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氢燃料电池车亟待市场化,质子交换膜产业如何发展?

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6月5日,30辆氢燃料电池公交车在张家口投入运行,而此前的冬奥会中,已有710辆氢燃料电池车在张家口赛区负责交通保障工作。无疑,氢燃料电池车在逐步进入现代生活。放眼世界,随着碳中和逐渐成为共识,氢燃料电池车市场化进程也在不断加快,据预测,到2025年氢燃料电池市场规模将会有90.25亿美元。

那么,实现市场化,首先要从哪里入手呢?

从一辆氢能源车的成本来看,电池系统占比40%,是氢燃料电池车的核心,而按照电解质分类,氢燃料电池被称为PEMFC(质子交换膜燃料电池),可见其核心是PEM(质子交换膜)。然而,PEM的生产难度大,成本高,严重制约了氢燃料电池生产成本的降低。换句话说,要想实现氢燃料电池车的市场化,关键就在于PEM的规模化生产。

01PEM市场集中,中国企业加速打破垄断

目前,全氟磺酸型PEM是用于氢燃料电池的主流。这类膜的质子传导性强,稳定性好,能够有效提高电池效率。然而,出于技术和研发成本需求,世界上仅有少数几个公司能够大规模生产这类产品,市场被海外企业长期垄断。当前,科慕(CC.US)的Nafion?膜和Gore的SELECT?膜在燃料电池用PEM市场的占有率最高,而3M(MMM.US)、索尔维等公司也都是主要供应商。

我国在PEM领域起步较晚,但在政策助推下研发进度快,截至目前,已有部分企业能够批量生产商用燃料电池PEM,初步具备国产化能力。其中,东岳集团(00189.HK)拥有比较完备的全氟磺酸型PEM产业链,是我国最大的PEM生产商。

2020年,东岳集团年产150万平方米的PEM项目正式投产,其中燃料电池用PEM就达到50万平方米,成功实现量产。虽然其研发生产的PEM与国际先进水准有一定差距,但总体而言差距并不算大,十分具有发展潜力,若能进一步缩短差距提高产量,则可有力推动氢燃料电池车在我国的规模化生产。

02传统PEM需转型,新方向发展空间大

当下,由于主流的全氟磺酸型PEM生产成本高、单体合成难度大且在温度升高时质子传导性变差,在降本和提升性能的需求下,PEM生产商正向部分氟化PEM、无氟PEM以及复合PEM等新方向进行研究。

目前开发使用的无氟PEM主要以磺化芳香聚合物为材料,这类PEM的稳定性高、价格低廉并且加工难度小,但使用寿命短,无法满足PEMVC需求,若是能够开发出具有这类特征但寿命更长的材料,那么PEM生产成本将会大大下降。

部分氟化PEM领域以巴拉德(BLDP.US)的BAM3G膜为代表,其热稳定性显著提升,价格也相对更低,制备难度依然较高。

复合PEM领域则已经有Gore的SELECT膜,这类膜的尺寸稳定性有较大的改善,且由于全氟树脂用量减少,原材料成本降低。

从长远看,三种新方向都能够有效改善产品性能、降低生产成本,但同样的,也都仍需要有进一步的研究。

出于研发经验的不足,我国在传统PEM的生产上很难具备超过海外垄断企业的技术优势,也难以形成竞争优势。要提高我国PEM产品的市场占有率,应在加快全氟磺酸PEM技术突破的同时也加大对新型PEM的研究投资力度,争取抢先占据市场。此前,万润股份(002643.SZ)已表示正积极推进“无氟高稳定支状多元嵌段式燃料电池质子膜材料”项目,有望开辟中国无氟PEM市场。

03下游需求增长,政策助推PEM国产化

自“双碳”目标提出后,我国多个车企都在加快对氢燃料电池车的探索和布局。长城汽车(02333.SZ)战略顾问刘坤表示,2021年至2023年是企业布局氢燃料电池车的战略时机。而下游市场的活跃也推动PEM需求的增长,据中信证券预测,2025年我国燃料电池汽车总数将达到10万辆,车用PEM总用量约180万平方米,市场空间可达18亿人民币。

如此旺盛的市场需求让各PEM头部企业开始瞄准我国市场,近年来已有多个厂商在我国投资建厂,同时积极与我国企业合作,力图凭借技术优势抓住发展机遇。不过,对于我国本土PEM企业来说,尽管面对的竞争者是有丰富研发经验的外国厂商,我国本土企业在政策支持下也仍能发挥本土优势。

今年3月国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》,对氢燃料电池产业做出部署,其中明确指出要为氢能相关产业提供财政金融支持,加快推进PEMVC技术创新。长期来看,在政策的大力支持下,随着PEM技术的突破,本土产品的国内市场占有率将会大幅提高,我国燃料电池用PEM的巨大需求缺口最后也将逐渐转为由本土企业补齐。

04总结

总的来说,作为氢燃料电池车商业化的关键,PEM的市场前景可期。目前的中国企业已经在一定程度上打破海外企业对国内PEM市场的垄断,但要进一步扩大占有率还需要寻求新方向的技术突破,而本土需求的扩大和政策的支持也给了中国企业更大的发展空间,中国PEM厂商有望迎来高速成长。

编辑:敬之

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