铂钯行业研究系列报告：“铂”取大势，“钯”握微末（四）：汽车尾气催化剂：混动汽车销售高增，中期将支撑铂钯需求稳增

期货研究 二〇 二2024年10月26日 四年度 汽车尾气催化剂：混动汽车销售高增，中期将 支撑铂钯需求稳增 ——铂钯行业研究系列报告：“铂”取大势，“钯”握微末（四） 国泰 君季先飞期货投资咨询从业资格号：Z0012691jixianfei015111@gtjas.com 安 期王蓉期货投资咨询从业资格号：Z0002529wangrong013179@gtjas.com 货张再宇（联系人）期货从业资格号：F03108174hangzaiyu025583@gtjas.com 研 究刘雨萱期货投资咨询从业资格号：Z0020476liuyuxuan023982@gtjas.com 所莫骁雄期货投资咨询从业资格号：Z0019413moxiaoxiong023952@gtjas.com 报告导读： 汽车尾气排放物中含有CO、HC、NOx和颗粒物PM等，是大气污染的重要来源。1940年至1960年间发生的美国洛杉矶光化学烟雾事件，使得美国政府开始控制汽车排放污染物，并将催化净化器引入到汽车尾气处理中。汽车尾气催化剂的作用是通过氧化和还原的作用将汽车尾气中的有害物质CO和NOx转化为无害或者低害的CO2、N2和H2O，从而达到减少尾气污染、保护环境的目的。 铂金主要用于汽车尾气催化剂，钯金的需求较铂金更加集中于汽车尾气催化剂。根据庄信万丰数据，2023年汽车尾气催化剂占铂需求的44%，而占钯需求的比例则高达84.3%。从细分行业来看，铂钯因其化学性质不同，具体应用存在差异。柴油车的铂族金属单车用量约5-10克，其中铂钯的占比大约为4:1。汽油车三元催化剂中钯金使用比例更高，汽油车的铂族金属单车用量约为1.8g，其中钯用量约为1.4g，铂用量约为0.2g。 历史复盘显示，历史统计数据显示，1997-2023年汽车催化剂铂钯需求总量和汽车销量相关系数已经达到0.93，属于强正相关。但是剔除2020-2023年汽车销售数据，汽车催化剂铂钯需求总量和汽车销量相关系数达到0.95，高于1997-2023年的相关性，表明2020-2023年两者相关性在减弱。2020年之后新能源汽车快速发展，尤其是不使用铂钯作为催化剂的纯电动汽车渗透率的提高，影响了两者之间的相关性。1980-2019年汽车尾气催化剂铂钯需求在不同阶段呈现的差异，主要在于铂钯价格走势引发的替代，具体 分析参见铂钯替代专题报告。2019-2023年，汽车尾气催化剂铂钯需求也呈现出了替代的关系，但在2023年铂钯价格比趋向于“1”，铂钯替代关系没有那么明显，反而更加倾向于不同车型结构性变化带来的铂钯需求的差异。假设未来铂钯价格比持续处于“1”附近震荡，那么对未来汽车催化剂铂钯需求量的测算，需要重点分析汽车销量的结构性变化。 铂钯金属在汽车尾气催化剂中的需求主要依托于传统汽油车和柴油车，近几年全球范围内新能源汽车市场的快速扩张，无疑对传统燃油汽车形成了明显的冲击。但是，插电混动车销量高增速，是汽车尾气催化剂铂钯需求增长点。中国新能源车内需总量支撑明显，插电混动车型接受度显著提高。就其中的插电混动 汽车而言，受比亚迪等企业在插电混动技术迭代，叠加理想汽车、华为问界等新势力在增程式汽车领域的开拓，以及插电混动与纯电动享受等量政策优惠等的影响，预计2022-2024年插电混动车型占比在由20%提高至40%。此外，碳排放考核压力也在提升欧洲和美国插电混动汽车的销量占比。分地区来看，2023-2024年欧洲和美国插电混动车的占比分别约为30%和20%，预计2025-2030年在新能源车中的占比依然较高。 根据不同类型车辆铂钯使用量和车辆未来销量变化，估算全球汽车尾气催化剂铂钯需求依然存在增量。测算数据显示，预计2024年汽车用铂钯需求同比增速为2.20%，2025年依然存在增量，2024-2025年平均增速为1.33%。新能源汽车是未来的发展方向，持续冲击传统燃油车的消费，但是在未来新能源汽车的销售中，混动汽车具备纯电动车与燃油车的双重优势，其销量整体保持高速增长状态，预计2024-2025年全球混动汽车销售平均增速为46.25%。混动汽车的尾气催化剂在铂钯的用量上要高于传统燃油车，能够抵消燃油车市场占有率下滑的影响，支撑了汽车尾气催化剂的铂钯需求。 目录 1.汽车尾气催化剂的驱动、原理和发展4 1.1光化学烟雾治理驱动汽车尾气催化剂的诞生和迭代4 1.2汽车尾气催化剂的工作原理5 1.3三元催化剂铂钯单耗测算6 2.新能源汽车发展冲击传统汽车产量，但汽车尾气催化剂铂钯需求仍有增长7 2.1汽车尾气催化剂铂钯需求和汽车销量关系的历史复盘7 2.2全球汽车结构性变化显著，新能源汽车发展冲击传统汽车产量8 2.3插电混动车销量高增速，是汽车尾气催化剂铂钯需求的增长点11 2.4估算未来全球汽车尾气催化剂铂钯需求增加12 3.总结：混动汽车销售高增速，支撑汽车尾气催化剂铂钯需求稳定增长13 （正文） 1.汽车尾气催化剂的驱动、原理和发展 1.1光化学烟雾治理驱动汽车尾气催化剂的诞生和迭代 汽车尾气排放物中含有一氧化碳（CO）、未完全燃烧的碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO和NO2，统称NOx）和颗粒物PM（由碳黑内核及其表面吸附的可溶性有机物构成）等，是大气污染的重要来源。1940年至1960年间发生的美国洛杉矶光化学烟雾事件，使得美国政府开始控制汽车排放污染物。美国洛杉矶光化学烟雾事件是发生在美国洛杉矶的有毒烟雾污染大气的事件，是世界有名的公害事件之一。该污染事件使得洛杉矶当地65岁以上近400人死亡，并让全市3/4的人患上各类疾病，并对农作物和林木造成不同程度的危害。加州理工教授哈根施密特经过研究，在20世纪50年代初确定了光化学烟雾的污染物来源主要是汽车尾气。光化学烟雾是大量聚集的汽车尾气中的碳氢化合物在阳光作用下，与空气中其他成份发生化学作用而产生的有毒气体，这些有毒气体主要包括以上提到的CO、HC、NOx等污染物。 美国政府意识到必须介入到空气污染的治理，在1955年颁布第一部联邦空气污染法规《空气污染防治法》，随后在1963年颁布《1963清洁空气法》，1967年颁布《空气质量控制法》。真正具有里程碑意义的立法是1970年的《CleanAirAct（清洁空气法）》，为空气污染真正采取了行动，为美国未来谋求清洁的空气。该法律设立排放许可证制度，严格控制排放源，为交通污染源（从内燃机、汽油到排放）设立了严格环境标准。其中，为了改善机动车使用燃料和减少环境污染，该法律建立了氧化汽油项目。通过添加氧化剂促进燃料的充分燃烧，能够减少一氧化碳的形成。1975年，美国将催化净化器引入到汽车尾气处理中，规定所有汽油车都必须加装催化转化器。 美国洛杉矶发生光化学烟雾事件后，北美其他国家、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现这种烟雾。其中，1971年日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件，严重侵害了居民健康。日本环保部门经对东京几个主要污染源排放的污染物进行调查后发现，汽车尾气排放的CO、NOx、HC等三种污染物约占总排放量的80%。因此彼时开始，汽车尾气就成为了全球范围需要控制的污染源，汽车尾气催化剂主要的发展和应用主要可分为以下几个阶段： 1975-1980年为第一代氧化型催化剂的使用阶段。该催化剂由美国Engerlhard公司(2006年被美国BASF公司收购)开发，主要活性成分为铂和钯，只能用来消除CO和HC，也被称为“两效”催化剂，适用于早期达标汽车的排放上。从80年代起，美国政府提高了车辆的NOx的排放标准，氧化型催化剂由于不达标准而慢慢被淘汰。同时，当时的汽油中普遍添加含铅的添加剂来提高汽油的辛烷值，氧化性催化剂也一直受到Pb毒化的困扰。直到90年代政府逐步取消汽油含铅添加剂后，催化剂的技术才有了突破。 1980年至今，三元催化剂在曲折中发展迅速。随着政府对NOx的排放标准愈加严格，起到还原作用的铑作为催化活性成分加入到催化剂中。由此，催化剂中的主要活性成分为Pt/Pd/Rh，被称为“三元催化剂”。汽车发动机通过氧传感器闭环控制空燃比，实现了CO、NOx、HC等三种污染物同时被催化净化，即汽车尾气治理迎来了三元催化剂时代。但由于活性成分中三种元素的供需变化、价格波动及技术进步等原因，使得元素替代现象时有发生，影响到Pt/Pd/Rh的使用量。 1995-2018年，由于铂和铑的价格较高，BASF开发过与Pt-Rh体系性能相当的全钯催化剂。其中， 2006年-2012年，铂钯价格比走向高位，柴油尾气催化剂中也采取部分钯替代铂。同时，在2007-2008年，由于铑的价格急剧上涨，曾掀起过降低铑含量的热潮。 2019年至今，全钯催化剂推动了钯价格大涨，铂钯价格比不断走低再次激励铂替代钯。当前，铂钯价 格比现在已回归至“1”附近，或许处于铂钯替代的均衡点。另外，从汽车尾气排放政策来看，美国、欧洲、中国等颁布了逐步严格的汽车尾气排放标准，这也将持续促进三元催化剂的优化使用。 图1：汽车尾气催化剂发展阶段 资料来源：环境化学，国泰君安期货研究 备注：（1）I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，V，Ⅵ分别代表国I，国Ⅱ，国Ⅲ，国Ⅳ，国V和国Ⅵ； （2）TWC：(ThreeWayConverterorCatalyst，三元催化剂)。 表1：世界主要经济体并行的排放标准 资料来源：奇瑞，国泰君安期货研究 1.2汽车尾气催化剂的工作原理 汽车尾气催化剂的作用是通过氧化和还原的作用将汽车尾气中的有害物质CO和NOx转化为无害或者低害的CO2、N2和H2O，从而达到减少尾气污染、保护环境的目的。从催化剂发展历史来看，在选择催化剂时，需要重点考虑催化剂的活性、选择性和寿命。选择性主要指的是当多种反应同时进行时，催化剂只作用特定反应，降低其活性。寿命指的是催化剂的有效使用期限。催化剂在使用过程中活性会下降，通常通过稳定催化剂或者通过再生的方法以延长寿命。 图2：铂金表面氢与氧的反应 HH O HHOO 悬空键HH HOOO PtPtPtPtPtPtPtPtPtPt 资料来源：网络，国泰君安期货研究 催化剂的活性是指物质催化作用的能力，是催化剂十分重要的性质。以2H2+02→2H20为例，单纯地把氢气和氧气混合在一起，是无法发生反应的。但在反应物中加入铂粉末，由于铂表面上存在不参与化学键结合的悬空键，使得氢分子和氧分子容易与悬空键反应。被分解成原子的氢和氧被吸附在铂表面，并通过大量的悬空键在铂表面扩散。当氢原子和氧原子相遇，将形成能量上更加稳定的OH键，进而生成水后脱离。三元催化剂的氧化和还原反应适用同样的原理，主要包括多个反应方程式，能将CO、NOx、HC等三种污染物同时被催化净化。整体来看，三元催化剂具有稳定性好、活性低、催化效率高，以及长寿命、低成本等特点，且同时具备催化氧化和还原反应，所以才被广泛应用于汽车尾气处理车载催化器中。 图3：三元催化剂状态下的汽车尾气反应方程式 资料来源：环境化学，国泰君安期货研究 1.3三元催化剂铂钯单耗测算 在汽车的排放系统内安装一个不锈钢盒，盒内就可以放置一个催化净化转化器。转化器内的汽车尾气催化剂以做成蜂窝状的陶瓷或金属为基体，蜂窝体内表面涂以由Al2O3、稀土基材料和催化材料三个组元构成的活性涂层。其中，催化材料为三元催化剂，包含Pt、Pd和Rh等铂族金属活性成分。根据庄信万丰数据，2023年汽车尾气催化剂占铂需求的44%，而占钯需求的比例则高达84.3%。 从细分行业来看，铂钯因其化学性质不同，具体应用存在差异。铂主要应用在柴油机尾气催化剂中，钯主要用在汽油车尾气催化剂中。钯在高温下的稳定性较差，容易受到温度、酸碱度、氧化剂等因素的影响，而铂在高温下极不活泼，仍然保持较高的稳定性，不易被腐蚀，更加适配排气温度更高、硫含量更高的柴油机。根据我们在即将发布的专题报告《铂钯价比趋近“1”，二者替代前景几何？——铂钯行业研究系列报告：“铂”取大势，“钯”握微末（五）》中的测算，柴油车的铂族金属单车用量约5-10克，其中铂钯的