铂钯行业研究系列报告：“铂”取大势，“钯”握微末（五）：铂钯价比趋近“1”，二者替代前景几何？

期货研究 二〇 二2024年10月30日 四年度 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） 国刘雨萱期货投资咨询从业资格号：Z0020476liuyuxuan023982@gtjas.com 泰 君王蓉期货投资咨询从业资格号：Z0002529wangrong013179@gtjas.com 安季先飞期货投资咨询从业资格号：Z0012691jixianfei015111@gtjas.com 期 货莫骁雄期货投资咨询从业资格号：Z0019413moxiaoxiong023952@gtjas.com 研张驰（联系人）期货从业资格号：F03114583zhangchi027856@gtjas.com 究 所报告导读： 铂和钯均适用于汽车尾气催化剂，因其化学性质不同，具体应用中有一些差别。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。为了应对环境问题，各国纷纷出台环保政策，旨在减少尾气排放、推动可再生能源的使用，而汽车制造商为达到新的排放标准，需要增加车辆尾气处理系统中的铂族金属载量，同时经济飞速发展促进汽车行业腾飞，共同促进铂族金属需求增大。 进一步分析铂钯替代的情况，首先回溯铂钯价格比的显著变化，大体可分为三个具有节点意义的阶段：分别为1999-2002年、2006-2012年、2016年至今。从1999年至今反复出现替换的过程中，呈现出了以下三个重要的特征：铂钯价格比为铂钯替换增加动力、替代比例逐步变为1：1、铂钯替代具有一定的时滞性和阶段惯性。通过定量测算观察目前汽车生产商对铂钯替代经济效益的考量，即便按30%的比例铂钯替代后，我们发现单车仅能节省0.29美元的成本，这一节省额度可能不足以为新开始的铂钯替代提供动力。若钯金价格持续走低，已采用铂钯替换策略的厂商可能会在经济利益驱动下，提前考虑将尾气催化剂中的铂替换回钯金，使反向替代成为可能。 此外，定性角度分析也能进一步印证此结论，当下替代上的可行性愈发困难，替代比例带来的经济效益减弱、如何保证替代后仍可满足排放要求、替代壁垒较高对催化器生产商提出了新的挑战。由于替代具有时滞性，只有当厂商对未来铂钯价格比仍维持低位时才会进行技术革新进行替代。鉴于现状短期内难以改变，且比价趋势出现反转，替代进程可能会受阻，难以为继。我们认为，现在或许处于铂钯替代的均衡点。此外，根据WPIC预测2026年时钯可能会反向替代铂，开启下一轮替代浪潮。 感谢实习生苏安妮的贡献。 目录 1.铂钯双星，汽车催化剂中的卓越材料3 1.1尾气催化器——柴油尾气催化器与三元催化器3 1.2环保政策趋严叠加汽车产业蓬勃发展，汽车催化剂中对铂族金属的需求增大5 2.铂钯替代分析：历史上共有三轮替代潮，往后看替代动能减弱7 2.1回顾铂钯替代潮：经济效益驱动铂钯替代7 2.2定量分析：价差缩小，铂钯替代或不如预期11 2.3定性分析：新一轮铂钯替代下生产商面临技术挑战与经济效益降低，动能或趋向减弱13 3.结论：铂钯比均衡下，铂替代钯未必持续，未来存反向替代可能13 （正文） 1.铂钯双星，汽车催化剂中的卓越材料 1.1尾气催化器——柴油尾气催化器与三元催化器 铂和钯均适用于汽车尾气催化剂，不过铂的下游应用更为广泛，除汽车尾气催化剂之外，还较多应用在工业、首饰等领域，而相对来说钯金的需求在汽车尾气催化剂中更为集中。根据庄信万丰数据，2023年汽车催化剂占铂需求的44%，而占钯需求的比例则高达84.3%。 图1：2023年，铂金主要的需求是汽车催化剂、珠宝、工业等 资料来源：庄信万丰，国泰君安期货研究 图2：2023年，钯金主要需求集中在汽车尾气催化器 资料来源：庄信万丰，国泰君安期货研究 细分来看，铂钯因其化学性质不同，具体应用中有一些差别。铂拥有卓越的耐高温稳定性和抗中毒性，因此在柴油车尾气催化器中占据主导地位，尤其适应柴油高硫量及高温环境。然而，缺点是铂在高CO浓度下易氧化。相比之下，钯以其高催化活性，在汽油车和混合动力车尾气催化中表现优异，但其耐高温性能较 弱，对硫化物等毒物抵抗力较弱，高温下易老化中毒失去催化活性。因此，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。 柴油催化器主要由三部分组成，分别是柴油氧化催化剂（DOC）、颗粒捕捉器（DPF）和选择性催化还原器（SCR）。柴油氧化催化剂能够将排气中的有害物质如CO、HC以及部分NOx进行催化氧化反应，转化为无害的CO₂、N₂、H2O等，其中铂族金属总负载量（单车排放控制系统中使用数量）通常在0.53～1.41克/升之间，铂和钯的负载量比例约为4:1。而颗粒捕捉器主要负责捕捉柴油发动机尾气中的碳烟颗粒，减少PM排放，铂族金属总负载量则在0.06～0.13克/升之间，其中铂和钯的比例通常为3:1。至于选择性催化还原器，它利用尿素溶液作为还原剂，在催化剂的作用下将尾气中的NOx还原成无害的氮气和水，其工作原理是氨气在SCR催化剂的作用下与NOx发生化学反应，生成N₂和H₂O，通常不使用铂族金属作为活性成分。据统计，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4:11，即柴油车单车用铂约为6g，单车用钯1.5g。 图3：柴油车尾气催化器 资料来源：卡车网，国泰君安期货研究 三元催化器是汽油车辆中应用较为广泛的关键尾气净化组件，其核心作用在于同时催化转化尾气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物以及氮氧化物（NOx）。钯作为一种活性极高的催化剂，尤其擅长促进氢和氧之间的化学反应。铂在催化转化器中的主要任务是氧化CO和碳氢化合物。而为了满足三元催化器将NOx还原成氮以及氧化CO和碳氢化合物的双重需求，除了铂或钯之外，通常还会加入铑。Euro5/6标准的三元催化剂中，铂、钯、铑的负载量比例约为0.1/0.7/0.1g/L2，意味着汽油车的三元催化剂中钯金用量更高。一般来说，汽油车尾气催化器体积为2L，因此汽油车的铂族金属单车用量约为1.8g，其中钯金用量约为1.4g，铂金用量约为0.2g。 1资料来源：FranciscoPosada,AaronIsenstadt,HuzeifaBadshah，”ESTIMATEDCOSTOFDIESELEMISSIONS-CONTROLTECHNOLOGYTOMEETFUTURECALIFORNIALOWNOXSTANDARDSIN2024AND2027”。 2资料来源：Pierre-LouisRagon,FelipeRodrjguez，”EstimatedcostofdieselemissionscontroltechnologytomeetfutureEuroVIIstandards”。 图4：汽油车尾气催化器——三元催化器 资料来源：庄信万丰，国泰君安期货研究 至于混动车，分为汽油混动和插电式混动。轻混车（mHEV）和混动车（HEV）只能通过燃油发动机和制动能量回收来充电，无法外接电源充电，而插电混动车（PHEV）除了可以通过燃油发动机和制动能量回收充电外，还可以通过外部电源进行充电，使用电池储存电能。这几类混动车中的铂族金属负载量通常与燃料发动机类型有关，具体用量取决于发动机尺寸：当燃油类型为柴油时，铂钯比例为4:1；当燃油类型为汽油时，铂钯比例为1:7。具体介绍如表1所示。 而纯电动车（EV）在运行过程中不依赖燃油机，不会产生有害气体排放，故铂族金属并不应用在纯电动车的尾气催化器中。 表1：混动车中铂族金属含量 资料来源：CME，国泰君安期货研究 1.2环保政策趋严叠加汽车产业蓬勃发展，汽车催化剂中对铂族金属的需求增大 汽车尾气含有多种有害成分，这些成分不仅污染环境，还对人类健康造成严重影响，并加剧气候变化。 为了应对这一环境问题，各国纷纷出台环保政策，旨在减少尾气排放、推动可再生能源的使用，并加强相关监管。我国长期以来一直对标欧盟的排放标准，例如，“欧一”排放标准自1993年开始实施，而我国则从 2001年7月起执行了相应的“国一”标准。随着时间的推移，我国的排放标准也在不断更新，目前正在执行的是“国六B”标准。以欧洲与中国的环保政策限制有害气体排放为例（表2），可以看出随着环保政策更新强化，允许排放有害气体量越来越少，对有害气体排放限制呈现出愈发严格的状态。 为了达到这些新的排放标准，汽车制造商需要增加车辆尾气处理系统中的铂族金属载量，以提高催化效率，减少有害物质的排放。以我国轻型汽车为例，2003年实行“国一”标准时，单车铂族金属负载量仅为1.1克左右，而2019年“国六”标准开始在全国范围内推行，在此标准下单车铂族金属负载量已达到 3.9克左右。 图5：各国环保政策变化表2：环保政策对有害气体要求趋于严格 资料来源：SFA，国泰君安期货研究资料来源：SFA、ICCT，国泰君安期货研究 图6：中国排放标准严格，单车载铂量的需求变化 资料来源：SFA，国泰君安期货研究 不仅严格的环保政策促进了铂族金属需求量的显著提升，经济的快速增长及其催生的汽车行业扩张同 样是铂族金属需求激增的重要驱动力。以中国轻型汽车市场为典型，2006年至2023年间，轻型汽车产量从600万辆跃升至约2900万辆，全球汽车总产量则由6565万辆增长至8901万辆。与此同时，钯作为汽 车催化器中的核心材料，其需求量在这段时期内从4015千盎司激增至8745千盎司，增长率高达约118%，年复合增速约在4.7%。 尽管全球正加速推进新能源汽车的普及，但受限于部分国家优惠政策的减少、基础设施建设的滞后以及消费者对纯电动车接受度的渐进增长，新能源汽车的销量增速有所放缓。在此背景下，混合动力车凭借其融合纯电动车与燃油车双重优势的特性，其市场份额持续扩大，至2023年，插电式混合动力车和混合动力车合计已占据全球汽车销量的10.1%。而由于混合动力车的尾气催化器在铂钯用量上与传统燃油车相仿，这一趋势在一定程度上抵消了燃油车市场份额下滑（2023年降至78.3%）对铂族金属需求的负面影响。因此，综合考虑汽车行业的持续繁荣以及混合动力车对传统燃油车市场份额的有效补充，展望未来在中期的时间范畴内，尾气催化器领域对铂钯的需求或将继续保持稳定增长态势。 图6：排放标准严格和汽车产量增加对铂族金属需求量增大 图7：纯电动汽车发展迅速，2023年已占全球销量 11.5%，但燃油汽车仍为市场主流（2023年占78.3%） 万辆 资料来源：SFA，国泰君安期货研究资料来源：中国汽车流通协会，国泰君安期货研究 2.铂钯替代分析：历史上共有三轮替代潮，往后看替代动能减弱 2.1回顾铂钯替代潮：经济效益驱动铂钯替代 相似的电子结构与物理性能，使得铂钯在化学反应中表现出类似的催化活性。且因供需紧张、价格波动及技术进步，铂钯替代现象时有发生，在影响催化器应用成本的同时，也反向扰动着铂钯市场的需求格局。回溯铂钯价格比的显著变化，大体可分为三个具有节点意义的阶段：分别为1999-2002年、2006-2012年、2016年至今。 阶段一：1999～2002年铂钯价格比走低驱动首次铂金对钯金的替代潮。 在这个阶段中，钯金价格在2000年不断攀高，价格涨至1100美元/盎司，铂钯价格比不断走低激发第一轮铂替代钯。1990年代钯金可以独立承担尾气净化的重任，而且钯的价格约为铂价格的20%-25%，即使实现同等效果使用量需为铂的二倍，但成本比用铂节省了50%-60%，故钯独立用作汽油车催化剂的经济效益显著。 然而，2000年俄罗斯联邦国库（Gokhran）减少了政府储备的出售、市场上钯租赁利率急升（短期利率已由正常水平的约3%上升到7%~10%）以及钯出口受限预期（以Norilsk公司1998年获得的一项10年 期钯出口配额为例，自主权被普京政府和财政部长Rudakov取消）3，使全球钯金供应受到挑战。而与此同时，钯金在汽车催化器领域需求正处于高位，2000年全球需求达到5640千盎司，供需错配