镁金属行业专题分析:镁基储氢为镁行业提供新机遇

(报告出品方/作者:首创证券,吴轩、刘崇娜)
1 氢能发展不断提速 拉动储氢材料广阔市场
1.1 氢能:双碳目标的重要载体
氢能是一种清洁零碳、灵活高效、来源丰富的二次能源,对环境保护、节能减排具 有重要意义。一方面,由于风、光等可再生能源的波动性导致其难以直接并网大规模利 用,而氢能可以帮助可再生能源大规模消纳,实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储 能。由可再生能源制取氢气,氢气再转化为终端能源,有利于促进可再生能源消纳;另 一方面,中国工业和交通业高度依赖传统化石能源,脱碳难度高。推行绿氢替代可促进 绿色化工、绿色交通的发展,助力工业、交通业等碳密集行业实现碳中和。
氢能应用广泛,发展潜力大。第一,氢能是一种理想的清洁能源。不管是直接燃烧 还是在燃料电池中的电化学转化,其产物只有水,且效率高。随着燃料电池技术的不断 完善,以燃料电池为核心的新兴产业将使氢能的清洁利用得到充分发挥,主要表现在氢 燃料电池汽车、分布式发电、氢燃料电池叉车和应急电源产业化初现端倪。第二,氢能 是一种良好的能源载体,具有清洁高效、便于存储和输运的特点。可再生能源,特别是 风能和太阳能在近十年来发展迅猛, 但由于本身的不稳定,导致其电力上网难,出现大 量的弃风、弃光现象,严重制约了它们的发展。将多余电量用于电解制氢,可大规模消 纳风能、太阳能,制得的氢既可作为清洁能源直接利用,还能掺入到天然气中经天然气 管网输运并利用。第三,氢气是化石能源清洁利用的重要原料。成熟的化石能源清洁利 用技术对氢气的需求量巨大,其中包括炼油化工过程中的加氢裂化、加氢精制以及煤清 洁利用过程中的煤制气加氢气化、煤制油直接液化等工艺过程,推进氢能在这些方面的 应用有望加速氢能的规模化利用。 政策支持+技术突破,我国氢能产业发展迅速。氢能已经成为“十四五”期间重点 产业,国家及各省市陆续出台一系列氢能产业支持政策,已初步形成涵盖宏观综合、行 业管理、科技创新、财税优惠等方面的支持政策体系。随着我国政策的引导以及大批氢 能项目落地实施,氢能技术不断突破,产业体系逐步完善,我国氢能领域的发展已加速 进入产业化阶段。经过多年的工业积累,中国已经是世界最大的制氢国,氢能市场潜力 巨大。
按照制取过程中的碳排放强度,氢气被分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢指由化石燃料 重整制得的氢气,碳排放强度高,技术成熟,适合大规模制氢,成本优势显著,占据目 前全球市场氢源供应的绝大多数。蓝氢包括加装碳捕集与封存(CCS)技术的化石能源 制氢和工业副产氢,在灰氢的基础上碳排放量大幅降低。绿氢即可再生能源制氢及核能 制氢,制氢过程中几乎不产生碳排放,是未来氢气制取的主流方向。但绿氢制取技术目 前成熟度较低,技术成本高,推广应用仍需要时间。
目前,氢能加氢时间长、运输成本高,储氢安全性、稳定性等问题制约了氢能源大 规模商业化。随着氢能源政策大量出台,氢能源产业链加快建设,氢能技术研发也同时 取得进展,但仍有部分技术瓶颈有待突破。 (1) 加氢检测时间长。加氢过程只需几分钟,但加氢前的检查、静电释放等要 10~ 20 min。在不考虑排队的情况下,加一次氢气需近 0.5 h。 (2) 氢能源车价格高,加氢成本也高。氢能源车的生产、研发成本高,导致整车的 售价也高;制氢、运输、运营成本偏高,加氢成本也比传统燃油成本高。 (3) 加氢站建设投资大、手续繁琐。加氢站投资回报周期较长,手续办理不成体系。 (4) 储氢罐面临安全问题。储氢压力高(35MPa 或 70MPa)。氢气在高压高温(30MPa, 300 ℃以上)环境下,产生“氢脆现象”,腐蚀金属,引起裂纹导致储氢罐破裂。
1.2 成本高+密度低是液体储氢和气态储氢的主要缺陷
氢气的储运具有一定难度,但也是保证氢气安全且经济化应用的关键。标准状况下, 氢气的密度约为空气的 1/14,因此其体积能量密度并不占优势。按照美国能源部提出的 商业化储氢密度要求,质量储氢密度需达到 6.5 wt%(存储氢气质量占整个储氢系统的 质量百分比),体积储氢密度达到 62 千克/立方米。此外,氢气分子尺寸小,易泄露,还 可能引起氢脆和氢腐蚀问题,对储存容器要求极高。此外,氢气是易燃易爆气体,其燃 点为 574°C,爆炸极限广至 4%~75%,安全问题极为重要。 储氢技术分为两个方向:物理储氢和化学储氢。物理储氢主要包括常温高压储氢、 低温液化储氢、低温高压储氢和多孔材料吸附储氢;化学储氢主要包括金属氢化物储氢 和有机液体储氢。
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高压气态储氢是目前应用广泛、相对成熟的储氢技术,即通过压力将氢气液化至气 瓶中加以储存,运输成本是气态储氢经济性的制约因素。该技术的优点在于,其充装释 放氢气速度快,技术成熟及成本低。而其缺点在于,一是对储氢压力容器的耐高压要求 较高,商用气瓶设计压力达到 20MPa,一般充压力至 15MPa;二是其体积储氢密度不 高,其体积储氢密度一般在 18~40g/L;三是在氢气压缩过程中能耗较大,且存在氢气泄 漏和容器爆破等安全隐患问题。
低温液态储氢解决了高压气体储氢体积储氢密度低的问题,但其液化过程能耗高, 易挥发,成本高。低温液态储氢将氢气冷却至-253℃,液化储存于低温绝热液氢罐中, 储氢密度可达 70.6kg/m3,体积密度为气态时的 845 倍。其优点是储氢密度高,输送效率 高,体积占比小,安全系数高。但低温液态储氢也存在一系列的问题,如对储氢容器材 料要求高,氢气液化过程成本高、能耗高等,因此不适合广泛使用,但可以作为航空燃 料,并且已在航空领域发挥着巨大的作用。
管道和 LOHC 将主导氢气分配网络。在 5000 公里的距离之内,管道很可能是最具 成本效益的输送方式,但随着距离越来越远,管道的巨大资金成本和缺乏灵活性都在限 制着它。如果氢可以以液体——在极低的温度下,作为氨的组成部分(NH3),或作为其 他液态有机氢载体(LOHC),以同样的储存容量可携带多达 19000 吨,而气态氢在同等 储存容量下,只能携带 13 吨氢气。
1.3 兼具安全性及高效率 固态储氢发展潜力大
在目前的储氢方式中,固态储氢兼具可靠、安全、体积效率高的优点。固体材料在 储氢领域能很好地解决气态储氢、液态储氢的不足,如储氢密度低、安全系数差。固体 材料储氢机理总体上可分为两类,即物理吸附储氢和化学吸收储氢。
配位氢化物储氢材料实际达到的氢容量与理论储氢密度有很大差距,动力学性能差、 可逆储氢容量低是该材料的主要限制因素。起初被认为是一种单向储氢材料,热力学稳 定、动力学缓慢、可逆储氢性能极差,后来研究发现添加 Ti 可以使得 NaAlH4 在中等温 度压力条件下实现吸放氢可逆循环,具有潜在实用价值和应用前景。主要包括:铝氢化 物、硼氢化物、碱金属氨基化物。 固体储氢成为近年来新能源领域研究和发展的热点及难点,镁基储氢被学术界认为 是极具商业价值的储氢技术路线之一。镁基储氢具有储氢容量大、吸放氢可逆性好、成 本低、资源丰富等优点,其的理论储氢量 7.6wt%,体积储氢密度 110kg/m3 ,被认为是极 具应用前景的一类固态储氢材料。但由于其高热力学稳定性和较差的动力学性质,MgH2 只能在高温下(≥300℃)才有优异的吸附氢性能,且放氢循环中,MgH2/Mg 颗粒的团 聚和长大导致循环稳定性差,仍具有相对苛刻的释放场景。
2 固态储氢百花齐放 镁基储氢优势瞩目
2.1 固态储氢材料安全性强 储氢效率高
在目前的储氢方式中,固态储氢系统是最可靠、最安全、最高体积效率的储氢方式。 相比于高压气态储氢和低温液态储氢,固体材料储氢能很好的解决传统储氢技术储氢密 度低和安全系数差的问题。具体来讲,固态储氢可以大幅提高体积储氢密度、在常温常 压安全性好、氢气纯度高、可长距离运输、跨季节安全存储。
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2.1.1 物理吸附类储氢脱附氢能力强 适用场景有限
物理吸附类储氢材料脱附氢能力强,但条件严格。在特定条件下对氢气具有良好、 可逆的热力学吸附、脱附性能,但大多在常温下储氢量低,低温下才能表现出良好的氢 吸附能力,不适合氢能规模化应用。
2.1.2 金属基储氢储氢密度大 安全性强
金属基储氢材料储氢密度大,安全指数高。金属基储氢材料是研究较早的一类固体 储氢材料,制备技术和制备工艺均已成熟。金属基储氢材料储氢性能高,操作安全,过 程清洁无污染。金属储氢种类很多,不同金属在吸放氢过程中反应条件不同,对于反应 条件苛刻的金属,学者们正在通过不同的方式调整其性能,日后反应效率将会得到进一 步提升。
2.1.3 配位氢化物放氢速度缓慢 可逆性差
配位氢化物储氢材料理论储氢密度在现有固态储氢材料中是最高的,但实际储氢密 度与理论差距大,且可逆性差。由于放氢速度缓慢,放氢条件苛刻,配位氢化物起初被 认为是一种单向储氢材料,催化剂的加入使其从单向储氢材料成为有潜在实用价值的储 氢材料。
2.1.4 水合物储氢成本低 储氢密度不足
水合物储氢材料成本低,环境友好,但储氢密度不足。水合物储氢原料是水,充气 和放气过程环境友好可逆,成本低,1m3 水合物可容纳 160~170m3 标准体积气体。这些 特性使得水合物在气体储运方面相较传统气体储运技术有着明显的优势,也因此被视为 一个具有巨大应用潜力的储氢方向。但氢气水合物的相平衡条件极为苛刻,储氢密度不 足,这极大地影响了水合物储氢的商业应用。
2.2 镁基储氢密度高 成本下降空间巨大
镁基储氢是新型储能技术的重要选择,被广泛认为是最具发展潜力的储氢材料。对 于固体储氢材料的实际应用来讲,金属基储氢材料目前是极具有应用优势的。镁基储氢材料作为金属基储氢材料的一种,有着独特的优势。镁基储氢具有性能优势,储氢密度 高,安全性强;技术优势,化学反应简单,研究团队实力雄厚;资源优势,镁资源丰富, 成本低;环境优势,反应过程绿色安全,符合“双碳”目标。因此,镁基储氢材料是综 合性能最为优异的储氢材料。
2.2.1 高储氢密度+高安全性 镁基储氢材料性能优势显著
镁基储氢材料储氢密度高。镁储氢密度是气态氢的 1000 倍、液态氢的 1.5 倍。具体 而言,MgH2 储氢重量密度可达 7.6%,体积储氢密度可达 105kg/m3,同其他类金属储氢 材料相比具有明显优势。
镁基储氢运营成本低。与高压气态储氢和低温液态储氢相比,镁基储氢无需低温或 高压装置,大大降低了运营成本。从原料气开始,到最后的加氢站,考虑过程中每个环 节的设备折旧和能耗,三种储运氢方式在 100、300、500 公里三个运输半径的经济性情 况有较大差异。根据氢储科技测算,三种距离下,镁基固态储氢的单位运营成本均低于 高压气态储氢和低温液态储氢。镁基固态储氢运营成本包括三块,充装设备、固态储氢 车、放气及增压设备的投入折旧和能耗。与高压气氢和液氢不同点在于,原料气没有加 压或液化的过程,镁基储氢最大的成本支出在加氢站放气增压上。
镁基储氢安全性高。氢气从气态变为固态后,氢气可以被储存在镁合金材料里,在 常温常压下进行长距离运输,安全性大幅提高。2023 年 4 月,全国首台镁基固态储运氢 车发布,该辆镁基固态储运氢车,搭载 12 个储氢罐,40 尺大小,可以储存 1 吨氢气, 是目前主流 20 MPa 高压长管拖车的 3 倍以上是常规(气态储氢)3—4 倍的存储量,经 济效益十分明显。车辆在常温常压下储运,安全性高;能够适应铁路、公路、水路等不 同的运输方式,适合长距离、大规模氢运输。
2.2.2 镁基储氢化学反应简单 研究团队雄厚 具备技术优势
镁基储氢化学反应简单,无副产物,控制性良好。单质镁可以在高温条件下与氢气 反应生成 MgH2,化学反应方程式简单,反应过程中没有其他产物。
镁基储氢相关研究团队雄厚,近年研究成果频出。镁基储氢研究团队主要包括上海 交通大学丁文江院士团队、重庆大学潘复生院士团队、上海交通大学邹建新教授团队。 研究团队实力雄厚,资金充足,近年来在镁基储氢产业化和理论研究上都取得了一定进 展。
2.2.3 镁资源丰富 可满足镁基储氢大规模应用
中国镁资源丰富,原料对外依存度低。镁资源主要来源于菱镁矿、含镁白云岩、盐湖区镁盐以及 海水等,我国镁资源类型全,分布广泛。中国菱镁矿储量仅次于俄罗斯,位居全球第二。在国内,菱 镁矿储量相对集中且大型矿床多。中国含镁白云石储量也很丰富,现已探明储量 40 亿吨以上,遍及我 国各省区。盐湖镁主要分布在西藏自治区的北部和青海省柴达木盆地,其中柴达木盆地的镁盐储量占 全国已探明储量的 99%。根据 USGS 数据,2022 年我国菱镁矿产量 1700 万吨,占全球总产量 63%。 进口依赖度低,相较于铝土矿石而言优势明显。我国镁锭产量 90 万吨,占全球总产量 90%。
中国是镁资源和原镁产量大国,因此国内镁合金的应用推广有着先天优势。当前国资和民营资本 逐步进入镁合金行业,同时国内核心整车厂也开始不断尝试镁合金产品的应用和开发。
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2.2.4 镁基础能环境友好 符合安全环保要求
镁基储能材料可回收,对环境友好,反应过程中无三害产生。发改委、能源局关于 推动新型储能发展的指导意见指出“新型储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装 备,对推动能源绿色转型有重要意义”,要求“以需求为导向,探索开展储氢、储热及其 他创新储能技术的研究和示范应用”。新型储能材料与装备的发展是实现“双碳”目标的 关键途径和刚性需求,更是国家未来竞争力的重要体现,镁基储氢是新型储能技术的重 要选择。
2.3 降低吸附氢所需温度是镁基储氢发展关键
降低吸附氢所需的温度是镁基储氢发展的关键。MgH2 热力学稳定性高和动力学性 质差,只有在高温下才有优质的吸附氢性能,且在吸放氢循环中,MgH2/Mg 颗粒的团聚 和长大导致循环稳定性差。因此,为了使 MgH2 在储氢应用中得到广泛应用,必须调整 其热力学和动力学性能,以降低镁基储氢吸附氢所需的温度,放宽反应条件。目前在改 善 MgH2/Mg 体系储氢性能方面,多使用纳米化、合金化、添加催化剂、复合轻金属配 位氢化物等方法。
2.3.1 纳米化减小颗粒尺寸 改善吸附氢速率
MgH2 尺寸的纳米化可以调控热力学和动力学性能,有利于氢分子的吸附和扩散。 当块体 MgH2 尺寸被减小至纳米级别时,材料的比表面积、表面能、晶界密度都将发生 显著改变。高的表面能有利于氢分子的解离,纳米颗粒表面与 H2 反应的活性位点大量 增加;由于尺寸的减小,H 原子的扩散距离随之缩短,避免了 H 的长程扩散;大量的晶 界为 H 原子的快速扩散提供了通道。
2.3.2 合金化有效降低吸附氢温度
合金化能有效降低镁基储氢材料吸附氢所需温度,但是与过渡金属合金化后材料的 储氢量会有明显的降低。通过将 Mg 与过渡金属复合,能够制备出含有单相或多相的镁基储氢合金,合金的存在可以促进氢的解离和吸附,添加的金属元素与 Mg 和 H 结合 生成次稳定的氢化物而降低 MgH2 的稳定性,多相边界也可以为吸/放氢反应提供大量 的活性位点,从而改善 Mg/MgH2 储氢体系的储氢性能。
2.3.3 添加催化剂综合提升储氢性能
添加催化剂改性是最简单,最高效的方法。添加催化剂能在 Mg/MgH2 吸放氢过程 中的 H 吸附、解离和 H2 分子的扩散提供活性位点,改善其动力学性能。目前常用于改 善 Mg/MgH2 体系性能的催化剂主要是过渡金属单质、金属氧化物、其他过渡金属化合 物和碳基材料等。
2.3.4 复合轻金属配位氢化物提高储氢容量
用轻金属配位氢化物与 MgH2 构建复合材料可以显著增加体系的储氢容量,改善 热力学性能,但动力学性能仍有不足,仍需进一步调整。轻金属配位氢化物由于都是由 轻质元素组成,其理论储氢容量要比其他传统的固体储氢合金高很多,学者使用多种材 料进行尝试,实现了更高的吸放氢容量。
3 冶金及煤化工或率先运用镁基储氢 储能应用前景广阔
3.1 氢冶金技术是冶金行业减排的重要方向
3.1.1 氢能是炼铁过程中减少 CO2排放的关键
目前镁基材料只有在高温下才有优异的吸附氢性能,冶金和煤化工领域可满足镁基 储氢的高温应用场景。冶金和煤化工领域工作温度高,有大量废热,可支持镁基储氢运 用场景里需要高温的重要痛点,降低了运用成本,镁基储氢有望在这两个领域中率先应 用。 冶金业碳排放量巨大,急需降低碳排放量以满足碳中和目标。国际钢铁协会估计, 每生产 1t 钢坯会导致平均 1.8 t 的 CO2排放,2023 年,预计世界钢铁需求量将继续增长 2.2%,达到 18.814 亿吨。铁矿石还原成铁的过程产生了占整个炼钢过程高达 90%的碳 排放量,因此降低还原过程的碳排放对钢铁行业的低碳发展至关重要。利用氢气作为还 原剂,可以使炼铁工序中产生水,而不是 CO2,从而大幅度减少温室气体的排放。氢能 炼钢需要大量氢气供给,这需要成熟且低成本的制氢、储氢产业链作为支撑,也需要相 关技术和材料的突破。
相关研究表明,在炼铁过程中减少 CO2排放的重要方式是增加 H2的使用。经济性 是制约钢铁行业氢冶金发展的关键因素之一,其中主要涉及氢气成本及碳排放成本。随 着镁基储氢技术不断完善,储氢的长距离运输安全性得以保证,单位体积储氢量得以提 升,氢气在冶金行业的使用率将会大大提升。 自然资源保护协会(NRDC)发布了《面向碳中和的氢冶金发展战略研究》,提出了 从现阶段到 2060 年我国氢冶金发展的路线图和政策建议。
国内外各企业大力发展氢冶金技术,部分工艺正处于试验阶段。国内中国宝武、鞍 钢、河钢、建龙等企业,发布了各自的《碳达峰碳中和行动方案》《低碳技术路线图》《低 碳发展路线图》,都将氢冶金作为其重要的降碳技术路径。美国、欧洲、日本、韩国等国 家也已经投入部分氢能炼钢项目。欧洲有 3 个项目是基于氢能炼钢的:HY⁃BRIT、 SALCOS 和 H2 Future/Susteel,前两个项目主要是基于目前现有的还原技术,而最后一 个是要利用等离子熔融还原技术。
氢冶金技术需要结合 CCUS 技术,在微波场利用氢气还原铁矿石更有优势。现阶段 的氢冶金并不是 100%的氢气冶炼,而是还原气中氢气含量大于 50%,氢冶金技术可以 结合技术(碳捕集、碳封存技术)更好地实现钢铁行业的绿色发展,CCUS 技术是指将二氧化碳从工业或者能源生产相关源中分离并捕集,加以利用,或输送到适宜的场地封存, 使与大气长期隔离的技术体系。研究表明,微波处理是一种既能降低化学反应活化能又 能快速加热的方法,与传统工艺相比,微波氢气还原铁矿石,大大降低了能耗和污染。
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3.1.2 绿氢耦合加快煤炭的高效清洁利用
绿氢耦合煤化工采用太阳能和风能等绿色能源,与煤炭技术结合利用,可降低煤炭 的能源消耗,减少污染物的排放。随着绿氢生产技术日益完善,镁基储氢保证了氢能运 输效率,氢能运输成本及使用成本将进一步降低,氢气的原料和燃料属性将得到更大的 拓展。利用绿氢与煤化工实现耦合的最大优势在于电解水制氢的同时,还能产生氧气, 既可以省去合成气变换装置,还可以省去空气分离装置。主要有以下三方面:一是空气 分离和 CO 变换装置规模减小,甚至可以取消;二是在同等气化煤量的前提下可以生产 更多的化工品;三是由于空气分离装置消耗的动力煤减少和 CO 变换的程度降低,使得 系统的 CO2 排放大大缩减。
镁基储氢技术可以满足未来合成氨领域氢运输。从目前氢气消费的终端来看,合成 氨、合成甲醇、石油炼化的氢气消费占比较高,可占整个氢气消耗量的 85%以上。目前我国的合成氨产量近 6000 万 t/a,其中 4500 万吨来自煤炭,消耗约 5000 万吨标准煤, 排放近 1.5 亿吨 CO2,假设 4500 万吨煤制合成氨的氢都来自绿氢,则需消耗 800 万吨绿 氢,可减少 1.5 亿吨的 CO2 排放,同时纯碱和尿素还可以消耗其他来源的高纯 CO2 约 5000 万吨。 镁基储氢助力甲醇产业链脱碳。目前我国的甲醇产量近 7800 万吨,其中 6200 万吨 来自煤炭,消耗约1亿吨标准煤,排放 CO2 近 2 亿吨。假设 6200 万吨煤制甲醇的氢都 来自绿氢,则需消耗 750 万吨绿氢,可减少 1.6 亿吨的 CO2 排放。
3.2 镁储氢有助电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能
氢储能具备就地消纳清洁能源、零碳排放等优点,并可在一定程度上替代传统能源, 有望在能源互联系统中发挥重大作用。随着风电和光伏发电装机规模的扩大,在并网的 过程中,其随机性和间歇性会给电网安全稳定和运行调度等方面带来诸多危害,还导致 弃风、弃光问题日益严重,制约了新能源发电的规模化应用。氢能作为清洁高效的二次 能源,与电能有着良好的互补特性,灵活应用于能源互联系统中,能够提高用能效率、 加强多能耦合。 传统电网对风电等间歇性可再生能源的消纳,在供应侧、需求侧等方面已有多种应 对方案,但都因其弊端无法大规模推广,电网与气网协调运行,配以镁基储氢方式的方 案前景广阔。采用常规调峰电源和储能应对可再生能源的间歇性和波动性的效果显著, 但二者的配置运行成本过高,大规模的配置缺乏效益;采用需求侧管理的应对方案具有 低成本的优势,但受项目推广不足以及负荷本身不确定性的影响,响应能力和响应可靠 性有待提高,且参与主体众多,利益传导方式复杂,政策机制要求高,短期内不具备大 规模应用的条件。电网与气网的协调运行,加以绿氢存储运输至下游用氢产业的方案, 转换方式灵活、成本显著降低、应用场景广阔,而作为其能量转换枢纽的电转气(P2G)技 术也日益受到关注。
3.3 镁基储氢有望赋能新能源汽车
氢能源电池汽车市场发展空间巨大,镁储氢有望推广到新能源汽车,成为汽车新动 力。目前氢能源电池汽车市场规模较小,2022 年,燃料电池汽车产量 3677 辆,销量 3397 辆。《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》明确了氢是未来国家能源体系的重要组 成部分。《规划》提出,到 2025 年,燃料电池车辆保有量约 5 万辆,将部署建设一批加 氢站。
3.3.1 我国加氢站建设加速中
首个固态加氢站落地 加氢站是氢燃料电池车的动力来源。根据 EVTank 统计,截至 2023 年上半年,全球 累计已经建成加氢站达到 1089 座,其中中国累计建成加氢站为 351 座,全球占比达到 32.2%。 我国主流加氢站是气氢加氢站和液氢加氢站。通过外部供氢或站内制氢获得氢气后, 以液氢形式储藏或转化为压力稳定的干燥气体,进入高压储氢罐储存,最后通过氢气加 氢机为燃料电池汽车进行加注。
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固态金属储氢加氢站优势明显,首个固态加氢站已在广州落地。固态金属储氢加氢 站的工艺设备更简约,可通过拖车和加氢机直接为燃料电池汽车加注,无需增压,站内储氢容器的设计压力也可降低,从而可省去高压气态储氢中最复杂的压缩机及其高压储 氢容器。进一步地,设备费用得到节省,加氢站成本显著降低。小虎岛电氢智慧能源站 也是国内首个应用固态储供氢技术的电网侧储能型加氢站,实现了从电解水制氢,到固 态氢储存,再到加氢、燃料电池发电和余电并网,氢和电的融合,加快建成新型电力系 统。
3.3.2 合金储氢解决氢燃料汽车安全难题
氢燃料电池汽车安全问题显著,合金储氢能够有效解决这一问题。合金储氢技术中, 氢以粉末状的氢化物存在,且工作压力小,如果发生意外,只会产生小火苗,而不是高 压气态储氢的瞬间爆炸。 合金储氢应用于车载储氢有一定优势。第一,合金储氢中,氢气并非以气体方式储 存,且氢气的释放需要满足一定的温度条件,所以常温条件下发生氢气泄漏的风险较小。 第二,普通汽车的油箱的储油量相当于 5 公斤-6 公斤的氢产生的能量,需要 80 公斤-90 公斤的镁合金容器,在质量与普通油箱相仿的情况下,体积较小。
4 云海金属
镁行业龙头,一体化布局优势明显。云海金属为镁行业一体化龙头企业,已构建 “白云石开采-原镁冶炼-镁合金熔炼-镁合金精密铸造、变形加工-镁合金再生回收”的完 整镁产业链。(1)上游资源端:子公司巢湖云海镁业有限公司拥有 8864.25 万吨白云石 的采矿权,合资公司安徽宝镁轻合金有限公司拥有131978.13万吨白云石的采矿权。(2) 原镁和镁合金:公司目前拥有 10 万吨原镁产能,20 万吨镁合金产能,镁合金产销量连 续多年保持全球领先。(3)下游深加工:南京云海、巢湖云海精密、荆州云海、天津六 合、重庆博奥镁铝已完成精密加工布局。全产业链优化公司产品成本结构和增强抵御风 险能力,能稳定给客户提供各种产品。
宝钢金属控股,公司发展开启新纪元。宝钢金属以高性能金属材料、轻金属材料 制造及延伸加工、新型炭材料及纤维材料、新型陶瓷基复合材料等为重点发展方向,双 方发展战略高度契合。同时,中国宝武拥有国际化的市场资源,依托中国宝武强大的汽 车市场背景,可进一步加速公司在汽车轻量化领域的渗透。随着技术、客户及资源的共 享,强强联合有望加速镁合金材料在汽车轻量化、镁建筑模板等多领域的渗透,有利于 做大镁行业,促进行业长期健康发展。 与重大合作,镁储氢规模化生产有望加速实现。2023 年 4 月公司和宝钢金属与重 庆大学签署了“关于公司和宝钢金属委托重庆大学进行中温高密度低成本镁基固态储氢 材料产品研发及中试的协议”。采取产学研合作的协同发展模式。此次合作的目标是在 前期三方合作既得成果的基础上继续合力优化固态储氢材料并且进行产线化试制,快速 推进规模化生产。 多项目投产在即,公司具备高成长性。目前公司巢湖 5 万吨原镁项目、安徽青阳 30 万吨原镁和 30 万吨镁合金项目、安徽铝业 15 吨铝挤压型材项目预计 2023 年底前建 成。白云石储备在满足未来产能扩张需要下,仍可外售部分骨料和熔剂增厚利润,例如 年产骨料及机制砂 2500 万吨、年产 100 万吨熔剂项目。另外,公司拟建设年产 30 万吨 高品质硅铁合金项目,铁合金作为原镁冶炼的原料,项目达产后,公司实现硅铁部分自 给,原镁生产成本有望进一步降低。
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精选报告来源:【未来智库】。