固态储氢深度报告：高承载容量、低运营成本，固态储氢开启规模化之路

高承载容量、低运营成本，固态储氢开启规模化之路 固态储氢深度报告 氢能 投资评级：推荐（维持） 投资要点 固态储氢行业位于氢能产业链中游，发展空间广阔：我国氢能行业受限于氢 气在长距离领域应用的局限性、储氢环节的安全性和经济性、长距离储运氢气 2024年05月23日 证券研究报告|产业深度报告 分析师：张锦 分析师登记编码：S0890521080001电话：021-20321304 邮箱：zhangjin@cnhbstock.com 研究助理：张后来 邮箱：zhanghoulai@cnhbstock.com 销售服务电话： 021-20515355 行业走势图（2024年5月22日） 资料来源：ifind，华宝证券研究创新部 相关研究报告 1、《基于钢管的地下垂直压缩储氢打开气态储氢新思路—海外氢能动态点评》2024-05-09 2、《氢能道路运输技术规范意见稿出炉运氢技术有望进一步规范—氢能政策点评》2024-05-07 3、《20240425【产业研究】新型电力系统系列报告（二）：火电灵活性改造——电网灵活性增量主体资源》2024-04-26 的可操作性，需要低损耗、灵活性强的存储载体来支持储氢行业的发展。当前，突破氢能行业“卡脖子”的关键在于提高储氢效率和降低成本，相比气态、液态储氢，经济、高效、安全、无需高额储氢设备的固态储氢脱颖而出，固态储氢技术的日渐成熟更加彰显出其在储氢密度和本征安全性能方面的巨大优势，固态储氢应用场景有望不断拓宽。 固态储氢技术具有稳定、载量大的优势，其中金属氢化物有望率先突破技术难点：固态储氢是指在一定温度、压力等条件下，利用固态储氢材料实现可逆存储与释放氢气的技术，分为物理吸附储氢和化学储氢两种形式。物理吸附材料储氢是指通过范德华力将氢气分子吸附在固体表面，环境下通常较稳定；化学储氢材料主要包括金属氢化物、复合氢化物等，其中，金属氢化物因其高氢储存容量和良好的循环稳定性而成为研究和应用前景最广泛、最深入的材料类型。固态储氢兼具体积储氢密度高、吸放氢条件温和、可逆性和循环寿命高、安全性好、供氢纯度高的特点，应用前景广泛。 政策护航、运营成本占优，固态储氢有望进一步打开规模化应用之路：国家和地方为支持固态储氢制定实施了相关标准政策，为国内市场的高质量发展提供了基础和保障。国家发布《通信用氢燃料电池固态氢源系统》《燃料电池备用电源用金属氢化物储氢系统》《镁基氢化物固态储运氢系统技术要求》等，为固态储氢提供制度标准化的优势。同时，固态储氢无需原料气压缩/液化设备投入，运营成本相较高压储存与液态储存具有明显优势。目前，所有固态储氢材料中，镁基合金储氢因其储氢质量密度高、成本低、安全性强的优势，有望在我国率先获得规模化应用。 国内外固态储氢市场动态：国内外固态储氢发展着眼于固定式应用场景和移动式应用场景，国内外就固定式场景开展了百公斤级金属氢化物储氢示范与应用，就移动式场景关于车载固态储氢罐及储氢材料进行开发研究。国内，固态储氢行业内部公司不断加大对固态储氢技术的研究开发，实现了多项专利产品的落地；各公司探索新的应用场景并着手相关项目的建设生产，固态储氢领域竞争激烈、充满发展潜力。 投资建议：氢能储运作为整条行业链中的“卡脖子”环节，其成本降低空间与氢能存储效率备受市场关注，固态储氢在储氢密度和本征安全性能方面优势明显，随着相关技术的进一步突破，其应用场景有望不断拓宽，建议关注固态储氢及其相关上下游行业的投资机会。 风险提示：技术发展不及预期、下游需求不及预期、政策推进不及预期；本报告提及的上市公司旨在论述行业发展现状，不涉及覆盖与推荐。 内容目录 1.固态储氢行业位于氢能产业链中游，发展空间广阔3 1.1.氢能行业蓬勃发展，需要低损耗、灵活性强的存储载体3 1.2.高效率、低成本成为储氢行业的未来趋势4 2.固态储氢技术具有稳定、载量大的优势，金属氢化物有望率先突破技术难点6 3.政策护航、运营成本占优，固态储氢有望打开规模化应用之路7 4.国内外固态储氢市场动态9 4.1.国内外固态储氢研发进展9 4.2.国内固态储氢行业动态11 5.投资建议13 6.风险提示14 图表目录 图1：2023年中国氢气生产区域结构（%）3 图2：2023年中国氢气消费结构（%）3 图3：不同储运方式在不同运输距离下的成本对比（元/kg）4 图4：随运输距离变化氢气成本构成的占比（%）4 图5：固态储氢应用场景5 图6：固态储氢方式及材料分类6 图7：固态储氢的基本原理6 表1：主流储氢技术对比4 表2：几种代表性固态储氢材料的技术参数6 表3：固态储氢行业标准、政策及内容7 表4：气态/液态/固态储氢运营成本对比9 表5：镁基合金储氢性能9 表6：全球固定式场景固态储氢开发情况10 表7：全球移动式场景固态储氢开发情况10 表8：固态储氢行业公司项目进展及产品专利总结13 1.固态储氢行业位于氢能产业链中游，发展空间广阔 1.1.氢能行业蓬勃发展，需要低损耗、灵活性强的存储载体 我国氢气产量规模逐年扩大，但大量的氢气只能用于短距离消纳。根据中国氢能联盟发布的数据，2023年全国氢能产量约3550万吨，中国氢能联盟预计到2050年，我国氢气需求量 将接近6000万吨，产业链年产值达到12万亿元。根据赛迪顾问的统计，2023年我国氢能资源呈现出“北多南少”的特征，且我国氢气消费的最大应用依然集中在石油精炼、甲醇制取、合成氨等短距离消纳领域，交通等需要较长距离的其他领域应用市场尚处于推广阶段，氢气消费仅占比0.1%。 图1：2023年中国氢气生产区域结构（%）图2：2023年中国氢气消费结构（%） 资料来源：赛迪研究，华宝证券研究创新部资料来源：赛迪研究，华宝证券研究创新部 储存环节关系氢能使用的安全性和经济性，也是产业发展的瓶颈所在。国家能源局在2023 年5月6日题为《着力破解绿氢输送难题》中指出，氢能运输网络的建设是一项系统性工程，应根据市场需求特点，合理匹配各类储运方式，逐步提高氢气储存和运输能力，为构建新型能源体系提供有力支撑。然而氢气在常温常压下具有密度小、易燃易爆等特性，因此氢储运难度较大。此外金属材料在含氢介质中长期使用时，材料由于吸氢或氢渗而造成机械性能严重退化，易发生“氢脆”现象，因此还需注意储氢材料及运氢环境，以保证氢气在运输过程中的安全性。 基于氢能应用与氢能制取的区位差异，需要远距离、大容量、低损耗的氢能储运方式。氢气储运主要分为气态储运（高压气态储运和管道运输）、固态储运车、液氢槽罐车三种方式，其中高压气态运输成本随着距离的增加而大幅上升，固态储运车和液氢槽罐车的运输成本对于距离本身不敏感，在加氢站建设不完备的情况下具有长距离运输的成本优势。管道运输的成本主要来自与输送距离正相关的管材折旧及维护费用，在当前加氢站未全面普及的情况下，管道运氢受运输半径影响难以大面积铺设。 图3：不同储运方式在不同运输距离下的成本对比（元/kg） 资料来源：SMM氢能源、张轩等《氢能供应链成本分析及建议》，华宝证券研究创新部 1.2.高效率、低成本成为储氢行业的未来趋势 当前氢气成本过高的原因在于运输环节成本占比过大，占到总成本的30-40%，提高储氢效率和降低成本成为突破氢能行业“卡脖子”的关键。根据张轩等在《氢能供应链成本分析及建议》中的测算，以煤制氢、管道运输形式的燃料电池车为例，当运输距离突破200km时，氢能储运在氢气成本中的占比突破20%，并随着运输距离的增加而加速增长。 图4：随运输距离变化氢气成本构成的占比（%） 资料来源：张轩等《氢能供应链成本分析及建议》，华宝证券研究创新部 与气态、液态储氢相比，固态储氢经济、高效、安全，不需要价格昂贵的储氢设备，运输方便。目前主流的储氢模式分为气态、液态、固态三种，其中气态储氢通常通过压缩氢气至高压罐中实现，是目前最常见的储氢方式，但高压储存对容器的安全性和稳定性要求较高，且运输途中存在较大的损耗风险；液态储氢通过冷却氢气至其沸点以下，使其转变为液态，这种方法适合大规模储氢，但液态储氢对于能耗和储氢设备的要求均较高；固态储氢通过吸附或化合物的形式将氢气储存在固态材料中，安全性较高，并且可以在接近环境的温度和压力下进行，对能耗和设备的要求较低，运输方便。 表1：主流储氢技术对比 储氢技术 低温液态储运氢 高压气态35MPa储氢 高压气态70MPa储氢 稀土系合金固态储 氢 钛铁系合金固态储 氢 镁合金固态储运氢 储氢质量 >5.7 3 5.5 1.5 1.8 <7.6 ） 储氢技术 低温液态储运氢 高压气态35MPa储氢 高压气态70MPa储氢 稀土系合金固态储 氢 钛铁系合金固态储 氢 镁合金固态储运氢 分数（% 体积储氢 密度(kg/立方米) 70 23.5 40 104 96 94-100 运输方式 专用特种槽车 依据规模选择固态储氢车 装载量 (KG/车) 360-4300 目前单车最大1200 温度(摄 氏度) 20 20 20 20 205-290 应用情况 国外应用广泛，国内目前仅用于航天及 军事领域 广泛应用于国内燃料电池车 广泛应用于海外，国内有审批阻碍 项目示范持续改进 项目示范持续改进 试验阶段 优势 体积比容量大，运输装载量大，氢纯度高 充、放氢速率快，发展应用成 熟 充、放氢速率快，发展 应用成熟 放氢平台更低，动力 学性能好 成本低 储氢密度大，可快速充、放氢， 运输方便 劣势 能耗高，设备要求高，成本高，国内民用还未形成 能耗高；安全性隐患高，加氢站成本高 能耗高；安全性隐患高，加氢站 成本高 成本高 放氢动力学性能较弱 热交换较困难，镁基合金固态储氢需要在较高温 度下进行 资料来源：SMM氢能源、中国工程院，华宝证券研究创新部 随着固态储氢技术的逐渐成熟，固态储氢在储氢密度和本征安全性能方面优势明显，应用场景有望不断拓宽。近年来镁基、钛铁系、钒系固态储氢技术日趋成熟，示范应用取得突破，部分行业头部企业建成千吨级镁基储氢材料生产线，产业链上中下游合作加强，不断拓宽固定式、移动式细分应用场景。 图5：固态储氢应用场景 资料来源：李海波《固态储氢技术现状与发展趋势分析》，华宝证券研究创新部 2.固态储氢技术具有稳定、载量大的优势，金属氢化物有望率先突破技术难点 固态储氢是指在一定温度、压力等条件下，利用固态储氢材料实现可逆存储与释放氢气的技术。固态储氢主要分为物理吸附储氢和化学储氢两种形式，具有体积储氢密度高、吸放氢条件温和、可逆性和循环寿命高、安全性好、供氢纯度高等特点。 图6：固态储氢方式及材料分类图7：固态储氢的基本原理 资料来源：李海波《固态储氢技术现状与发展趋势分析》，华宝证券研究创新部 资料来源：上海燃气工程设计研究公司，华宝证券研究创新部 物理吸附材料储氢是指通过范德华力将氢气分子吸附在固体表面，由于吸附作用较弱，物 理吸附储氢系统在环境条件下通常比较稳定。物理吸附储氢可利用的材料较多，其中活性炭因其多孔结构和高比表面积而成为一种传统且广泛使用的物理吸附材料，是氢储存的理想介质；碳纳米管因其独特的结构和优异的机械性能而受到极大关注；金属-有机框架（MOFs）作为一种新兴材料，具有极高的比表面积（高达7000m2/g）和可调的孔结构，成为物理吸附氢储存领域最有前景的材料之一；此外，一类被称为共价有机框架（COFs）的新兴材料与MOFs在结构上具有相似之处，因此也被认为具有物理吸附氢储存应用的潜力。 通常物理吸附材料的高比表面积和多孔结构有助于提高氢气的吸附量，且物理吸附储氢通常在接近环境的温度和压力下进行，部分材料（如活性炭等）成本低廉，为高效、安全的氢储存和利用提供了更多的途径。然而，物理吸附材料在环境温度和压力下的氢储存容量（<2wt.%）对它们在固态氢储存系统中的应用依然存在限制。 化学储氢材料种类较多，主要包括金属氢化物、复合氢化物等。其中，金属氢化物因其高氢储存容量和良好的循环稳定性而成为研究和应