長報告|燃料電池產業鏈研究之趨勢篇(四)

車雲按：燃料電池因為環保屬性，被用作汽車的動力新能源。本篇長報告來自銀河證券，對燃料電池的發展背景、現階段在汽車領域的應用以及整個產業鏈的現狀進行了梳理。車雲菌按著背景、車企、技術路線產業鏈以及趨勢分為四篇，今天送上趨勢篇。

按照我們了解到的數據，2015年全球燃料電池銷量可能不足2000輛，其中佔比最大的是豐田和現代途勝，市場總體規模依然較小。日本調查公司富士經濟預測，2030年度燃料電池汽車全球市場規模將超過198萬-199萬輛，總金額將達4.75萬億日元，而2014年度全球市場規模約為11億日元，潛力增長空間巨大。那麼，現在制約行業發展的主要因素有哪些？解決哪些問題後，燃料電池汽車將大幅放量？

我們調研後認為，燃料電池系統價格高、氫氣儲存運輸難、加氫站等基礎設施配套不完善、燃料電池企業研發投入大、產業化周期長都是阻礙行業發展的不利因素，但這些不利因素都在逐步發生好的變化。

一、成本較高一直是制約燃料電池汽車發展的最重要原因

影響燃料電池汽車發展最大的因素是居高不下的成本問題，使用昂貴的質子交換膜、貴金屬鉑作為催化劑、石墨雙極板高昂的加工成本等，導致質子交換膜燃料電池成本約為汽油、柴油發動機成本10-20倍。因此，在所有商業化量產的燃料電池汽車中，最便宜的是豐田的Mirai，在日本售價是700萬日元，疊加日本政府補貼後相當於500萬日元，對應人民幣約30萬元。與傳統燃油乘用車相比，依然屬於價格較高的水平。

從氫燃料電池汽車動力系統成本構成來看，佔比最大的是燃料電池系統，其造價約佔總成本的三分之二，還有氫氣儲存系統和其他配件。要降低燃料電池系統成本，首要問題就是降低燃料組電池成本。現在燃料電池組的成本是1000-2000美元/kW，如果未來要取得商業化，並與內燃機汽車競爭，燃料電池的成本必須降到50美元/kW。而降低燃料電池系統核心組件成本，迅速擴大銷售規模都是大幅降低燃料電池汽車總成本的主要途徑。

燃料電池組中最重要、成本佔比最大的是質子交換膜、電極(催化劑和擴散膜)、雙極板。

1.質子交換膜是燃料電池的核心，也是成本佔比最大的組件

目前國內企業主要向美國杜邦公司採購，每平米質子交換膜成本約為400美金以上，一般每輛氫燃料電池汽車需要20平米以上，整車光質子交換膜成本就需要5萬元，按照豐田最新Mirai燃料電池汽車售價30萬元來算，光質子交換膜就佔到整車成本15%以上。

2.鉑金催化劑成本較高，降低使用量或尋求替代品成為當前的重要研究主題

催化劑是發生電化學反應的關鍵成分，目前質子交換膜燃料電池的陰極和陽極有效催化劑仍以鉑和鉑碳顆粒為主，鉑貴金屬催化劑用量大和質子交換膜成本高是燃料電池成本居高不下的重要原因。

2014年豐田氫燃料SUV車型每輛車使用的鉑金為100克，預計未來將減少到30克左右，按照GFMS預計，2016年鉑金平均價格達到每盎司1,005美元，相當於每輛車的燃料電池系統僅鉑金催化劑成本就有2萬多元，佔目前燃料電池汽車整車成本的6%以上。如果整車的催化劑用量真的能夠降低到豐田預期的30克，其對應的成本就能降低到6000多元。

為了降低鉑的使用量，各大公司進行了持續研究，近幾十年來，膜電極上催化劑鉑的負載量從10mg/cm2降到了0.02mg/cm2，降低了近200倍。比如美國能源部燃料電池技術辦公室FCTO用新的d-PtNi催化劑替代了NSTFPtCoMn催化劑，使得燃料電池系統的價格下降了1.85美元/kW；豐田公司力求通過改進鉑金材料的鍍層技術來降低鉑金催化劑的使用量。如果未來貴金屬催化劑負載量能夠大幅降低，或者能被其他成本更低的催化劑取代，那麼燃料電池系統放量的機會也將大幅提升。

質子交換膜的大規模應用及其他燃料電池其他部件優化，都會給燃料電池系統帶來較大的成本下降空間。

3.表面改性的多塗層結構金屬雙極板將大幅優化鍍層成本

雙極板是輸送和分配燃料的重要組件。過去主要用石墨製作雙極板，它具有良好的導電性、導熱性和耐腐蝕性，但石墨的脆性造成了加工困難，因此加工費用非常高，加上比較不易減薄厚度，因此綜合成本較高。

近兩年，金屬板如不鏽鋼、鋁、鈦、鎳等材料具有強度高、加工性能好、導電導熱性強、成本低等優點，開始在部分領域替代石墨雙極板。不過金屬板在高溫及酸性環境下易腐蝕，因此主流做法是在金屬雙極板表面鍍上金屬防護層。

我們認為，表面改性的多塗層結構金屬雙極板具備更大的發展空間，也能解決石墨雙極板存在高成本問題。比如，瑞典Impact Coatings公司推出的一種Ceramic MaxPhase陶瓷塗層，將其塗在不鏽鋼板上來防腐蝕，該技術在節約成本上體現出顯著優勢，可將燃料電池的鍍層成本降低到每千瓦5美元，並有望提早達到2017年美國能源部目標的每千瓦1美元。

4.規模化生產也會使得燃料電池系統價格下降

規模生產也將大幅降低燃料電池成本，因此，成本下降和銷量上升是相輔相成的關係。

根據美國能源部燃料電池技術辦公室(FCTO)的研究，當生產1000套質子交換膜燃料電池系統時，燃料電池堆棧的成本為154美元/kW，燃料電池系統的成本為216美元/kW而生產10000套質子交換膜燃料電池時，燃料電池堆棧的成本大幅下降到了61美元/kW，燃料電池系統大幅下降到103美元/kW。

以豐田Mirai為例，其燃料電池系統輸出功率為114kW，如果年生產1000輛燃料電池汽車，每輛車的燃料電池系統價格為2.4萬美金，而生產10000輛燃料電池汽車，每輛車的燃料電池系統價格僅為1.2萬美金。

總之，經過對構成主要成本的關鍵組件質子交換膜、催化劑和雙機板進行成本優化，同時加速推動規模化生產，燃料電池汽車的成本就能大幅下降。以豐田為例，其於2014年12月15日推出的燃料電池汽車Mirai在日本的售價為700萬日元左右，享受政府補貼後500萬日元，折合人民幣29.85萬左右，已經達到初步向市場推廣的基礎。

二、燃料電池汽車產業配套更加完善

目前制氫成本、運輸氫氣成本較高，以及加氫站等基礎設施不完善都對燃料電池汽車發展構成制約。

從常規認知不同的是，我們拆解用戶常規加燃料成本來測算，氫氣並不比汽油車貴。按照日本石油前期發布的液化氫價格1000日元/kg，豐田Mirai的氫氣罐每次可以加氫氣5kg，一次加滿氫氣罐需要5000日元，按照現行匯率相當於人民幣298元。按續航力650km測算，每公裡不到五毛錢。而常規2.0T汽油車每公裡約花費7-8毛錢。也就是說，目前用戶的日常加氫成本還會低於加油成本。如果未來制氫成本進一步下滑，燃料電池汽車給用戶帶來的邊際成本改善就更加明顯，行業發展有機會加速。

1.工業制氫已經部分得到解決，生物質及太陽能制氫值得期待

氫主要以化合物存在於自然界，例如水、天然氣、石油中。目前，大約有95%的氫氣來自於石油化工業。工業化氫氣製備方式有很多種，目前來看，天然氣轉換制氫或石油化工等工業活動副產品氫氣分離性價比較高。

短期內氫氣製備主要靠電解水和天然氣、甲醇、煤等燃料製備。

（1）以天然氣、石油、甲醇為原料裂解製取氫氣是當今製取氫氣最主要的方法。目前，美國大部分氫氣是通過大規模天然氣轉化而來，這是目前成本較低且環保的製備氫氣的方法。

（2）在生產合成氨、合成甲醇、石油煉製等工業過程中氫氣作為一種副產品可以被生產和分離出來。

（3）水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。但水電解制氫能耗仍高，一般每立方米氫氣電耗為 4.5-5度左右，因此，工業制氫一般不用這種方式。

從中期來看，制氫技術主要基於可再生資源如生物質制氫。生物質資源豐富，是重要的可再生能源，生物質可通過氣化和微生物進行制氫，目前仍比較考驗轉化技術。

長期來看，以太陽能為基礎的零排放制氫技術將成為可能，目前這種技術的轉化率還比較低，但是已經被日本廠商用作太陽能加氫站，作為臨時性和補充性的一種氫燃料補給方式存在。2015年12月25日，本田技研工業設置於和光本社大廈的SHS加氫站正式開始使用，SHS加氫站使用本田獨自開發的高壓水電解系統PowerCreator為核心，使用太陽能發電而來的電力運轉，實現無排放的氫生產。

2、氫氣運輸不存在明顯困難

目前，氫氣運輸方式有低溫液體油罐卡車、氣體管拖車、鐵路及駁船。氫氣長期以來在工業中有廣泛運用，加氫站氫氣運輸與工業應用中點對點運輸類似，因此傳統的氫氣運輸方式可以廣泛應用於燃料電池汽車產業。

3、加氫站少、用戶加氫難的問題將逐步改善

（1）類似加油站的加氫站建設需要政府推動——歐美及日韓政府正在加大充氫站建設

截至2013年年底，投入使用的全球加氫站總數已達到208座，計劃再建造127座，加氫站的建設正逐步走向網絡化。近兩年，加氫站建設速度有所加快。

以德國為例，德國計劃2023年之前將加氫站的數量將增加到400個，這意味著德國將成為第一個有基本加氫站網絡的國家，屆時加氫站將分布在德國整個高速公路的網絡中，至少每隔90公裡有一個加氫站，至少在每個大都市區內有10個加氫站。2013年，共有六個工業夥伴加入「氫氣移動倡議」，同意在德國國內投資共3.5億歐元建造全國的網絡。

美國也在力推加氫站建設。2015年8月加州眾議院通過了第八號法案，表示加州政府將一共撥款2億美元於2024年之前建設不少於100個的公共加氫站。法案還規定加氫站的氫氣來源也必須是可再生能源，如地熱、水電、海浪能、海洋熱能、潮汐能、太陽能、風能、生物能、城市固體垃圾轉換的氣體、填埋氣等。目前，加州已經有十家公共加氫站，此外，加州還有48個加氫站在建。

日本此前計劃在2016年3月底之前在國內建成100家加氫站，專門滿足氫燃料電池車能量補充需求，促進新能源車型的發展，減少環境汙染。日本政府在過去三年中撥款17.8億美元，用於加氫站的建設與運營，計劃在加氫站建設方面做到世界領先，滿足豐田Mirai以及其它本土氫燃料電池車的需求。除政府之外，車廠和加油站運營商也加入到加氫站建設陣營中。2015年7月，日本三大汽車製造商豐田、日產和本田近期宣布，計劃聯合投資60億日元(約合4892萬美元)支持日本氫氣站的建設與運營。JX日礦日石能源於2014年12月下旬在日本神奈川縣海老名市的加油站內建立了第一個加氫站，並計劃以東京圈為中心新建40個加氫站。

韓國貿易、工業和能源部表示，2016至2020計劃將會推動新能源車的增長，屆時混動車、插電式混動車、純電動車以及氫燃料電池車在整體新車銷量的份額中可達到20%。政府計劃到2020年在全國建設80座用於燃料電池車的加氫站，2016年將建設13座加氫站。

（2）太陽能加氫站將成為大型加氫站的有效補充

和燃油車一樣，車輛行駛在路上，突然發現快沒油了怎麼辦？路邊如果能有小型的加油站能夠加一點油，使其能夠支撐到大興加油站加油即可。同樣的道理，相比類似加油站的大型加氫站，SHS太陽能加氫站是大型加氫站的有效補充和擴展。它體積較小，對於建設用地和氫氣儲藏設施沒有額外特殊要求，它可以鋪設成數量更大、更廣泛的臨時加氫網，以便滿足氫燃料電池汽車的臨時性加氫需要。

前面所說的日本本田技研工業的SHS加氫站是典型的太陽能加氫站，也是世界上首個同時具備氫氣的製造、貯藏、填充機能的設備，同時，也是這類設備中首個實用化的。此前，本田已經於琦玉市、北九州市與巖谷產業株式會社協力設置了由本田獨自開發的SHS加氫站。

（3）移動加氫車更加靈活方便

2015年12月，豐田公司與Air Products公司合作，在加州新建設的加氫站建成前，為消費者提供氫氣。Air Product公司的移動加氫車使用蓄電池以及太陽能發電制氫，加氫車每次可以為Mirai加注半個罐氫氣，提供150英裡的續航裡程。移動加氫車的儲氫能力為85kg，每罐可以滿足30多輛車的加氫需求。

三、燃料電池汽車新陣營即將形成——傳統車廠的彎道超車？

幾年前，燃料電池陣營非常薄弱，除了豐田、現代、通用等幾家廠商，其他車廠積極性並不太高。而燃料電池廠商如加拿大Ballard等也並沒有向下遊燃料電池汽車領域整合。這導致了前些年燃料電車汽車一直處於相對邊緣化的狀態，產業呼聲不高。

但是，出於對傳統化石燃料儲量及溫室效應的擔憂，以及傳統車廠企圖以新模式和新能源來實現對鋰電池汽車的彎道超車，於是氫能+燃料電池的呼聲開始走高，新陣營逐步形成。

1、對傳統化石燃料儲量及溫室效應的擔憂催生氫能+燃料電池應用滲透率提升

傳統汽車是石油消耗大戶，且內燃機的能效轉換率低，隨著世界能源短缺和對石油供需缺口將放大的擔憂，汽車產業開始發生變化。有數據顯示，按目前化石燃料的消費量和儲量，石油只能消費45-50年，天然氣只能消費50-60年，煤炭消費200-220年。因此歐美和日本都在積極尋找可再生能源替代化石燃料。氫能是儲量最豐富的可再生能源之一。

傳統汽車的大量使用加劇了汽車尾氣的排放，這是造成全球溫室效應的重要原因之一，目前世界汽車保有量已突破10億輛，預計2020年全球汽車保有量將進一步大幅提升，二氧化碳等溫室氣體排放加大引起人們的擔憂。如我們前文所說，2009年12月，聯合國氣候變化大會在丹麥哥本哈根召開，經過與會各方努力，全球主要溫室氣體排放國家達成了減排目標，減少化石燃料燃燒成為減排的重要途徑，而燃料電池恰恰可以將燃燒變為電化學反應，提升能效轉換率，減少二氧化碳或其他廢棄氣體的排放。氫能+燃料電池將帶來清潔能源變革。

氫能被視為21世紀以來最具發展潛力的清潔能源，人類對氫能應用在200年前就產生了興趣，到20世紀70年代以來，世界上許多國家和地區就廣泛開展了氫能研究。

氫氣是一種二次、可再生能源，它可以由水製取，且不產生碳排放。而且水是地球上最為豐富的資源，有數據顯示，如果把海水中的氫全部提取出來，它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大 9000 倍，儲量驚人、用之不竭，因此不少專家認為氫氣有可能形成水-氫轉換、持續發展的良性循環。隨著國際氣候開始惡化，以及生產生活中各環節對石油石化能源依賴程度的不斷加深，人們對氫能的興趣越來越大。

2、傳統車廠企圖依靠燃料電池實現彎道超車

2012年特斯拉全新電動車系列「Model S」首輛電動跑車正式交付再次引發了新能源汽車的新一輪高潮，各大車廠紛紛推出新能源汽車，多個國家也大力出臺各種扶持政策促進新能源汽車的發展，特斯拉引領的鋰電池純電動車進入快速發展期，包括特斯拉、中國的比亞迪、吉利等廠商均在鋰電池汽車領域進行了高度垂直一體化布局，而網際網路、消費電子行業新廠商如蘋果、樂視等也基於對消費電子的理解去做鋰電池汽車，產業火爆一時無兩。

在這個過程中，歐系、美系、日系的傳統車廠的準備顯得相對不足，為了實現對鋰電池汽

車產業的彎道超車，燃料電池技術路線開始得到關注。尤其是最近幾年，鋰動力電池汽車在不斷放量的同時也逐步開始面臨礦產資源瓶頸、回收難、可能造成的汙染大等問題，而與之相伴的是燃料電池技術快速提高、氫能源存儲及加氫站建設得到改善、燃料電池綜合成本快速下降等各種有利於燃料電池汽車發展的條件逐步具備，有專家認為，燃料電池汽車將是汽車工業的終極目標。我們看到，傳統車廠可能希望通過燃料電池汽車向鋰電池汽車廠商發出挑戰。

燃料電池汽車對戰鋰電池汽車，將是大潮流所造成的力量對壘，已經不是價格、性能等各方面因素所能囊括的因素。無論哪一方取勝，在未來很長一段時間內，我們將看到各種技術路線並駕齊驅。

四、燃料電池產業化周期長，不能靠民間投資，政策必須先行

我們研究了目前上市的幾家燃料電池廠商，並結合調研國內的國內外非上市燃料電池廠商數據，發現幾個有意思的數據作為參考（由於數據並不全面，僅代表我們的一些觀點）。

一、相比其他技術路線和應用領域，汽車用質子交換膜燃料電池廠商近一兩年收入增長加速，也側面驗證了燃料汽車行業正在發生一些微妙的好的變化，已經開始給響應的燃料電池廠商帶來明顯的銷售增量。

二、燃料電池及核心配件廠，一般基礎營業費用需要幾千萬-上億美金。由於燃料電池產業涉及到材料和電化學反應、系統級應用等各類基礎性關鍵研究，多數燃料電池廠商的基礎研發投入較大，每年至少要在大幾百萬美金。

三、銷售額超過四五千萬美金的燃料電池廠商基本可以覆蓋掉成本費用，規模化效應在燃料電池行業體現非常明顯。小廠商一般需要承受較長時間的研發投入和市場推廣期。

四、由於以上原因，燃料電池屬於壁壘高、產業化周期長、對基礎研究要求高的「硬骨頭」，因此，近兩三年燃料電池行業的民間投資積極性有所下降。我們認為，作為未來可能帶來清潔能源變革的重要行業之一，在燃料電池及燃料電池汽車領域，政策必須先行。

1、近年來全球燃料電池民間投資積極性有所下滑

近年來全球燃料電池投資有所下滑。按照DOE從VC、PE、OTC和PIPE等各類投資案中拿到的數據，2012年至2014年，全球燃料電池總投資7.36億美元，而2011年到2013年總投資為10.39億美元，2010年到2012年總投資為8.54億美元，這裡面，2012年和2013年是燃料電池投資的高峰。

2014年燃料電池領域投資規模最大前五筆VC/PE投資分別為6,300萬美元、5,000萬美元、500萬美元、130萬美元和30萬美元，總共1.2億美元。其中，燃料電池行業最大的一筆投資是由新加坡國家投資公司完成，對香港一家質子交換膜燃料電池系統生產商Intelligent Energy Holdings投資了6,300萬美元。

部分投資的數據無法獲取，例如DAG Ventures LLC投資了Oorja Fuel Cells等，但無論如何，我們看到由於燃料電池產業周期長，民間投資的意願並不明確，尤其是用於分布式發電等領域的廠商大多依靠於政府補貼。

2、乘用車燃料電池廠商融資有向好的苗頭

近年來，針對乘用車市場的及小型工業移動電源市場的燃料電池廠商融資有向好的苗頭。比如豐田和本田的燃料電池車型銷量超預期，還比如PhystechVentures和NorthEnergyVentures此前投資了俄羅斯一家質子交換膜燃料電池企業ATEnergy，幫助這就家公司開發無人機和通信基站備用電源燃料電池系統。或許重要的原因是，這些應用能夠得政府和廠商的多方面支持，且產業化周期相對較短。此外，燃料電池系統成本下降加速、規模化效應開始逐步顯現也是重要原因。

3、上市或增發融資都是解決燃料電池廠商巨大投入的重要途徑

為了支持巨額研發和產品的商業化推廣，燃料電池廠商也不斷尋求上市和增發進行融資。2014年， Fuel Cell Energy、PlugPower、Ceramic Fuel Cells Ltd.、Hydrogenics Corporation、SFC Energy和AFC Energy等公司均募集了資金，Intelligent Energy、my FC Holding、Powe rCell Sweden AB等公司也分別在倫敦和納斯達克上市。

4、日本燃料電池產業發展的啟示

日本是全球發展燃料電池，尤其是燃料電池汽車最積極的國家，也是在這個領域推動得最成功的國家。除了對環保的重視之外，我們認為還有其本身石化燃料等資源儲備不豐富等原因。過去30年時間，以日本經產省為代表的日本政府先後投入上千億日元用於燃料電池汽車和氫能的基礎科學研究、技術攻關和示範推廣。日本政府對燃料電池產業的持續補貼、稅收減免和各類研發投入、產業化扶持使得它在氫燃料電池領域具有一定的壟斷性，除了強大的技術儲備，還有數量龐大的在手專利，強大的領頭羊廠商豐田、本田等。

燃料電池是最環保的一種清潔能源，而且是可再生能源中唯一能夠產業化地作為汽車動力源的技術路線，無論是基於環保的考慮，還是基於未來對石化燃料危機的擔憂，燃料電池產業發展意義重大，而燃料電池汽車也將成為鋰電池汽車的一種有效補充。

從日本在燃料電池領域的發展路徑得到的啟示是：對於燃料電池而言，政策必須先行，產業才能跟上。

我國從2001年的「863計劃電動汽車重大專項」項目確定的三縱三橫戰略中就包括燃料電池汽車；2015年《中國製造2025》規劃綱要出臺，其中明確提出未來國家將繼續支持燃料電池汽車的發展；2015年底，科技部「十三五」新能源汽車重點專項布局中再次提及燃料電池動力系統；近日，國家發改委和國家能源局在系統內部印發《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》，並同時發布了《能源技術革命重點創新行動路線圖》，提出15項重點創新任務，其中包括了氫能與燃料電池技術創新，戰略方向包括氫的製取/儲運及加氫站、先進燃料電池、燃料電池分布式發電，並且布局了重點任務、創新目標和創新行動。

或許，政策將開啟燃料電池及燃料電池汽車行業發展的大潮。在產業未變待變之際，我們期待看到更多的變化。

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