铂钯行业研究系列报告：“铂”取大势，“钯”握微末（九）：前路漫漫，铂钯氢能需求仍有瓶颈

前路漫漫，铂钯氢能需求仍有瓶颈 ——铂钯行业研究系列报告：“铂”取大势，“钯”握微末（九） 刘雨萱投资咨询从业资格号：Z0020329liuyuxuan@gtht.com 报告导读： 氢能领域是铂金市场关注的焦点之一，从具体应用来看，铂金具有高催化活性和耐酸稳定性，是质子交换膜技术中的关键催化剂材料，而质子交换膜是电解水制氢和氢燃料电池的主要技术路径。钯金在氢气纯化环节有一定应用，但成本过高使得相关技术的渗透率较低。 我们分析了氢能产业发展的情况： 从现状来看，电解水制氢呈现出较快的增速，而氢燃料电池方面，作为主要用途的燃料电池汽车目前推广受阻，新推广数量面临下滑。从前景来看，氢能的核心优势体现在能源领域上游，表现为对可再生能源的优秀耦合性。当前，可再生能源发电与电力消纳的错配已成为阻碍能源转型的关键矛盾，而氢能有望成为这一矛盾的最佳解决方案。从各国政策来看，中国方面，氢能产业被视为实现双碳目标的重要抓手。日本和韩国氢能产业起步较早，侧重燃料电池汽车领域。以德国为代表的欧盟国家侧重环保目标和能源供应。从瓶颈来看，当前技术、成本、安全和基建是四大瓶颈，共同限制下游用氢需求放量。 最后我们对氢能领域铂金需求进行了预测，情景分析的预测结果显示，到2030年，氢能领域的铂金需求大约能够达到5.53吨的水平。对于情景分析的预测结果，我们得出三个主要结论： 一是5年内氢能领域的铂金需求仍然较小，难以对铂金总的供需平衡产生影响。二是受制于燃料电池汽车销量退坡，中性来看氢能领域的铂金需求的增速不及预期，需求放量尚待瓶颈解决。三是从具体的应用来看，5年内质子交换膜电解槽很可能将超过燃料电池汽车，成为支撑氢能领域铂金需求的主要应用场景。 感谢实习生唐文豪的贡献。 目录 1.追根溯源：铂钯物化性质与氢能产业应用.................................................................................................................................31.1铂金：质子交换膜催化剂材料.........................................................................................................................................51.2钯金：氢气纯化的隐形强者..............................................................................................................................................62.前路漫漫：氢能产业发展分析........................................................................................................................................................82.1氢能产业发展现状：上游绿氢高增，下游汽车受阻...............................................................................................82.2可再生能源间歇性与氢能的优势.....................................................................................................................................82.3中欧日韩等国积极布局氢能产业，但政策侧重不同.............................................................................................102.4技术、成本、安全、基建：氢能发展的四大瓶颈..................................................................................................113.长算远略：铂钯氢能产业需求测算............................................................................................................................................123.1核心应用单耗........................................................................................................................................................................123.2相关领域发展情况预测.....................................................................................................................................................143.3预测结果.................................................................................................................................................................................164.结论.........................................................................................................................................................................................................18 （正文） 1.追根溯源：铂钯物化性质与氢能产业应用 当前氢能领域的铂钯需求基数较低，尚未成长为可观的板块。铂金方面，根据WPIC的数据，2024年度，全球氢能相关领域的铂金需求仅为44千盎司左右，仅占总需求8303千盎司的0.53%，作为工业需求的一个部分。而对于钯金来说，氢能相关领域的应用则更加边缘，暂无单独统计数据。 资料来源：WPIC，国泰君安期货研究 资料来源：WPIC，国泰君安期货研究 尽管如此，氢能领域的潜在需求已然成为铂族金属，尤其是铂金产业各方长期叙事的关键焦点。铂族金属矿企巨头Sibanye-Stillwater的2024年年报中认为，尽管绿氢产业目前由于成本问题呈现出动力不足，但预计这一挑战将在未来十年内得到解决，从而对铂族金属需求产生重大积极影响。在产业中游制造领域，庄信万丰的2025年年报中称，随着催化剂部门出售给霍尼韦尔，公司将会控制资本投入，聚焦于铂族金属领域高增长的业务条线，其中包括对于能源转型至关重要的氢能脱碳技术。这些表态都显示出氢能领域的想象空间以及相关企业对氢能产业的信心。根据世界铂金投资协会WPIC的最新预测，到2029年，氢能领域的铂金需求预计将由2025年的59千盎司（约1.83吨）上升至160千盎司（约4.98吨）左右，年复合增长率高达27.79%。 资料来源：WPIC，国泰君安期货研究 氢能产业可以分为制氢、储氢、输氢、用氢四大领域。围绕这四大领域，铂金和钯金有着各自不同的应用场景。铂金主要应用于制氢和用氢领域，而钯金主要应用于制氢领域的纯化环节。 资料来源：国泰君安期货研究 1.1铂金：质子交换膜催化剂材料 质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）是电解水制氢和氢燃料电池的主要技术路径，在制氢和用氢领域都有广泛应用。质子交换膜是离子交换膜的一种，能够实现质子（即氢离子，H+）的选择性透过和交换，并阻隔电子和其他的气体或液体分子。在制氢领域，传统的石化制氢和工业副产氢被称为灰氢，而可再生能源电解水制氢被称为绿氢。而电解水制氢又分为碱性电解水和质子交换膜电解水两种主流技术路径，其中质子交换膜电解水对高波动的可再生能源耦合性更佳，被认为是更有前景的技术路径。在终端用氢领域，氢燃料电池是利用氢能的主要方式之一，而质子交换膜燃料电池则是氢燃料电池汽车等主要应用场景的唯一主流技术路径，具有快速启停和较高的能量转换效率等优势。铂金是质子交换膜技术中的关键催化剂材料。 资料来源：《多目标优化驱动的PEM电解槽性能研究》 资料来源：绿电智联 资料来源：国泰君安期货研究 铂原子的核外电子结构是铂金催化活性的基础，也是铂金在质子交换膜中用作催化剂的基础。作为过渡金属的一员，铂原子的d电子轨道上没有完全被电子填满。5d电子轨道最多可容纳10个电子，但铂原子的5d电子轨道上仅有9个电子，存在未配对的电子。这种特殊的电子排布结构，使得铂原子表面存在悬空键，容易与反应物发生相互作用形成可逆的弱键，在氢气氧化和电解水等多个反应中都具有优秀的催化活性。在质子交换膜燃料电池阳极的氢气氧化反应中，铂元素不饱和的d电子轨道与氢原子的电子发生反应，并对带有负电的电子产生吸引，有利于氢原子中质子与电子的分离，从而加速质子，即正电氢离子（H+）的形成。在质子交换膜燃料电池阴极的氧气还原反应中，铂元素不饱和的d电子轨道与氧气分子发生相互作用，削弱了氧气分子中连接氧原子的化学键的键能，从而降低反应所需要的活化能，使得反应的能量条件更加容易达成，降低了反应的温度和能量条件。在质子交换膜电解槽阴极的析氢反应中，铂元素能够降低析氢反应的过电位，加速反应进程。 除了高催化活性，在酸性条件下的长期稳定性也是铂金作为质子交换膜催化剂的核心竞争力之一。质子交换膜的基材为全氟磺酸树脂，侧链含有大量亲水磺酸基团，在湿润环境下，磺酸基团解离释放H⁺，使得质子交换膜呈现出较强的酸性环境。而铂金在酸性条件下的稳定性和耐腐蚀性十分出色，在常温下几乎不与任何单一酸发生反应。在质子交换膜中，铂金也能长期保持稳定，保证电解槽或燃料电池的使用寿命。 1.2钯金：氢气纯化的隐形强者 尽管与铂金相比，钯金在氢能领域的应用受到的关注要少得多，但其选择性渗透氢气的性质使其在氢 气纯化环节仍有一定应用。由于钯的4d电子轨道缺少两个电子，钯的表面能够吸附氢分子，并形成不稳定的可逆化学键，使氢分子解离为氢原子。解离后的氢原子溶解于钯的晶格中，并轻松穿过晶格的间隙，在压力差条件下由高压侧渗透到低压侧。而其他气体分子的尺寸远大于钯晶格间隙，无法渗透，从而实现氢气的选择性分离。 资料来源：纽瑞德 在具体形态上，产品通常为片状或管状的钯或钯银合金膜。其中片状钯膜的氢气渗透效率最高，但有两大不足，一是纯钯容易在杂质影响下中毒失效，二是片状膜机械强度不足。加入一定比例的银和制成管状有利于解决中毒和强度不足的问题，并最终提高纯化装置的使用寿命。 高纯度和较小的占地面积是钯膜法的优势，但成本较高使其渗透率较低。氢气纯化领域现有两种主要的商业化技术方法，钯膜法和PSA（变压吸附）提纯法。从成本上看，其中钯膜法由于钯价格昂贵且需要定期更换，在成本上处于劣势；PSA法无需使用钯、银等贵金属材料，且吸附剂循环寿命长，成本更低。从用氢场景