最近氫能主線強(qiáng)勢,一是國際氫能大會,二是產(chǎn)業(yè)進(jìn)程加速,首條完全自主的氫燃料電池核心部件生產(chǎn)線投產(chǎn)。
氫燃料電池車被視為新能源汽車的下一個風(fēng)口。質(zhì)子交換膜作為氫燃料電池核心部件,其質(zhì)量好壞直接影響電池的使用壽命。從價值量看,氫能源燃料電池中成本占比最高的自然是燃料電池電堆,其次是儲氣瓶,而在燃料電池堆中,有個關(guān)鍵材料,那就是質(zhì)子交換膜,且成本占到了28%,從整體看,質(zhì)子交換膜成本約占燃料電池總成本的4.08%,幾乎決定了燃料電池的成本。
一、PEM產(chǎn)業(yè)鏈
質(zhì)子交換膜上游主要包括基礎(chǔ)材料和過程材料兩個部分:基礎(chǔ)材料即螢石,利用上游原材料制備可用于后續(xù)加工的各類全氟、非全氟以及特種樹脂。 下游應(yīng)用方面,質(zhì)子交換膜可廣泛應(yīng)用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。
二、市場測算
質(zhì)子交換膜可廣泛應(yīng)用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。PEM燃料電池及電解水發(fā)展迅速,國內(nèi)外市場都呈現(xiàn)出較快的需求增長和廣闊的發(fā)展前景。從2011年到2019年,PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進(jìn)一步提升至82.7%,可見,全球PEM燃料電池出貨量高速增長。依據(jù)中國氫能聯(lián)盟對未來燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測以及美國能源部披露的成本結(jié)構(gòu),綜合測算,燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜帶來的市場增量將持續(xù)增長,到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億,非??捎^。
三、技術(shù)比較
從制氫技術(shù)路徑看,未來主流是電解水制氫,也就是綠氫。
灰氫(化石能源制氫):
煤炭的話:按500元一噸煤價,一標(biāo)方氫氣大約0.8--1元。
天然氣的話按3元一方,一標(biāo)方成本1.5--2元
甲醇的話按3000一噸,一標(biāo)方成本2--2.5元
綠氫(電解水制氫):電需要是綠電(光伏,水利等),成本和電價是掛鉤的。一標(biāo)方氫氣是耗電5度電。按電網(wǎng)的電,0.6元一度。則一標(biāo)方氫氣和3元成本。光伏發(fā)電的話,在三北地區(qū),成本0.2--0.25元,按0.3元計算。成本是1.5元。光伏發(fā)電成本下降,導(dǎo)致綠氫具有性價比。電的成本能占到70--90%。
藍(lán)氫:暫時沒有很準(zhǔn)確的成本。成本就是在灰氫的成本上加上二氧化碳的捕捉的成本。
現(xiàn)在一般是利用堿性電解水制氫,利用晚間谷電制氫。綜合成本1.6左右。
單看電解水制氫。
在技術(shù)層面,電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水制氫(PEM)、固體氧化物電解水制氫(SOE)和陰離子交換膜電解水制氫(AEM)。其中,堿性電解水技術(shù)最為成熟,造價成本也較低;但是與可再生能源適配性較差。
其中,堿性電解水技術(shù)最為成熟,但無法快速調(diào)節(jié)制氫速度,與可再生能源適配性較差。
固體氧化物電解水制氫(SOE)采用固體氧化物為電解質(zhì)材料,適合在高溫環(huán)境下運(yùn)作,能效更高,但處于初期示范階段。
陰離子交換膜電解水制氫(AEM)以陰離子交換膜作為電解質(zhì)隔膜,目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。
PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢。無污染、無腐蝕;擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性,提升電解效率;同時有更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動時間,與水電、風(fēng)電、光伏(發(fā)電的波動性和隨機(jī)性較大)具有良好的匹配性,最適合未來能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展
四、市場格局
國外企業(yè)占PEM市場主導(dǎo)地位,國內(nèi)企業(yè)進(jìn)口替代空間巨大 質(zhì)子交換膜由于制備工藝復(fù)雜、技術(shù)要求高,長期被杜邦、戈爾、旭硝子等美國和日本少數(shù)廠家壟斷。據(jù)高工氫電統(tǒng)計,國內(nèi)生產(chǎn)的膜電極目前多數(shù)使用戈爾的增強(qiáng)復(fù)合膜,市占率在90%以上。目前,國內(nèi)東岳、科潤等企業(yè)也積極布局,東岳150萬平米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程已投產(chǎn),科潤100萬平米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目也已開工。
另外,去年7月,國家電投氫能公司在武漢經(jīng)開區(qū)注冊成立武漢綠動氫能能源技術(shù)有限公司,啟動建設(shè)“國家電投華中氫能產(chǎn)業(yè)基地和研發(fā)中心”。該項(xiàng)目投資70億元,重點(diǎn)開展燃料電池核心部件產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn),包括質(zhì)子交換膜、膜電極、碳紙、電堆及燃料電池系統(tǒng),同時進(jìn)行電解水制氫關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。此次投產(chǎn)的30萬平方米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線,可生產(chǎn)厚度從8微米到20微米的質(zhì)子交換膜,產(chǎn)品在質(zhì)子電導(dǎo)率、氣體滲透率、機(jī)械強(qiáng)度等方面均相當(dāng)或優(yōu)于國內(nèi)外同類競品 ,但價格只有國外同類產(chǎn)品的一半。
五、市場主要標(biāo)的