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鉑催化劑降本新啟示?莊信萬豐在中國簽署首份燃料電池回收合同

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全球可持續(xù)發(fā)展技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者莊信萬豐(JM)已經(jīng)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(guān)鍵組成部分,由世界領(lǐng)先的燃料電池堆技術(shù)供應(yīng)商之一韻量科技(Unilia)提供。

雖然一開始用于精煉的材料數(shù)量不多,但JM公司有足夠的能力和實(shí)力擴(kuò)大其設(shè)施規(guī)模,以滿足未來幾年的預(yù)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(yīng)對這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。平均而言,JM公司使用的鉑族金屬約有80%是內(nèi)部采購的,這為JM公司作為汽車催化劑和燃料電池領(lǐng)域的全球領(lǐng)先企業(yè)創(chuàng)造了彈性的金屬供應(yīng)。

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(shí)優(yōu)美科(Umicore),三者全球市占率占比約90%,國內(nèi)市場占有率約70%。已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)(大于10kg/批次),而且性能穩(wěn)定,可靠性高。

莊信萬豐在中國的PGM服務(wù)商主管Simon Wang說:”基于PGM的燃料電池在交通脫碳方面至關(guān)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(bào)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(chuàng)建一個循環(huán)經(jīng)濟(jì),為他們提供一些世界上最稀缺的金屬,同時(shí)推動長期的循環(huán)和再利用”。

預(yù)計(jì)全球PGM的二次供應(yīng)將以每年大約3-5%的速度增長。與初級供應(yīng)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(shí),回收還提供了這些稀缺資源的供應(yīng)安全,隨著全球供應(yīng)鏈的中斷,這一點(diǎn)變得越來越重要。

鉑催化劑,圖源網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)下,氫能源汽車大多采用燃料電池,其中氫燃料電池技術(shù)一大亟須解決的痛點(diǎn)在于催化劑?;跉淙剂想姵毓ぷ髟恚?dāng)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(xiàn)代氫燃料動力車Nexo SUV為例,這是唯一一款公布了鉑含量數(shù)據(jù)的量產(chǎn)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(shù)區(qū)域開采且開采難度大,價(jià)格不菲,截至2022年8月中旬,鉑金的交易價(jià)格為每克31美元,僅鉑成分一項(xiàng)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(jìn)口,國內(nèi)不少企業(yè)看中這一潛在市場紛紛爭相入局,“跑馬圈地”。

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(yè)務(wù)是回收利用廢舊電池、電子廢棄物等廢棄資源循環(huán)再造高技術(shù)產(chǎn)品,是中國對電子廢棄物、廢舊電池進(jìn)行經(jīng)濟(jì)化、規(guī)?;h(huán)利用的領(lǐng)先企業(yè)之一。

公司成立了氫燃料電池材料研究中心,研發(fā)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(jié)構(gòu)催化劑的開發(fā)。

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(chǔ)上研發(fā)鉑的高端應(yīng)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(yè)內(nèi)同類企業(yè)一樣,格林美氫燃料電池的回收業(yè)務(wù)量并不大。格林美表示,目前其研發(fā)的Pt/C催化劑與行業(yè)頭部企業(yè)同系列產(chǎn)品性能相當(dāng)。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(shù)的研究。

2、貴研鉑業(yè)股份有限公司

貴研鉑業(yè)股份有限公司(簡稱:貴研鉑業(yè),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(lǐng)域布局較早, 作為貴金屬新材料龍頭,貴研鉑業(yè)已建立較為完整的貴金屬產(chǎn)業(yè)鏈體系,是國內(nèi)目前唯一在貴金屬材料領(lǐng)域擁有系列核心技術(shù)和完整創(chuàng)新體系、集產(chǎn)學(xué)研為一體的上市公司。

在氫燃料電池催化劑方面,貴研鉑業(yè)表示目前涉及的主要還是燃料電池用鉑碳催化劑的研發(fā),但尚處于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段,尚無商品化的產(chǎn)品。

今年6月,億華通與貴研鉑業(yè)子公司達(dá)成戰(zhàn)略合作,雙方將在燃料電池催化劑產(chǎn)品研究開發(fā)及鉑資源回收等領(lǐng)域積極尋求合作機(jī)會,發(fā)揮各自在氫燃料電池開發(fā)、新材料技術(shù)方面的優(yōu)勢,著力解決燃料電池鉑成本高及資源短缺等問題。

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(chuàng)立于2008年武漢光谷,是國家高新技術(shù)企業(yè)。公司集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售氫燃料電池及其核心部件等環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品為一體。公司在燃料電池領(lǐng)域擁有自主知識產(chǎn)權(quán)近百余項(xiàng),其中發(fā)明專利占比50%以上,擁有自主職時(shí)產(chǎn)權(quán)的Pt催化劑、膜電極、電堆及車用動力系統(tǒng),已被國內(nèi)外多家企業(yè)采購,應(yīng)用氫燃料電池發(fā)動機(jī)系列已成功裝車,正常運(yùn)行近10萬公里。

當(dāng)前,武漢喜馬拉雅Pt/C催化劑日產(chǎn)能力達(dá)到200g;催化劑粒徑2-3nm之間;電化學(xué)活性面積可達(dá)90m2/g;量產(chǎn)Pt/C 催化劑主要包括40wt%、50wt%、60wt%、70wt%幾種規(guī)格,具有高活性、高穩(wěn)定性、低成本優(yōu)勢。

4、中自環(huán)??萍脊煞萦邢薰?/strong>

中自環(huán)??萍脊煞萦邢薰荆ü善贝a:688737,簡稱:中自科技)致力于天然氣(CNG/LNG)、柴油、汽油等燃料發(fā)動機(jī)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(shù)研發(fā),是一家集技術(shù)、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體的國家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。

在氫燃料電池電催化劑方面,中自科技目前鉑碳催化劑產(chǎn)品相關(guān)的批量化生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)全部進(jìn)場,即將完成調(diào)試,待調(diào)試完成后將形成公斤級批量生產(chǎn)能力。公司已完成向多個國內(nèi)外主流氫燃料電池生產(chǎn)商進(jìn)行送樣,并在耐久測試中表現(xiàn)出了較好的性能與競爭力,得到了相關(guān)下游廠商的初步認(rèn)可。

另外,公司承擔(dān)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高性能/抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術(shù)與批量制備”的子課題“催化劑工業(yè)化量產(chǎn)”目前正按計(jì)劃推進(jìn),在合金催化劑技術(shù)方案論證及工藝參數(shù)優(yōu)化方面滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo);在小批量產(chǎn)方面已經(jīng)完成1g→10g/批次→100g/批次優(yōu)化放大,且放大前后催化劑的物性結(jié)構(gòu)保持一致,催化活性無明顯降低,批次內(nèi)和批次間的一致性較穩(wěn)定,預(yù)計(jì)中試設(shè)備的設(shè)計(jì)產(chǎn)能可以達(dá)到≥200g/批次、≥50kg/年。

據(jù)悉,中自科技的上市募投項(xiàng)目“氫能源燃料電池關(guān)鍵材料研發(fā)能力建設(shè)項(xiàng)目”將以現(xiàn)有貴金屬高分散、高穩(wěn)定等核心技術(shù)為基礎(chǔ),以燃料電池用電催化劑的開發(fā)、電解水制氫用催化劑的開發(fā)等為研發(fā)方向,最終將服務(wù)應(yīng)用于氫燃料電池機(jī)動車行業(yè)。

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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高性能/抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術(shù)與批量制備”的研發(fā)。

5、上海濟(jì)平新能源科技有限公司

上海濟(jì)平新能源科技有限公司(簡稱“濟(jì)平新能源”)是國內(nèi)第一家實(shí)現(xiàn)氫能和燃料電池催化劑批量化生產(chǎn)的科技型企業(yè)。自2020年成立以來持續(xù)為下游客戶提供燃料電池催化劑、電解水制氫催化劑等產(chǎn)品,并提供技術(shù)解決方案。

濟(jì)平新能源擁有全國首條完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動催化劑生產(chǎn)產(chǎn)線,單條產(chǎn)線年產(chǎn)量可達(dá)2噸,產(chǎn)值超6億元。企業(yè)已經(jīng)研制出多款催化劑產(chǎn)品,各項(xiàng)指標(biāo)均超同類進(jìn)口產(chǎn)品,同時(shí)在此基礎(chǔ)上,研發(fā)第二代合金催化劑和第三代非鉑催化劑。

濟(jì)平新能源催化劑產(chǎn)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(jì)平催化劑占國產(chǎn)催化劑市場份額達(dá)95%以上,并實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)催化劑出口零的突破。

目前,該公司催化劑自動化產(chǎn)線已投入生產(chǎn),催化劑年產(chǎn)量2噸,其性能較同類進(jìn)口催化劑有明顯提升,同時(shí)價(jià)格比進(jìn)口產(chǎn)品低15%以上,真正做到打破國際技術(shù)封鎖,降低下游客戶成本。

據(jù)了解,濟(jì)平新能源催化劑業(yè)務(wù)范圍已覆蓋行業(yè)眾多龍頭企業(yè),濟(jì)平依靠穩(wěn)定的性能、經(jīng)濟(jì)的價(jià)格、高效的供貨、專業(yè)的技術(shù)支持與完善的客戶服務(wù)獲得眾多國內(nèi)MEA、電堆公司的認(rèn)可,2019年濟(jì)平催化劑占國產(chǎn)催化劑市場份額達(dá)85%以上。

目前,濟(jì)平新能源在不斷完善現(xiàn)有技術(shù)的同時(shí)也在研發(fā)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(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。

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(xué)、南京市麒麟科技創(chuàng)新園以及江蘇啟迪科技園發(fā)展有限公司共同創(chuàng)辦的高新技術(shù)企業(yè),從事燃料電池核心原材料的研發(fā)、生產(chǎn)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(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術(shù)服務(wù)。

南京東焱擁有多項(xiàng)發(fā)明專利,擁有質(zhì)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(chǎn)品。南京東焱氫燃料電池催化劑產(chǎn)品曾獲得“高新技術(shù)產(chǎn)品”稱號,銷往國內(nèi)外知名氫燃料電池領(lǐng)域公司。

7、氫電中科(廣州)新能源設(shè)備有限公司

氫電中科(廣州)新能源設(shè)備有限公司(簡稱:氫電中科)作為核心材料催化劑國產(chǎn)化的重要推動者,憑實(shí)力突破國際對中國氫燃料電池核心材料的“卡脖子”封鎖。

當(dāng)前,公司氫燃料電池催化劑產(chǎn)品及產(chǎn)線設(shè)備擁有完全獨(dú)立自主核心知識產(chǎn)權(quán),目前擁有4項(xiàng)發(fā)明授權(quán)、11項(xiàng)發(fā)明公布和3項(xiàng)實(shí)用新型專利。

氫電中科于2019年11月完成中試生產(chǎn),2020年進(jìn)入量產(chǎn)階段,2021年擴(kuò)產(chǎn)后達(dá)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(zhì)量管理體系認(rèn)證,是國內(nèi)氫燃料電池催化劑優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)商。同時(shí),氫電中科的鉑碳催化劑和鉑基系列催化劑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。

此外,氫電中科第二代儲備產(chǎn)品——鉑合金催化劑已實(shí)現(xiàn)完全自主研發(fā),采用自制的鉑碳為原材料制備合金,能夠便捷實(shí)現(xiàn)粒徑和活性組分調(diào)控。

在性能方面,氫電中科產(chǎn)品的質(zhì)量活性高、比表面積大、堿土金屬離子溶出低、穩(wěn)定性高。

氫電中科透露,目前用于PEM制氫陰極析氫側(cè)的鉑黑、鉑碳催化劑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,可以應(yīng)用于電解水制氫電解槽。

8、寧波中科科創(chuàng)新能源科技有限公司

寧波中科科創(chuàng)新能源科技有限公司(簡稱:中科科創(chuàng)),專注于具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能貴金屬基納米催化劑開發(fā)。已推出的HiCa系列納米貴金屬催化劑適用于氫-氧(空)質(zhì)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(chǎn)品具有金屬載量高,粒徑小且可控、可調(diào)、分散度高,組成和結(jié)構(gòu)一致性好,分散性佳等技術(shù)特點(diǎn),雙金屬催化劑同時(shí)具有合金化程度高的優(yōu)勢,活性高、耐久性好。

依托于中科院上海高等研究院人才隊(duì)伍和技術(shù)優(yōu)中科科創(chuàng)現(xiàn)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(chuàng)主推的是高載量Pt/C催化劑,目前擁有規(guī)模化批量制備技術(shù)——獨(dú)創(chuàng)晶格壓應(yīng)力;載量可調(diào),粒徑小且可控、可調(diào),突破規(guī)?;苽浣M成和結(jié)構(gòu)一致性的關(guān)鍵技術(shù),且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了公斤級規(guī)?;苽?。

目前中科科創(chuàng)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。

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(fā)與生產(chǎn)、催化應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)、廢舊貴金屬催化劑的回收及再加工等業(yè)務(wù),為我國精細(xì)化工領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的貴金屬催化劑供應(yīng)商,開發(fā)的多種貴金屬催化劑產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。自西安凱立成立以來,已研究、開發(fā)出了活性炭負(fù)載,氧化物負(fù)載,有機(jī)物負(fù)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(yīng)工藝技術(shù)。

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(nèi)少數(shù)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)催化劑,并將其批量搭載至膜電極上的燃料電池核心關(guān)鍵材料制造企業(yè)。

擎動科技于2017年自主開發(fā)出第一款催化劑和膜電極產(chǎn)品,并在2019年投產(chǎn)自主開發(fā)的卷對卷直接涂布法的膜電極生產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)了從催化劑材料、膜電極設(shè)計(jì)、CCM涂布到膜電極封裝的全生產(chǎn)工藝流程國產(chǎn)化。

目前,擎動科技已在蘇州、常熟、上海和河南布局四大研發(fā)與生產(chǎn)中心,建成了年產(chǎn)1000kg的催化劑產(chǎn)線、年產(chǎn)200萬片的全自動膜電極直接涂布生產(chǎn)線和膜電極封裝生產(chǎn)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(zhàn)略整合后,擎動科技將成為氫晨科技的全資子公司,并繼續(xù)相對獨(dú)立的運(yùn)營。

當(dāng)前,鉑金屬稀缺的問題已經(jīng)引起了重視,同時(shí),高成本等現(xiàn)實(shí)因素也成為了催化劑突破面臨的問題。事實(shí)上,一直以來,我國都在從國外大量進(jìn)口燃料電池催化劑,不僅成本高昂,且封鎖了相關(guān)技術(shù)。這也直接產(chǎn)生了連鎖反應(yīng),成本上,不斷疊加的關(guān)鍵零部件造成燃料電池電堆產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)困難;技術(shù)上,極大程度地限制了我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化,推升下游產(chǎn)品技術(shù)壁壘增加。

降低成本與提高利用率一直是鉑催化劑商業(yè)化應(yīng)用期待突破的難關(guān),我國需要盡快突破燃料電池催化劑“卡脖子”技術(shù),擁有自主研發(fā)的氫燃料電池相關(guān)的催化劑專利,從源頭上解決氫能源的第一道關(guān)。

此番莊信萬豐聯(lián)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(huán)利用體系的形成,保障大規(guī)模市場應(yīng)用時(shí)的穩(wěn)定供應(yīng),對行業(yè)通過商業(yè)模式降本實(shí)現(xiàn)鉑催化劑成本突破這一方式給予新的啟示。

編輯:敬之

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