深入研究燃料电池汽车产业链！政策就是风帆

根据我们了解到的数据，全球燃料电池销量每年可能不到一辆，其中丰田和现代途胜占比最大。

整体市场规模仍然较小。

日本研究公司富士经济预测，燃料电池汽车每年全球市场规模将超过1万-1万辆，总价值4.75万亿日元。

全球每年市场规模约为11亿日元，增长潜力巨大。

那么，目前制约行业发展的主要因素有哪些？解决哪些问题后，燃料电池汽车保有量会增加？经过研究，我们认为燃料电池系统价格高、氢气储运困难、加氢站等基础设施不完善、燃料电池企业研发投入大、产业化周期长等都是阻碍发展的不利因素行业的。

不过，这些不利因素正在逐渐发生良好的变化。

1、成本高一直是制约燃料电池汽车发展的最重要原因。

影响燃料电池汽车发展的最大因素是成本高。

使用昂贵的质子交换膜、作为催化剂的贵金属铂以及石墨双极板的成本昂贵。

加工成本等因素导致质子交换膜燃料电池的成本大约是汽油机和柴油机成本的10-20倍。

因此，在所有商业化生产的燃料电池汽车中，最便宜的是丰田的Mirai，在日本售价为1万日元。

加上日本政府补贴后，相当于1万日元，相当于人民币30万元左右。

与传统燃油客车相比，价格还是比较高的。

从氢燃料电池汽车动力系统的成本结构来看，占比最大的是燃料电池系统，约占总成本的三分之二，还有储氢系统等配件。

降低燃料电池系统的成本，首要问题是降低燃料电池的成本。

目前燃料电池堆的成本为美元/千瓦。

如果未来要实现商业化并与内燃机汽车竞争，燃料电池的成本必须降至50美元/千瓦。

降低燃料电池系统核心部件成本、快速扩大销量是大幅降低燃料电池汽车总成本的主要途径。

燃料电池堆中最重要、成本最大的部件是质子交换膜、电极（催化剂和扩散膜）和双极板。

1、质子交换膜是燃料电池的核心，也是成本占比最大的部件。

目前国内企业主要从美国杜邦公司采购。

每平方米质子交换膜的成本约为美元或更多。

一般来说，每辆氢燃料电池汽车需要20平方米以上。

，整车光学质子交换膜的成本为5万元。

以丰田最新Mirai燃料电池车30万元的售价计算，光学质子交换膜占整车成本的15%以上。

2、铂催化剂成本较高，减少使用或寻求替代品已成为当前重要的研究课题。

催化剂是电化学反应的关键成分。

目前，质子交换膜燃料电池阴极和阳极的有效催化剂仍然是铂和铂碳颗粒。

主要是铂贵金属催化剂用量大、质子交换膜成本高是燃料电池成本高的重要原因。

丰田氢燃料SUV车型2018年每辆车使用铂金1000克，未来预计将减少至30克左右。

据GFMS称，每年铂金平均价格达到每盎司1000美元，相当于每辆车的燃料电池系统仅使用铂金。

催化剂的成本在2万多元，占目前燃料电池汽车整车成本的6%以上。

如果整车催化剂的使用量真的可以减少到丰田所期望的30克，相应的成本可以减少到多万元。

为了减少铂金的使用量，各大公司不断进行研究。

近几十年来，膜电极上铂催化剂的负载量已从10mg/cm2下降到0.02mg/cm2，减少了近100%。

例如，美国能源部燃料电池技术办公室FCTO用新型d-PtNi催化剂取代了NSTFPtCoMn催化剂，使燃料电池系统的价格降低了1.85美元/kW；丰田致力于通过改进铂材料的涂层技术来减少铂催化剂的使用。

数量。

如果未来能够大幅减少贵金属催化剂的负载量或者用其他成本更低的催化剂替代，燃料电池系统扩容的机会也将大大增加。

质子交换膜的大规模应用以及其他燃料电池部件的优化将为燃料电池系统带来更大的成本降低空间。

3、表面改性多层涂层结构金属双极板将极大优化涂层成本。

双极板是运输和分配燃料的重要部件。

过去，石墨主要用于制造双极板。

具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性。

但石墨的脆性使得加工困难，因此加工成本很高。

另外，厚度很难降低，因此综合成本较高。

高的。

近两年，不锈钢、铝、钛、镍等材料的金属板具有强度高、加工性能好、导电导热性强、成本低等优点，已开始取代石墨双极板在某些领域。

然而，金属板在高温和酸性环境下容易发生腐蚀，因此主流的做法是在金属双极板表面涂覆金属保护层。

我们认为表面改性多层涂层结构金属双极板有更大的发展空间，也可以解决石墨双极板成本高的问题。

例如，瑞典公司Impact Coatings推出了Ceramic MaxPhase陶瓷涂层，应用于不锈钢板以防止腐蚀。

该技术在节省成本方面具有显着优势，可将燃料电池的涂层成本降低至每千瓦5美元。

，并有望提前达到美国能源部每千瓦1美元的目标。

4、规模化生产还将降低燃料电池系统的价格。

规模化生产也将大幅降低燃料电池的成本。

因此，成本降低和销量增加是相辅相成的。

根据美国能源部燃料电池技术办公室（FCTO）的研究，生产质子交换膜燃料电池系统时，燃料电池堆成本为$/kW，而生产0 PEM燃料电池时燃料电池系统成本为$/kW。

系统。

当使用膜燃料电池时，燃料电池堆的成本大幅下降至61美元/kW，燃料电池系统的成本也大幅下降至US$/kW。

以丰田 Mirai 为例。

其燃料电池系统的输出功率为kW。

如果每年生产一辆燃料电池汽车，每辆车的燃料电池系统价格为24,000美元。

如果生产0辆燃料电池汽车，每辆汽车的燃料电池系统将花费24,000美元。

系统价格仅为12,000美元。

总之，通过优化构成主要成本的质子交换膜、催化剂、双机板等关键零部件的成本，加快推进规模化生产，可以显着降低燃料电池汽车的成本。

以丰田为例。

Mirai是一款于2019年12月15日推出的燃料电池汽车，在日本的售价约为1万日元。

享受政府补贴后是1万日元，折合人民币约29.85万元。

已达到初期市场推广上限。

根据。

2、燃料电池汽车产业配套更加完善。

目前，氢气生产和运输成本较高，以及加氢站等基础设施不完善，制约了燃料电池汽车的发展。

与传统观念不同的是，我们对用户的常规加油费用进行了细分，计算出氢气并不比汽油车贵。

根据日本石油此前公布的日元/公斤液化氢价格，丰田Mirai的氢罐一次可加注5公斤氢气。

一次加满氢罐需要花费日元，按现行汇率相当于人民币。

按续航里程计算，每公里花费不到50美分。

传统2.0T汽油车每公里费用约为7-8分钱。

也就是说，目前用户每天的加氢成本仍会低于加油成本。

如果未来制氢成本进一步下降，燃料电池汽车给用户带来的边际成本改善将更加明显，行业发展有机会加速。

1、工业制氢已部分解决，生物质、太阳能制氢值得期待。

氢在自然界中主要以化合物的形式存在，如水、天然气、石油等。

目前，约95%的氢气来自石化工业。

制备工业氢气的方法有很多种。

目前，通过天然气转化或石化等工业活动的氢分离副产品生产氢气具有成本效益。

短期来看，制氢主要依靠水电解和天然气、甲醇、煤炭等燃料。

(1)以天然气、石油、甲醇为原料裂解制氢是当今制氢最重要的方法。

目前，美国大部分氢气是通过大规模转化天然气生产的，这是目前最经济、最环保的制氢方式。

(2)氢气可以作为工业过程中的副产品来生产和分离，例如合成氨、合成甲醇和石油精炼的生产。

(3)水电解制氢是目前应用最广泛、最成熟的方法之一。

然而，电解水制氢的能耗仍然较高。

一般每立方米氢气的耗电量约为4.5-5度。

因此，该方法一般不用于工业制氢。

中期来看，制氢技术主要基于生物质制氢等可再生资源。

生物质资源丰富，是重要的可再生能源。

生物质可通过气化和微生物来生产氢气。

目前，转换技术仍在测试中。

从长远来看，基于太阳能的零排放制氢技术将成为可能。

目前这项技术的转化率还比较低，但已经被日本厂商作为太阳能加氢站作为临时和补充。

存在加氢方法。

2019年12月25日，本田技研工业在和光总部大楼内安装的SHS加氢站正式投入使用。

SHS加氢站以本田自主研发的高压水电解系统PowerCreator为核心，利用太阳能发电进行运行。

无排放氢气生产。

2、氢气运输不存在明显困难。

目前，氢气运输方式包括低温液体罐车、天然气管道拖车、铁路和驳船。

氢长期以来在工业上得到广泛应用。

加氢站的氢气运输类似于工业应用中的点对点运输。

因此，传统的氢运输方式可以广泛应用于燃料电池汽车行业。

3、加氢站少、用户加氢难的问题将逐步改善（1）类似加油站的加氢站建设需要政府推动——欧洲、美国、日本和韩国政府正在加大力度建设加氢站，年底投入使用。

全球加氢站总数已达1座，并计划建设更多。

加氢站建设正逐步走向网络化加氢站。

近两年，加氢站建设速度加快。

以德国为例，德国计划到2020年将加氢站数量增加到2万个。

这意味着德国将成为第一个拥有基础加氢站网络的国家。

届时，加氢站将分布在德国整条高速公路沿线。

网络中，至少每90公里就有一个加氢站，每个都市区至少有10个加氢站。

2019年，共有6家工业合作伙伴加入“氢能出行倡议”，并同意在德国投资总计3.5亿欧元，建设全国性网络。

美国也在推动加氢站建设。

2020年8月，加州众议院通过第8号法案，规定加州政府每年将拨款总计2亿美元，建设不少于100个公共加氢站。

该法案还规定，加氢站的氢气来源还必须是可再生能源，如地热能、水力发电、波浪能、海洋热能、潮汐能、太阳能、风能、生物质能、城市固体废物、垃圾填埋场转化的气体目前，加州有十个公共加氢站。

此外，加州还有48座加氢站正在建设中。

加拿大巴拉德等燃料电池厂商尚未融入下游燃料电池汽车领域。

这就导致了燃油电动汽车这几年一直处于比较边缘化的状态，行业内没有得到太多的声音。

但由于对传统化石燃料储量和温室效应的担忧，以及传统汽车厂商尝试用新车型、新能源反超锂电池汽车，氢+燃料电池的呼声开始高涨，新的阵营逐渐形成。

1、对传统化石燃料储量和温室效应的担忧导致氢+燃料电池应用渗透率上升。

传统汽车是石油消耗大户，内燃机的能效转化率较低。

随着世界能源紧缺，石油供需缺口加大，石油供需缺口将会被放大。

令人担忧的是，汽车行业正在开始发生变化。

数据显示，以目前化石燃料的消耗量和储量计算，石油只能消耗45-50年，天然气只能消耗50-60年，煤炭只能消耗50年。

因此，欧洲、美国和日本正在积极寻找可再生能源来替代化石燃料。

氢是最丰富的可再生能源之一。

传统汽车的大量使用，加剧了汽车尾气的排放，是造成全球温室效应的重要原因之一。

目前，全球汽车保有量已超过10亿辆。

预计2018年全球汽车保有量将进一步大幅增加，二氧化碳等温室气体排放量上升引发担忧。

正如我们之前提到的，2018年12月，联合国气候变化大会在丹麦哥本哈根举行。

通过与会各方的努力，全球主要温室气体排放国均实现了减排目标。

减少化石燃料的燃烧已成为减少排放的重要途径，而燃料电池可以将燃烧转化为电化学反应，提高能源效率转化率，减少二氧化碳或其他废气的排放。

氢能+燃料电池将带来清洁能源革命。

氢能被认为是21世纪以来最具发展潜力的清洁能源。

人类多年前就对氢能的应用产生了兴趣。

20世纪70年代以来，世界许多国家和地区对氢能进行了广泛的研究。

氢是一种二次可再生能源，可以由水产生，并且不产生碳排放。

此外，水是地球上最丰富的资源。

数据显示，如果将海水中的氢全部提取出来，产生的总热量将是地球上所有化石燃料释放的热量的两倍。

储量惊人且取之不尽用之不竭。

因此不少专家认为氢可能形成水氢转化的良性循环，可持续发展。

随着国际气候开始恶化，生产生活各方面对石油石化能源的依赖程度越来越高，人们对氢能越来越感兴趣。

2、传统汽车厂商尝试依靠燃料电池实现弯道超车。

2016年特斯拉全新电动汽车系列首款电动跑车“Model S”正式交付，再次引发新能源汽车热潮。

各大汽车厂商纷纷推出新能源汽车。

此外，许多国家也大力出台各种支持政策来促进新能源汽车的发展。

以特斯拉为首的锂电池纯电动汽车已进入快速发展期。

包括特斯拉、中国比亚迪、吉利等厂商均涉足锂电池汽车领域。

该领域进行了高度垂直整合的布局，苹果、乐视等互联网和消费电子行业的新厂商也基于对消费电子的理解，在做锂电池汽车。

该行业正在蓬勃发展。

在此过程中，欧美日传统汽车厂商相对措手不及。

为了实现锂电池汽车行业的弯道超车，燃料电池技术路线开始受到关注。

尤其是近年来，锂动力电池汽车保有量持续增长的同时，也逐渐开始面临矿产资源瓶颈、回收困难、可能造成污染等问题。

与之相伴随的是燃料电池技术的快速提升，氢能储存和加氢站建设的完善以及燃料电池整体成本的快速下降等各种有利于燃料电池汽车发展的条件正在逐步显现。

地方。

有专家认为，燃料电池汽车将是汽车工业的最终目标。

我们看到传统汽车厂商可能希望通过燃料电池汽车来挑战锂电池汽车厂商。

燃料电池汽车与锂电池汽车之战将是大势所趋引发的动力对抗，而不再是价格、性能等因素所能包含的因素。

无论哪一方获胜，我们都将在未来很长一段时间内看到各种技术路线齐头并进。

4、燃料电池产业化周期长，不能依赖民间投资。

政策必须放在第一位。

我们研究了目前市场上的几家燃料电池厂商，结合对国内外非上市燃料电池厂商数据的研究，找到了几个有趣的数据作为参考（由于数据不全面，仅代表我们的一些观点）。

1、与其他技术路线和应用领域相比，车用质子交换膜燃料电池厂商近一两年营收增速加快，这也证明燃料汽车行业正在发生一些微妙而好的变化，燃料电池已经开始做出反应。

制造商带来显着的销售增长。

2、燃料电池及核心零部件工厂一般需要数千万至数亿美元的基本运营费用。

由于燃料电池行业涉及材料、电化学反应、系统级应用等各种基础和关键研究，大多数燃料电池制造商在基础研发上投入很大，每年至少数百万美元。

3、销售额在40至5000万美元以上的燃料电池厂商基本可以覆盖成本。

燃料电池行业规模效应非常明显。

小厂家一般需要承受较长的研发投入和营销周期。

4、由于上述原因，燃料电池是一个壁垒高、产业化周期长、对基础研究要求高的“硬坚果”。

因此，近两三年民间投资燃料电池行业的热情有所下降。

我们认为，作为未来可能带来清洁能源变革的重要产业之一，在燃料电池和燃料电池汽车领域，政策必须先行。

1. 近年来全球燃料电池私人投资有所下降。

近年来，全球燃料电池投资有所下降。

根据DOE从VC、PE、OTC、PIPE等各类投资案例获得的数据，全球燃料电池历年投资总额为7.36亿美元，而历年投资总额为10.39亿美元。

8.54亿美元，其中，历年是燃料电池投资的高峰期。

燃料电池领域投资规模最大的前五名VC/PE投资分别为6万美元、5万美元、1万美元、1万美元和30万美元，合计1.2亿美元。

其中，燃料电池行业最大一笔投资由新加坡国家投资公司完成，该公司向香港质子交换膜燃料电池系统制造商智能控股投资6万美元。

一些投资的数据无法获得。

例如，DAG Ventures LLC 投资了 Oorja Fuel Cells。

但我们看到，由于燃料电池产业周期较长，民间投资意愿并不明确，尤其是分布式发电等领域。

制造商主要依靠政府补贴。

2、乘用车燃料电池厂商融资有改善迹象。

近年来，针对乘用车市场和小型工业移动电源市场的燃料电池制造商的融资有改善的迹象。

例如，丰田、本田的燃料电池车型销量超出预期。

Phystech Ventures 和 North Energy Ventures 此前投资了俄罗斯质子交换膜燃料电池公司 ATEnergy，帮助该公司开发用于无人机和通信基站的备用电源燃料电池系统。

或许重要的原因是这些应用能够得到政府和厂商的多方位支持，而且产业化周期相对较短。

此外，燃料电池系统成本加速下降、规模效应逐渐显现也是重要原因。

3、上市或增发融资是解决燃料电池厂商巨额投资的重要途径。

为了支持巨额的产品研发和商业推广，燃料电池厂商也在不断寻求上市、增发融资。

2017年，Fuel Cell Energy、PlugPower、Ceramic Fuel Cells Ltd.、Hydrogenics Corporation、SFC Energy、AFC Energy等公司均筹集了资金，Intelligent Energy、my FC Holding、PowerCell Scotland AB等公司也在伦敦和伦敦筹集了资金。

分别是纳斯达克。

g列出。

4、日本燃料电池产业发展的启示 日本是世界上发展燃料电池特别是燃料电池汽车最积极的国家，也是该领域推广最成功的国家。

除了高度重视环保之外，我们认为还有自身石化燃料等资源储备不足等原因。

30年来，以经济产业省为代表的日本政府投入数千亿日元用于燃料电池汽车和氢能源的基础科学研究、技术研究以及示范推广。

日本政府对燃料电池行业持续的补贴、免税以及各种研发投入和产业支持，使其在氢燃料电池领域具有一定的垄断地位。

除了雄厚的技术储备外，手中还拥有大量专利，实力雄厚，领先厂商丰田、本田等。

燃料电池是最环保的清洁能源，也是可再生能源中唯一能够实现可持续发展的技术路线。

可在工业上用作汽车的动力源。

无论是基于环境考虑还是对未来化石燃料危机的担忧，燃料电池产业的发展都具有重要意义，燃料电池汽车也将成为锂电池汽车的有效补充。

日本燃料电池领域发展路径的启示是，对于燃料电池来说，必须先有政策，产业才能跟上。

我国从2017年《规划重大电动汽车工程》项目中确定的三纵三横战略包括燃料电池汽车； 《中国制造》规划纲要发布，明确未来国家将继续支持燃料电池汽车发展；年底，科技部“十三五”新能源汽车重点专项布局再次提到燃料电池动力系统；近日，国家发改委、国家能源局在系统内印发《能源技术革命创新行动计划（年）》，同时还发布《能源技术革命重点创新行动路线图》，提出氢能、燃料电池技术创新等15项重点创新任务。

战略方向包括氢气生产/储运及加氢站、先进燃料电池、燃料电池分布式发电等。

明确了重点任务、创新目标和创新行动。

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或许，该政策将掀起燃料电池及燃料电池汽车产业的一波发展热潮。

尽管行业保持不变并等待变化，但我们期待看到更多变化。