全球可持續發展技術的領導者莊信萬豐(JM)已經開始在中國回收燃料電池。該工廠位于江蘇省張家港市,正在提煉和回收膜電極組件(MEA)中的鉑族金屬成分,MEA是汽車燃料電池的關鍵組成部分,由世界領先的燃料電池堆技術供應商之一韻量科技(Unilia)提供。
雖然一開始用于精煉的材料數量不多,但JM公司有足夠的能力和實力擴大其設施規模,以滿足未來幾年的預期需求。
就需求而言,中國是最大的貴金屬市場,但自然資源非常有限。因此回收的貴金屬將是應對這一挑戰的關鍵。平均而言,JM公司使用的鉑族金屬約有80%是內部采購的,這為JM公司作為汽車催化劑和燃料電池領域的全球領先企業創造了彈性的金屬供應。
資料顯示,全球催化劑廠商三巨頭為德國巴斯夫(BASF)、英國莊信萬豐(Johnson Matthey)、比利時優美科(Umicore),三者全球市占率占比約90%,國內市場占有率約70%。已經能夠實現批量化生產(大于10kg/批次),而且性能穩定,可靠性高。
莊信萬豐在中國的PGM服務商主管Simon Wang說:”基于PGM的燃料電池在交通脫碳方面至關重要,特別是對于卡車和巴士等重型車輛,但PGM的成本相對較高。因此,我們必須建立起燃料電池報廢后的回收能力。我們相信,擁有回收的能力,將使我們在中國的客戶能夠創建一個循環經濟,為他們提供一些世界上最稀缺的金屬,同時推動長期的循環和再利用”。
預計全球PGM的二次供應將以每年大約3-5%的速度增長。與初級供應的PGMs相比,回收金屬的成本更低,碳足跡也低得多(最多可降低98%)。同時,回收還提供了這些稀缺資源的供應安全,隨著全球供應鏈的中斷,這一點變得越來越重要。
鉑催化劑,圖源網絡
當下,氫能源汽車大多采用燃料電池,其中氫燃料電池技術一大亟須解決的痛點在于催化劑。基于氫燃料電池工作原理,當前商用氫能源汽車大多采用鉑(Pt)催化劑能夠較佳吸附氫氣分子促成離解。以現代氫燃料動力車Nexo SUV為例,這是唯一一款公布了鉑含量數據的量產燃料電池汽車,其催化劑中含有56g鉑。
目前氫燃料電池的催化劑主要分為三個大類:鉑(Pt)催化劑,低鉑催化劑和非鉑催化劑。目前比較常用的陽極材料是Pt/C,一種將Pt的納米顆粒分散在碳粉載體上的搭載性催化劑。而陰極材料除了Pt/C之外,可以以其他二元合金的來做催化,如Pt-Co/C、Pt-Pb/C、Pt-Ni/C。
長期以來,鉑作為稀有金屬,僅在全球少數區域開采且開采難度大,價格不菲,截至2022年8月中旬,鉑金的交易價格為每克31美元,僅鉑成分一項的成本為1736美元。氫燃料電池所需的鉑族催化劑大多依賴進口,國內不少企業看中這一潛在市場紛紛爭相入局,“跑馬圈地”。
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1、格林美股份有限公司
格林美股份有限公司(簡稱:格林美,股票代碼:002340)主營業務是回收利用廢舊電池、電子廢棄物等廢棄資源循環再造高技術產品,是中國對電子廢棄物、廢舊電池進行經濟化、規模化循環利用的領先企業之一。
公司成立了氫燃料電池材料研究中心,研發汽車用氫燃料電池催化劑材料,主要致力于鉑碳催化劑、鉑鈷合金催化劑、鉑鈷核殼結構催化劑的開發。
2020年6月,格林美董事長許開華曾透露公司正在布局氫燃料電池催化劑,并建立了一條鉑金屬回收線,在此基礎上研發鉑的高端應用,完成了Pt/C催化劑2.5-3納米晶粒尺寸控制。但目前,與業內同類企業一樣,格林美氫燃料電池的回收業務量并不大。格林美表示,目前其研發的Pt/C催化劑與行業頭部企業同系列產品性能相當。且公司已和車企開展氫燃料汽車智能拆解、電堆拆解、提取鉑等貴金屬技術的研究。
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2、貴研鉑業股份有限公司
貴研鉑業股份有限公司(簡稱:貴研鉑業,證券代碼:600459)是國際五大知名貴金屬公司之一,在燃料電池催化劑領域布局較早, 作為貴金屬新材料龍頭,貴研鉑業已建立較為完整的貴金屬產業鏈體系,是國內目前唯一在貴金屬材料領域擁有系列核心技術和完整創新體系、集產學研為一體的上市公司。
在氫燃料電池催化劑方面,貴研鉑業表示目前涉及的主要還是燃料電池用鉑碳催化劑的研發,但尚處于實驗室驗證階段,尚無商品化的產品。
今年6月,億華通與貴研鉑業子公司達成戰略合作,雙方將在燃料電池催化劑產品研究開發及鉑資源回收等領域積極尋求合作機會,發揮各自在氫燃料電池開發、新材料技術方面的優勢,著力解決燃料電池鉑成本高及資源短缺等問題。
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3、武漢喜馬拉雅光電科技股份有限公司
武漢喜馬拉雅光電科技股份有限公司(簡稱:武漢喜馬拉雅)創立于2008年武漢光谷,是國家高新技術企業。公司集研發、生產、銷售氫燃料電池及其核心部件等環保節能產品為一體。公司在燃料電池領域擁有自主知識產權近百余項,其中發明專利占比50%以上,擁有自主職時產權的Pt催化劑、膜電極、電堆及車用動力系統,已被國內外多家企業采購,應用氫燃料電池發動機系列已成功裝車,正常運行近10萬公里。
當前,武漢喜馬拉雅Pt/C催化劑日產能力達到200g;催化劑粒徑2-3nm之間;電化學活性面積可達90m2/g;量產Pt/C 催化劑主要包括40wt%、50wt%、60wt%、70wt%幾種規格,具有高活性、高穩定性、低成本優勢。
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4、中自環保科技股份有限公司
中自環保科技股份有限公司(股票代碼:688737,簡稱:中自科技)致力于天然氣(CNG/LNG)、柴油、汽油等燃料發動機排放后處理催化劑(器)以及氫燃料電池電催化劑等新材料、新能源技術研發,是一家集技術、研發、生產、銷售、服務于一體的國家火炬計劃重點高新技術企業。
在氫燃料電池電催化劑方面,中自科技目前鉑碳催化劑產品相關的批量化生產設備已經全部進場,即將完成調試,待調試完成后將形成公斤級批量生產能力。公司已完成向多個國內外主流氫燃料電池生產商進行送樣,并在耐久測試中表現出了較好的性能與競爭力,得到了相關下游廠商的初步認可。
另外,公司承擔的國家重點研發計劃“高性能/抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術與批量制備”的子課題“催化劑工業化量產”目前正按計劃推進,在合金催化劑技術方案論證及工藝參數優化方面滿足項目設計目標;在小批量產方面已經完成1g→10g/批次→100g/批次優化放大,且放大前后催化劑的物性結構保持一致,催化活性無明顯降低,批次內和批次間的一致性較穩定,預計中試設備的設計產能可以達到≥200g/批次、≥50kg/年。
據悉,中自科技的上市募投項目“氫能源燃料電池關鍵材料研發能力建設項目”將以現有貴金屬高分散、高穩定等核心技術為基礎,以燃料電池用電催化劑的開發、電解水制氫用催化劑的開發等為研發方向,最終將服務應用于氫燃料電池機動車行業。
目前,中自科技已成功研制出第一代鉑碳電催化劑,參與了“十三五”國家重點研發計劃項目“高性能/抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術與批量制備”的研發。
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5、上海濟平新能源科技有限公司
上海濟平新能源科技有限公司(簡稱“濟平新能源”)是國內第一家實現氫能和燃料電池催化劑批量化生產的科技型企業。自2020年成立以來持續為下游客戶提供燃料電池催化劑、電解水制氫催化劑等產品,并提供技術解決方案。
濟平新能源擁有全國首條完全自主知識產權的全自動催化劑生產產線,單條產線年產量可達2噸,產值超6億元。企業已經研制出多款催化劑產品,各項指標均超同類進口產品,同時在此基礎上,研發第二代合金催化劑和第三代非鉑催化劑。
濟平新能源催化劑產品品類包括多款燃料電池催化劑和PEM電解水制氫催化劑。2021年,濟平催化劑占國產催化劑市場份額達95%以上,并實現國產催化劑出口零的突破。
目前,該公司催化劑自動化產線已投入生產,催化劑年產量2噸,其性能較同類進口催化劑有明顯提升,同時價格比進口產品低15%以上,真正做到打破國際技術封鎖,降低下游客戶成本。
據了解,濟平新能源催化劑業務范圍已覆蓋行業眾多龍頭企業,濟平依靠穩定的性能、經濟的價格、高效的供貨、專業的技術支持與完善的客戶服務獲得眾多國內MEA、電堆公司的認可,2019年濟平催化劑占國產催化劑市場份額達85%以上。
目前,濟平新能源在不斷完善現有技術的同時也在研發第二代合金催化劑并部署第三代非鉑催化劑的研究方向,助力中國燃料電池產業健康快速發展。
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6、南京東焱氫能源科技有限公司
南京東焱氫能源科技有限公司(以下簡稱“南京東焱”)是一家由南京大學、南京市麒麟科技創新園以及江蘇啟迪科技園發展有限公司共同創辦的高新技術企業,從事燃料電池核心原材料的研發、生產與銷售。2015年12月,南京東焱成立,致力于納米催化劑材料的研發、生產、銷售和技術服務。
南京東焱擁有多項發明專利,擁有質子交換膜燃料電池催化劑DOIN-PCO系列,電解水制氫催化劑DOIN-PN系列,直接甲醇燃料電池催化劑DOIN-PT系列等多種材料產品。南京東焱氫燃料電池催化劑產品曾獲得“高新技術產品”稱號,銷往國內外知名氫燃料電池領域公司。
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7、氫電中科(廣州)新能源設備有限公司
氫電中科(廣州)新能源設備有限公司(簡稱:氫電中科)作為核心材料催化劑國產化的重要推動者,憑實力突破國際對中國氫燃料電池核心材料的“卡脖子”封鎖。
當前,公司氫燃料電池催化劑產品及產線設備擁有完全獨立自主核心知識產權,目前擁有4項發明授權、11項發明公布和3項實用新型專利。
氫電中科于2019年11月完成中試生產,2020年進入量產階段,2021年擴產后達到500KG/年,能夠支持20000輛/年以上氫燃料電池汽車用量。目前,該公司獲得ISO9001、ISO14001、IATF16949質量管理體系認證,是國內氫燃料電池催化劑優質生產商。同時,氫電中科的鉑碳催化劑和鉑基系列催化劑已經實現商業化量產。
此外,氫電中科第二代儲備產品——鉑合金催化劑已實現完全自主研發,采用自制的鉑碳為原材料制備合金,能夠便捷實現粒徑和活性組分調控。
在性能方面,氫電中科產品的質量活性高、比表面積大、堿土金屬離子溶出低、穩定性高。
氫電中科透露,目前用于PEM制氫陰極析氫側的鉑黑、鉑碳催化劑已經實現商業化應用,可以應用于電解水制氫電解槽。
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8、寧波中科科創新能源科技有限公司
寧波中科科創新能源科技有限公司(簡稱:中科科創),專注于具有自主知識產權的高性能貴金屬基納米催化劑開發。已推出的HiCa系列納米貴金屬催化劑適用于氫-氧(空)質子交換膜燃料電池、直接醇類燃料電池和氣體傳感器等。該系列催化劑產品具有金屬載量高,粒徑小且可控、可調、分散度高,組成和結構一致性好,分散性佳等技術特點,雙金屬催化劑同時具有合金化程度高的優勢,活性高、耐久性好。
依托于中科院上海高等研究院人才隊伍和技術優中科科創現在擁有兩大類燃料電池催化劑:鉑基類催化劑、鉑鎳碳類催化劑。目前,中科科創主推的是高載量Pt/C催化劑,目前擁有規模化批量制備技術——獨創晶格壓應力;載量可調,粒徑小且可控、可調,突破規模化制備組成和結構一致性的關鍵技術,且已經實現了公斤級規模化制備。
目前中科科創擁有2.8nm、3.1nm、3.8nm粒徑的鉑碳催化劑,3.8nm、4.6nm的鈀碳催化劑等多種型號催化劑,還提供低載量(0.1~20wt.%)的鉑碳、鈀碳,納米氧化銥、納米金催化劑等。
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9、西安凱立新材料股份有限公司
西安凱立新材料股份有限公司(以下簡稱“西安凱立”)主要從事貴金屬催化劑的研發與生產、催化應用技術的研究開發、廢舊貴金屬催化劑的回收及再加工等業務,為我國精細化工領域技術領先的貴金屬催化劑供應商,開發的多種貴金屬催化劑產品實現了進口替代。自西安凱立成立以來,已研究、開發出了活性炭負載,氧化物負載,有機物負載貴金屬催化劑,均相催化劑,手性催化劑,專用催化劑等上百種催化劑,以及一百多種催化合成/反應工藝技術。
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10、蘇州擎動動力科技有限公司
蘇州擎動動力科技有限公司(簡稱“擎動科技”)是國內少數自主研發、設計、生產催化劑,并將其批量搭載至膜電極上的燃料電池核心關鍵材料制造企業。
擎動科技于2017年自主開發出第一款催化劑和膜電極產品,并在2019年投產自主開發的卷對卷直接涂布法的膜電極生產線,實現了從催化劑材料、膜電極設計、CCM涂布到膜電極封裝的全生產工藝流程國產化。
目前,擎動科技已在蘇州、常熟、上海和河南布局四大研發與生產中心,建成了年產1000kg的催化劑產線、年產200萬片的全自動膜電極直接涂布生產線和膜電極封裝生產線。
今年5月,上海氫晨新能源科技有限公司(以下稱“氫晨科技”)宣布擬通過換股方式全資收購擎動科技,戰略整合后,擎動科技將成為氫晨科技的全資子公司,并繼續相對獨立的運營。
當前,鉑金屬稀缺的問題已經引起了重視,同時,高成本等現實因素也成為了催化劑突破面臨的問題。事實上,一直以來,我國都在從國外大量進口燃料電池催化劑,不僅成本高昂,且封鎖了相關技術。這也直接產生了連鎖反應,成本上,不斷疊加的關鍵零部件造成燃料電池電堆產業化推進困難;技術上,極大程度地限制了我國氫燃料電池產業鏈的國產化,推升下游產品技術壁壘增加。
降低成本與提高利用率一直是鉑催化劑商業化應用期待突破的難關,我國需要盡快突破燃料電池催化劑“卡脖子”技術,擁有自主研發的氫燃料電池相關的催化劑專利,從源頭上解決氫能源的第一道關。
此番莊信萬豐聯合韻量科技在中國簽署首份燃料電池鉑鉑催化劑回收合同有利于加快鉑催化劑循環利用體系的形成,保障大規模市場應用時的穩定供應,對行業通過商業模式降本實現鉑催化劑成本突破這一方式給予新的啟示。
城市公交的承載能力和管理水平是一座城市運行韌性的直接體現。中國交通報4月17日報道,今年1至3月,重慶交通開投集團服務乘客公共交通出行超7億人次,同比增加2.3%,日均客運量781.3萬人次。 在如此高強度運營壓力下,像大廟站這樣的大型換乘公交站點無疑發揮著城市“毛細血管交匯處”的重要作用。市民對于公交車出行的訴求不僅是“時間準”,更希望“站點清楚”“出行方便”。為此,站臺公司在設計與規劃公交站時也在不斷改進。 站臺公司工作人員告訴記者:“根據我市路網的建設和變化,乘客人數的不斷調整,我們會常態化地進行客流分析,再結合公交候車、停車的難易程度,市民熱線及多渠道反映的出行需求,實時融入公交線路規劃需求。”