政策+技术支持，氢能产业加速发展。氢能源具有“能量密度高、零排放、效率高、来源广、可再生”的特点，氢能的发展有助于推动全球能源结构由化石能源向清洁能源转变。在全球碳中和目标下，一系列氢能产业支持政策陆续出台，叠加技术积累，制氢、储氢发展前景广阔，是双碳目标的重要载体。目前储氢环节仍以高压气态储氢和低温液态储氢为主，其成本高、密度低、安全性差的缺陷制约着氢能大规模商业化，而固态储氢属于常压储氢路线，其在提升储氢密度及降低成本等方面具有较高的发展潜力，有望在未来解决储氢困局。
　　固态储氢优于气液态储氢，发展潜力巨大。储氢方式分为固态、气态和液态储氢三种。目前气态储氢技术成熟，但储氢密度低；液态储氢在液化过程中能耗高、易挥发、成本高，皆不是首选储氢方式。固态储氢兼具可靠、安全、体积效率高的优点，具有巨大发展潜力。固态储氢中，物理吸附类储氢脱附氢能力强，但适用场景有限；配位氢化物理论储氢密度高，但放氢速度缓慢，可逆性差；水合物储氢成本低，但储氢密度不足；金属基储氢材料储氢密度大，安全性强，综合性能更加优异。
　　储能密度高+成本低+安全性强，镁基储氢在固态储氢材料中脱颖而出。镁基储氢密度是气态储氢的1000倍、液态储氢的1.5倍，储氢密度高；储氢过程中化学反应简单，无需额外的低温、高压装置，成本低；存储及运输过程条件简单，安全性强。镁基储氢由于其巨大潜力近年来获得了大量关注，多所高校研究所对镁基储氢进行了深入研究；此外，镁资源丰富、反应过程环保也使其在储氢环节具备得天独厚的优势。
　　镁基储氢应用场景不断拓展，或将在冶金及煤化工领域率先运用。镁基材料只有在高温下才有优异的吸附氢性能，这是制约镁基储氢发展的一大痛点，冶金和煤化工领域工作温度高，恰好弥补了镁基材料的缺陷，冶金和煤化工有望在镁基储氢的帮助下降低碳排放量。随着镁基储氢技术日渐完善，氢储能具备就地消纳清洁能源能力，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。随着国家对氢能产业的重视，未来镁基储氢有机会在氢能源汽车行业发挥巨大作用。
　　相关标的：与重庆大学合作有望加速镁储氢实现产业化，多项目即将投产具备高成长性的云海金属。
　　风险提示：商业化进程存在不确定性;镁价剧烈波动风险
　　

研究报告全文：TableTitle氢风已至镁基储氢为镁行业提供新机遇小金属TableReportDate行业深度报告20230919评级TableRank看好核心观点TableAuthorsTableSummary吴轩政策技术支持氢能产业加速发展氢能源具有能量密度高零排有色行业首席分析师放效率高来源广可再生的特点氢能的发展有助于推动全球能SAC执证编号S0110521120001wuxuan123sczqcomcn源结构由化石能源向清洁能源转变在全球碳中和目标下一系列氢能电话021-58820297产业支持政策陆续出台叠加技术积累制氢储氢发展前景广阔是双碳目标的重要载体目前储氢环节仍以高压气态储氢和低温液态储氢刘崇娜为主其成本高密度低安全性差的缺陷制约着氢能大规模商业化有色行业研究助理而固态储氢属于常压储氢路线其在提升储氢密度及降低成本等方面具liuchongnasczqcomcn电话010-81152687有较高的发展潜力有望在未来解决储氢困局固态储氢优于气液态储氢发展潜力巨大储氢方式分为固态气态和市场指数走势最近TableChart1年液态储氢三种目前气态储氢技术成熟但储氢密度低液态储氢在液化过程中能耗高易挥发成本高皆不是首选储氢方式固态储氢兼02小金属沪深300具可靠安全体积效率高的优点具有巨大发展潜力固态储氢中物理吸附类储氢脱附氢能力强但适用场景有限配位氢化物理论储氢019301023144------Jul密度高但放氢速度缓慢可逆性差水合物储氢成本低但储氢密度SepNovFebAprSep不足金属基储氢材料储氢密度大安全性强综合性能更加优异-02储能密度高成本低安全性强镁基储氢在固态储氢材料中脱颖而出资料来源聚源数据镁基储氢密度是气态储氢的1000倍液态储氢的15倍储氢密度高储氢过程中化学反应简单无需额外的低温高压装置成本低存储相关研究及运输过程条件简单安全性强镁基储氢由于其巨大潜力近年来获得TableOtherReport镁建筑模板兼具经济性及高性能需了大量关注多所高校研究所对镁基储氢进行了深入研究此外镁资求元年开启镁电池潜力无限的下一代高性能源丰富反应过程环保也使其在储氢环节具备得天独厚的优势电池突破方向镁基储氢应用场景不断拓展或将在冶金及煤化工领域率先运用镁基材料只有在高温下才有优异的吸附氢性能这是制约镁基储氢发展的一大痛点冶金和煤化工领域工作温度高恰好弥补了镁基材料的缺陷冶金和煤化工有望在镁基储氢的帮助下降低碳排放量随着镁基储氢技术日渐完善氢储能具备就地消纳清洁能源能力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国家对氢能产业的重视未来镁基储氢有机会在氢能源汽车行业发挥巨大作用相关标的与重庆大学合作有望加速镁储氢实现产业化多项目即将投产具备高成长性的云海金属风险提示商业化进程存在不确定性镁价剧烈波动风险请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明行业深度报告证券研究报告目录1氢能发展不断提速拉动储氢材料广阔市场111氢能双碳目标的重要载体112成本高密度低是液体储氢和气态储氢的主要缺陷313兼具安全性及高效率固态储氢发展潜力大52固态储氢百花齐放镁基储氢优势瞩目621固态储氢材料安全性强储氢效率高6211物理吸附类储氢脱附氢能力强适用场景有限6212金属基储氢储氢密度大安全性强7213配位氢化物放氢速度缓慢可逆性差7214水合物储氢成本低储氢密度不足722镁基储氢密度高成本下降空间巨大7221高储氢密度高安全性镁基储氢材料性能优势显著8222镁基储氢化学反应简单研究团队雄厚具备技术优势9223镁资源丰富可满足镁基储氢大规模应用10224镁基础能环境友好符合安全环保要求1123降低吸附氢所需温度是镁基储氢发展关键11231纳米化减小颗粒尺寸改善吸附氢速率11232合金化有效降低吸附氢温度11233添加催化剂综合提升储氢性能12234复合轻金属配位氢化物提高储氢容量123冶金及煤化工或率先运用镁基储氢储能应用前景广阔1231氢冶金技术是冶金行业减排的重要方向12311氢能是炼铁过程中减少CO2排放的关键12312绿氢耦合加快煤炭的高效清洁利用1432镁储氢有助电网大规模调峰和跨季节跨地域储能1533镁基储氢有望赋能新能源汽车16331我国加氢站建设加速中首个固态加氢站落地17332合金储氢解决氢燃料汽车安全难题184相关标的云海金属185风险提示19插图目录图1氢能产业示意图1图2未势能源第二代70MPa-57L型储氢4图3未势能源型储氢结构4图4首个工业规模LOHC绿色氢气进口方案5图5液态有机氢载体运氢示意图5图6常见固态储氢罐圆柱形冷却管5图7常见固态储氢罐盘管式换热器5图8储氢合金吸放氢的示意图6图9全国首台吨级镁基固态储运氢车9请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明行业深度报告证券研究报告图10镁基储氢氢化反应过程示意图9图11自然界镁资源主要存在形式10图122022年全球菱镁矿产量分布11图132022年全球镁锭产量分布11图14吸放氢过程与颗粒大小的关系示意图11图15氢冶金四步走发展线路图13图16微波氢气还原铁矿石结构示意图14图17绿氢耦合煤化工系统示意14图18合成氨生产产业链示意15图19甲醇生产产业链示意15图20含氢能流的电气能源互联系统结构示意图16图212018-2022年中国燃料电池汽车产销情况17图22气氢液氢加氢站工作原理17图23小虎岛电氢智慧能源站18图24云海金属2012-2023H1营业收入19图25云海金属2012-2023H1年归母净利润19表格目录表1氢能重点政策2表2典型制氢技术的成熟度生产规模和碳排放强度对比2表3典型储氢技术对比3表4现有氢液化理论原理及应用情况4表5固态储氢材料储氢量高6表6物理吸附类储氢材料优劣势7表7金属基储氢材料优劣势7表8配位氢化物储氢材料优劣势7表9镁基储氢材料储氢量高8表10镁基储氢运营成本低8表11镁基储氢研究团队介绍9表12资源储量及分布地区10表13不同镁基合金储氢性能12表14全球氢能炼钢试验项目的技术的投资与减排效果13表15云海金属产品介绍18请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明行业深度报告证券研究报告1氢能发展不断提速拉动储氢材料广阔市场11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图1氢能产业示意图资料来源氢能工业现状技术进展挑战及前景首创证券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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明1行业深度报告证券研究报告表1氢能重点政策时间部门政策意义20204财政部工业关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策对燃料电池汽车的购置补贴采取以奖代补的和信息化部等的通知方式争取年内建立氢能汽车完整产业链优先发展可再生能源开发应用替代油气的新型20204国家能源局中华人民共和国能源法征求意见稿燃料从改革创新和推动新技术产业化角度推动氢能发20206国家能源局2020年能源工作指导意见展202010国务院新能源汽车产业发展规划20212035攻克氢能储运加氢站车载储氢等氢燃料电池年技术健全氢燃料制储运关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体坚持节能优先提升可再生能源氢能利用比例20212国务院系的指导意见因地制宜发展氢能关于组织开展十四五第一批国家能源研大力发展氢燃料电池的使用推动燃料电池电动20216国家能源局发创新平台认证工作的通知汽车能耗及续航里程车载氢系统等标准的制定鼓励绿氢炼化二氧化碳耦合控制甲醇等降碳工202110国务院十四五全国清洁生产推行方案程202110国务院中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发推进经济社会发展全面绿色转型加快构建清洁展理念做好碳达峰碳中和工作的意见低碳安全高效能源体系提高对外开放绿色低碳拓展了氢能在交通运输领域的应用推广氢燃料发展水平202110国家能源局2030年前碳达峰行动方案动力重型货运车辆关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳稳步构建氢能产业体系完善氢能制储输202111国资委中和工作的指导意见用一体化布局202111工信部十四五工业绿色发展规划提高清洁能源的比重鼓励氢能的应用202112国务院十四五节能减排综合工作方案推动绿色转型助力实现碳达峰20223发改委能源关于十四五推动石化化工行业高质量发加速石化化工行业变革提高清洁生产水平促局等六部门展的指导意见进了氢能的发展氢能产业发展中长期规划将氢能作为未来能源体系的重要组成部分保障20223发改委20212035年了战略地位加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建20224教育部为实现碳达峰碳中和目标提供人才储备设工作方案资料来源氢能产业政策及商业化模式分析首创证券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表1典型制氢技术的成熟度生产规模和碳排放强度对比氢气工艺路线技术成熟度生产规模标准立方米小时碳排放千克CO2千克H2煤制氢成熟10002010419灰氢天然气制氢成熟2002010410煤制氢CCS示范论证1000201042天然气重整制氢CCS示范论证200201041甲醇裂解制氢成熟50500825蓝氢芳烃重整副产氢成熟有焦炉煤气副产氢成熟有氯碱副产氢成熟有水电解制氢初步成熟0014104绿氢核能制氢基础研究请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明2行业深度报告证券研究报告生物质制氢基础研究光催化制氢基础研究资料来源中国氢能技术发展现状与未来展望首创证券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1020min在不考虑排队的情况下加一次氢气需近05h2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30MPa300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12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114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65wt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574C爆炸极限广至475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表3典型储氢技术对比储氢技术高压气态储氢低温液态储氢固态金属储氢有机溶液储氢储氢密度1057511001010550100wt技术成熟成本低充放不需要压力容器氢纯度储氢密度高成本较低优点储氢密度高氢纯度高氢快工作条件较宽高安全性较高运输便利副反应产生杂质气体脱储氢密度低存在泄漏安液化过程能耗高易挥放氢率低吸放氢有温度缺点氢反应需高温催化剂易全隐患发成本高要求储氢材料循环性差结焦失活国外商业化国内仅航空应用情况成熟商业化研发阶段研发阶段领域资料来源中国氢能技术发展现状与未来展望首创证券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1840gL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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明3行业深度报告证券研究报告图2未势能源第二代70MPa-57L型储氢图3未势能源型储氢结构资料来源全球氢能网首创证券资料来源全球氢能网首创证券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706kgm3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表4现有氢液化理论原理及应用情况氢液化理论提出者时间原理应用情况高压气体经膨胀机绝热膨胀做功气体带膨胀机的液化循环在气克劳德液化循环理论乔治克劳德1902年内能得以消耗提高制冷循环效率获体液化和分离工艺中应用得更大的温降和冷量最广将克劳德液化循环使用液氮进行预冷德国慕尼黑附近英戈尔斯蒂莫豪斯弗林等1989克劳德预冷却液化理论却与节流循环相比液化效率提高50-塔特的氢液化工厂自年701992年运行至今1995年中航101所引进使用二次氦气制冷机液化氢气由氦制氦制冷氢液化系统南迪萨兰吉等1994年氦制冷氢液化机保障航天冷循环提供氢冷凝液化所需的冷量器液氢燃料供应资料来源氢气低温液化与储运技术进展首创证券管道和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吨氢气请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明4行业深度报告证券研究报告图4首个工业规模LOHC绿色氢气进口方案图5液态有机氢载体运氢示意图资料来源全球氢能网首创证券资料来源全球氢能网首创证券13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图6常见固态储氢罐圆柱形冷却管图7常见固态储氢罐盘管式换热器资料来源镁基固态储氢材料研究进展首创证券资料来源镁基固态储氢材料研究进展首创证券物理吸附类储氢材料的工作原理是运用范德华力对氢气的吸附作用提高材料对氢气的吸附作用物理吸附类储氢材料使氢分子更容易更牢固地吸附在微孔材料的表面或孔腔中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主要包括1碳基储氢材料活性炭碳纳米管碳纳米纤维2无机多孔储氢材料沸石海泡石硅藻土等3金属有机框架储氢材料MOFs金属基储氢材料储氢合金是指在一定温度和氢气压力下能可逆地大量吸收储存和释放氢气的金属间化合物在一定的温度和压力下金属和氢气接触会发生反应生请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明5行业深度报告证券研究报告成金属氢化物来进行储氢金属氢化物经加热又可以释放出氢由此实现合金的循环储氢主要包括镁基储氢镁合金储氢其他金属化合物储氢钛基储氢稀土基储氢图8储氢合金吸放氢的示意图资料来源北京大学官网首创证券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76wt体积储氢密度110kgm3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MgH2Mg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21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表5固态储氢材料储氢量高储氢方式分类储氢量wt气态储氢高压气态储氢40-57低温液态储氢57液态储氢有机液态储氢57物理吸附储氢10-120金属合金储氢10-80固态储氢配位氢化物储氢106理论值水合物储氢022-112资料来源国际氢能网首创证券211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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明6行业深度报告证券研究报告表6物理吸附类储氢材料优劣势材料优势劣势碳基储氢材料安全性高成本低寿命长吸放高吸氢对温度压强有一定要氢条件合适求制作成本高无机多孔储氢材料选择性吸附气体高吸氢对温度压强有要求金属有机框架储氢材料可逆能实现高速氢吸附常温下储氢量低资料来源固体储氢材料的研究进展首创证券212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表7金属基储氢材料优劣势材料优势劣势稀土基吸放氢条件温和吸放氢速率快对杂质不敏感平衡压差小储氢量小吸氢后金属晶胞体积膨胀大易粉化镁基储量丰富理论储氢量和体积储氢密度高成本低对温度要求高循环稳定性差钛基资源丰富制备简单价格低廉吸放氢条件温和抗毒性能较差对温度压强要求高钒基常温常压下进行可逆吸放氢循环高稳定性所需成本高锆基反应速度快吸氢量大循环寿命长没有滞后效应合金成本高稳定性较差较难活化资料来源国际氢能网固体储氢材料的研究进展首创证券213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表8配位氢化物储氢材料优劣势材料具体物质优势劣势NaAlH4理论储氢量高催化机理尚不清楚铝氢化物LiAlH4理论储氢量高可逆性差KAlH4理论储氢量高不需要催化剂理论储氢量低LiBH4理论储氢量极高吸放氢温度高放氢速度慢可逆性差硼氢化物NaBH4理论储氢量高放氢效率低MgBH42理论储氢量高放氢过程复杂碱金属氨基化物LiNH2理论储氢量高放氢过程伴随氨气资料来源固体储氢材料的研究进展首创证券214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160170m3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22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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明7行业深度报告证券研究报告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221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15倍具体3而言MgH2储氢重量密度可达76体积储氢密度可达105kgm同其他类金属储氢材料相比具有明显优势表9镁基储氢材料储氢量高材料合金种类储氢量wt镁基储氢材料MgH2760TiFe189钛基储氢材料TiMn2200钒基储氢材料VH2380镧基储氢材料LaNi5137资料来源固体储氢材料的研究进展固态金属储氢技术在加氢站领域的应用及展望首创证券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100300500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表10镁基储氢运营成本低100km300km500km高压气态储氢7元公斤21元公斤35元公斤低温液态储氢18元公斤20元公斤22元公斤镁基固态储氢4元公斤12元公斤20元公斤资料来源维科网首创证券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20MPa高压长管拖车的3倍以上是常规气态储氢34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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明8行业深度报告证券研究报告图9全国首台吨级镁基固态储运氢车资料来源澎湃新闻首创证券222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图10镁基储氢氢化反应过程示意图资料来源固体储氢材料的研究进展首创证券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表11镁基储氢研究团队介绍名称介绍最新进展上海交通大学丁文江院士从事先进镁合金研究30多年从事氢2019年由氢枫能源和上海交大团队联合成立氢科学特别是固态镁基储氢材料的应用研发10余储上海科技有限公司实施项目落地2022丁文江院士团队年2019年创建上海交通大学氢科学中心致年推出镁基固态储氢车2023年推出首台吨级请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明9行业深度报告证券研究报告力于氢科学领域的前瞻性基础研究镁基固态储氢车潘复生院士团队依托国家镁合金材料工程技术研2021年重庆大学与广东省国研科技研究中心有重庆大学究中心在围绕国家重大战略需求和镁产业迫切限公司签订固态镁基储氢材料及技术开发与应需求突破若干关键技术和解决核心难题过程中潘复生院士团队用合作协议自然形成的邹建新教授围绕镁基能源和结构材料开展了深入2023年上海交通大学氢科学中心邹建新教授团上海交通大学研究目前负责材料基因组国家重点研发计划项队在国际知名期刊ACSNano上发表了纳米氢邹建新教授团队目轻质高强镁合金集成计算与制备研究方向化镁的研究成果在先进纳米镁复合储氢材料方为镁基储氢材料镁电池和燃料电池系统面取得重要进展资料来源上海交通大学氢科学中心重庆大学新闻网首创证券223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图11自然界镁资源主要存在形式资料来源亚洲金属网首创证券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表12资源储量及分布地区资源储量分布地区菱镁矿58亿吨辽宁山东西藏新疆甘肃等盐湖资源氧化镁4281亿吨硫酸镁1722亿吨西藏自治区的北部和青海省柴达木盆地白云石40亿吨以上山西宁夏河南吉林等全国遍及资料来源Wind华通白银网首创证券请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明10行业深度报告证券研究报告图122022年全球菱镁矿产量分布图132022年全球镁锭产量分布1037中国中国海外海外6390资料来源USGS首创证券资料来源USGS首创证券224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23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MgH2Mg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MgH2Mg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231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图14吸放氢过程与颗粒大小的关系示意图资料来源镁基固态储氢材料研究进展首创证券232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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明11行业深度报告证券研究报告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MgMgH2储氢体系的储氢性能表33不同镁基合金储氢性能-1合金HkJmolH2储氢量wtMg2Ni64536Mg2Si3645Mg2FeH687055Mg095In00568153Mg3Ag68221Mg3La810289Mg2CoH579045资料来源镁基固态储氢材料研究进展首创证券233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MgMgH2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MgMgH2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234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31氢冶金技术是冶金行业减排的重要方向311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18t的CO2排放2023年预计世界钢铁需求量将继续增长22达到18814亿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报告在综合考虑中远期钢产请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明12行业深度报告证券研究报告量变化趋势和钢铁工业双碳愿景的基础上提出我国氢冶金发展按四步走的建议图15氢冶金四步走发展线路图资料来源破题深度脱碳氢冶金将成重要发展方向首创证券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HYBRITSALCOS和H2FutureSusteel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表14全球氢能炼钢试验项目的技术的投资与减排效果国别技术手段预期减排投资需求备注说明应用氢的试验高如果按照与现有技术中的细煤粉喷吹设备为日本四家大型钢铁企炉作业与普通的减少近10-相同规模设想推测每座高炉将需要几十亿业高炉作业相比日元规模的投资915亿人民币研氢还原炼铁工艺发每座高炉投韩国降低15以上-开发成功资大约25亿元人民币HRBRIT的生产成本大约比传统炼钢工艺高出2030通过欧盟排放交易体系HYBRIT项目ETS随着可再生能源成本的下降和二有望减少瑞典中试阶段的投资将氧化碳排放成本的增加预计这一成本差距HYBRIT项目瑞CO2排放总量花费14亿瑞典克氢还原炼铁工艺将会随之缩小HYBRIT技术需要大量廉典的10降低朗瑞典能源署出价的可再生电力所有氢气均是通过利用电芬兰CO2总量资接近50解方式将电流通过水中而获得虽然此工艺的7属于能源密集型但是如果所需电力可以再生那么整个工艺的碳排放可以忽略不计SALCOS项目德国氢还原炼铁工艺减排5085--MIDREXH2美国氢还原炼铁工艺减排80--奥钢联绿色氢气生产-1800万欧元项目周期是45年资料来源中国氢能产业高质量发展前景首创证券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技术是指将二请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明13行业深度报告证券研究报告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图16微波氢气还原铁矿石结构示意图资料来源氢冶金基础研究和新工艺探索首创证券312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排放大大缩减图17绿氢耦合煤化工系统示意资料来源绿氢耦合现代煤化工发展路径研究首创证券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以上目前请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明14行业深度报告证券研究报告我国的合成氨产量近6000万ta其中4500万吨来自煤炭消耗约5000万吨标准煤排放近15亿吨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15亿吨的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16亿吨的CO2排放图18合成氨生产产业链示意图19甲醇生产产业链示意资料来源绿氢耦合现代煤化工发展路径研究首创证券资料来源绿氢耦合现代煤化工发展路径研究首创证券32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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明15行业深度报告证券研究报告图20含氢能流的电气能源互联系统结构示意图资料来源面向规模化风电消纳的电-气-氢能源互联系统协同规划首创证券储氢技术的发展与P2G技术相辅相成共同促进电网跨季节跨地域储能电转气技术powertogasP2G是一种用于电网和天然气系统耦合的技术它使能量以甲烷的形式从电网流向天然气系统电转气过程首先是电解水将水分离成H2和O22H2O2H2O2其次一部分H2和O2在高温高压下转化成人造甲烷合成效率6080另一部分H2则是以绿氢的形式储存下来用于电网大规模调峰也可以用作其他用氢途径镁储氢作为当前最具经济价值的固态储氢方法其安全性单位体积储氢量大等特点进一步支撑风电光伏发电量消纳33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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明16行业深度报告证券研究报告图212018-2022年中国燃料电池汽车产销情况产量销量4000350030002500200015001000500020182019202020212022资料来源Wind首创证券331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322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图22气氢液氢加氢站工作原理资料来源加氢站核心装备制造方法与关键技术研究首创证券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请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明17