首个固态加氢站落地17 3.3.2合金储氢解决氢燃料汽车安全难题18 4相关标的：云海金属18 5风险提示19 插图目录 图1氢能产业示意图1 图2未势能源第二代70MPa-57LⅣ型储氢4 图3未势能源Ⅳ型储氢结构4 图4首个工业规模LOHC绿色氢气进口方案5 图5液态有机氢载体运氢示意图5 图6常见固态储氢罐——圆柱形冷却管5 图7常见固态储氢罐——盘管式换热器5 图8储氢合金吸放氢的示意图6 图9全国首台吨级镁基固态储运氢车9 图10镁基储氢氢化反应过程示意图9 图11自然界镁资源主要存在形式10 图122022年全球菱镁矿产量分布11 图132022年全球镁锭产量分布11 图14吸放氢过程与颗粒大小的关系示意图11 图15氢冶金“四步走”发展线路图13 图16微波氢气还原铁矿石结构示意图14 图17绿氢耦合煤化工系统示意14 图18合成氨生产产业链示意15 图19甲醇生产产业链示意15 图20含氢能流的电－气能源互联系统结构示意图16 图212018-2022年中国燃料电池汽车产销情况17 图22气氢、液氢加氢站工作原理17 图23小虎岛电氢智慧能源站18 图24云海金属2012-2023H1营业收入19 图25云海金属2012-2023H1年归母净利润19 表格目录 表1氢能重点政策2 表2典型制氢技术的成熟度、生产规模和碳排放强度对比2 表3典型储氢技术对比3 表4现有氢液化理论原理及应用情况4 表5固态储氢材料储氢量高6 表6物理吸附类储氢材料优劣势7 表7金属基储氢材料优劣势7 表8配位氢化物储氢材料优劣势7 表9镁基储氢材料储氢量高8 表10镁基储氢运营成本低8 表11镁基储氢研究团队介绍9 表12资源储量及分布地区10 表13不同镁基合金储氢性能12 表14全球氢能炼钢试验项目的技术的投资与减排效果13 表15云海金属产品介绍18 1氢能发展不断提速拉动储氢材料广阔市场 1.1氢能：双碳目标的重要载体 氢能是一种清洁零碳、灵活高效、来源丰富的二次能源，对环境保护、节能减排具有重要意义。一方面，由于风、光等可再生能源的波动性导致其难以直接并网大规模利用，而氢能可以帮助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能。由可再生能源制取氢气，氢气再转化为终端能源，有利于促进可再生能源消纳；另一方面，中国工业和交通业高度依赖传统化石能源，脱碳难度高。推行绿氢替代可促进绿色化工、绿色交通的发展，助力工业、交通业等碳密集行业实现碳中和。 图1氢能产业示意图 资料来源：《氢能工业现状、技术进展、挑战及前景》，首创证券 氢能应用广泛，发展潜力大。第一，氢能是一种理想的清洁能源。不管是直接燃烧还是在燃料电池中的电化学转化，其产物只有水，且效率高。随着燃料电池技术的不断完善，以燃料电池为核心的新兴产业将使氢能的清洁利用得到充分发挥，主要表现在氢燃料电池汽车、分布式发电、氢燃料电池叉车和应急电源产业化初现端倪。第二，氢能是一种良好的能源载体，具有清洁高效、便于存储和输运的特点。可再生能源，特别是风能和太阳能在近十年来发展迅猛，但由于本身的不稳定，导致其电力上网难，出现大量的弃风、弃光现象，严重制约了它们的发展。将多余电量用于电解制氢，可大规模消纳风能、太阳能，制得的氢既可作为清洁能源直接利用，还能掺入到天然气中经天然气管网输运并利用。第三，氢气是化石能源清洁利用的重要原料。成熟的化石能源清洁利用技术对氢气的需求量巨大，其中包括炼油化工过程中的加氢裂化、加氢精制以及煤清洁利用过程中的煤制气加氢气化、煤制油直接液化等工艺过程，推进氢能在这些方面的应用有望加速氢能的规模化利用。 政策支持+技术突破，我国氢能产业发展迅速。氢能已经成为“十四五”期间重点产业，国家及各省市陆续出台一系列氢能产业支持政策，已初步形成涵盖宏观综合、行业管理、科技创新、财税优惠等方面的支持政策体系。随着我国政策的引导以及大批氢能项目落地实施，氢能技术不断突破，产业体系逐步完善，我国氢能领域的发展已加速进入产业化阶段。经过多年的工业积累，中国已经是世界最大的制氢国，氢能市场潜力巨大。 表1氢能重点政策 时间部门政策意义 2020.4 和信息化部等 国家能源局 2020.6 国家能源局 2020.10 国务院 2021.2 国务院 2021.6 国家能源局 2021.10 国务院 2021.10 国务院 2021.10 国家能源局 2021.11 国资委 2021.11 工信部 2021.12 国务院 2022.3 发改委、能源 2020.4财政部、工业 《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》 对燃料电池汽车的购置补贴采取“以奖代补”的方式，争取年内建立氢能汽车完整产业链 《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》优先发展可再生能源，开发应用替代油气的新型 燃料 《2020年能源工作指导意见》从改革创新和推动新技术产业化角度推动氢能发 展 《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》 《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》 《关于组织开展“十四五”第一批国家能源研发创新平台认证工作的通知》 攻克氢能储运、加氢站、车载储氢等氢燃料电池技术，健全氢燃料制、储、运 坚持节能优先，提升可再生能源氢能利用比例，因地制宜发展氢能 大力发展氢燃料电池的使用，推动燃料电池电动汽车能耗及续航里程、车载氢系统等标准的制定 《“十四五”全国清洁生产推行方案》鼓励绿氢炼化、二氧化碳耦合控制甲醇等降碳工 程 《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》 推进经济社会发展全面绿色转型，加快构建清洁低碳安全高效能源体系，提高对外开放绿色低碳 《2030年前碳达峰行动方案》拓展了氢能在交通运输领域的应用，推广氢燃料 动力重型货运车辆 《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》 稳步构建氢能产业体系，完善氢能制、储、输、用一体化布局 《“十四五”工业绿色发展规划》提高清洁能源的比重，鼓励氢能的应用 《“十四五”节能减排综合工作方案》推动绿色转型，助力实现碳达峰 局等六部门 《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》 加速石化化工行业变革、提高清洁生产水平，促进了氢能的发展 2022.3发改委《氢能产业发展中长期规划（2021—2035 年）》 2022.4教育部《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建 设工作方案》 资料来源：《氢能产业政策及商业化模式分析》，首创证券 将氢能作为未来能源体系的重要组成部分，保障了战略地位 为实现碳达峰、碳中和目标提供人才储备 按照制取过程中的碳排放强度，氢气被分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢指由化石燃料重整制得的氢气，碳排放强度高，技术成熟，适合大规模制氢，成本优势显著，占据目前全球市场氢源供应的绝大多数。蓝氢包括加装碳捕集与封存（CCS）技术的化石能源制氢和工业副产氢，在灰氢的基础上碳排放量大幅降低。绿氢即可再生能源制氢及核能制氢，制氢过程中几乎不产生碳排放，是未来氢气制取的主流方向。但绿氢制取技术目前成熟度较低，技术成本高，推广应用仍需要时间。 氢气工艺路线 技术成熟度 生产规模（标准立方米/小时） 碳排放（千克CO2/千克H2） 灰氢煤制氢 成熟 1000~20×104 19 天然气制氢 成熟 200~20×104 10 煤制氢+CCS 示范论证 1000~20×104 2 天然气重整制氢+CCS 示范论证