小金屬行業(yè)深度報告：“氫”風(fēng)已至鎂基儲氫為鎂行業(yè)提供新機遇

目錄氫能發(fā)展不斷提速拉動儲氫材料廣闊市場 1氫能：碳目的重要體 1成本+密度是液體氫和氣儲氫的要缺陷 3兼具安性及效率固儲氫發(fā)潛力大 5固態(tài)儲氫百花齊放鎂基儲氫優(yōu)勢矚目 6固態(tài)儲材料全性強氫效率高 6物理附類儲脫附氫力強用場景限 6金屬儲氫儲密度大安全性強 7配位化物放速度緩慢可逆差 7水合儲氫成低儲密度不足 7鎂基儲密度高成本下空間巨大 7高儲密度高安全性鎂基儲材料性優(yōu)顯著 8鎂基氫化學(xué)應(yīng)簡單研究團雄厚備術(shù)優(yōu)勢 9鎂資豐富滿足鎂儲氫大模應(yīng)用 10鎂基能環(huán)境好符安全環(huán)要求 降低吸氫所溫度是基儲氫展關(guān)鍵 納米減小顆尺寸善吸附速率 合金有效降吸附氫度 添加化劑綜提升儲性能 12復(fù)合金屬配氫化物高儲氫量 12冶金及煤化工或率先運用鎂基儲氫儲能應(yīng)用前景闊 12氫冶金術(shù)是金行業(yè)排的重方向 12氫能煉鐵過中減少CO2排放關(guān)鍵 12綠氫合加快炭的高清潔利用 14鎂儲氫助電大規(guī)模峰和跨節(jié)、跨域能 15鎂基儲有望能新能汽車 16我國氫站建加速中首個固加氫站地 17合金氫解決燃料汽安全難題 18相關(guān)標(biāo)的：云海金屬 18風(fēng)險提示 19插圖目錄圖1氫能業(yè)示意圖 1圖2未勢源第代70MPa-57LⅣ型氫 4圖3未勢源Ⅳ型儲結(jié)構(gòu) 4圖4首個業(yè)規(guī)模LOHC色氫進(jìn)口方案 5圖5液態(tài)機氫載運氫示圖 5圖6常見態(tài)儲氫——圓形冷卻管 5圖7常見態(tài)儲氫——盤式換熱器 5圖8儲氫金吸放的示意圖 6圖9全國臺噸級基固態(tài)運氫車 9圖10鎂儲氫氫反應(yīng)過示意圖 9圖自然界資源主存在形式 10圖122022年全球鎂礦產(chǎn)分布 圖132022年全球錠產(chǎn)量布 圖14吸氫過程顆粒大的關(guān)系意圖 圖15氫金“步走發(fā)展路圖 13圖16微氫氣還鐵礦石構(gòu)示意圖 14圖17綠耦合煤工系統(tǒng)意 14圖18合氨生產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽?15圖19甲生產(chǎn)產(chǎn)鏈?zhǔn)疽?15圖20含能流的－氣能互聯(lián)系結(jié)構(gòu)示圖 16圖212018-2022中國料電池車產(chǎn)銷況 17圖22氣、液氫氫站工原理 17圖23小島電氫慧能源站 18圖24云金屬2012-2023H1營收入 19圖25云金屬2012-2023H1年母凈利潤 19表格目錄表1氫能點政策 2表2典型氫技術(shù)成熟度生產(chǎn)規(guī)和碳放度對比 2表3典型氫技術(shù)比 3表4現(xiàn)有液化理原理及用情況 4表5固態(tài)氫材料氫量高 6表6物理附類儲材料優(yōu)勢 7表7金屬儲氫材優(yōu)劣勢 7表8配位化物儲材料優(yōu)勢 7表9鎂基氫材料氫量高 8表10鎂儲氫運成本低 8表鎂基儲研究團介紹 9表12資儲量及布地區(qū) 10表13不鎂基合儲氫性能 12表14全氫能煉試驗項的技術(shù)投資與排果 13表15云金屬產(chǎn)介紹 18氫能發(fā)展不斷提速拉動儲氫材料廣闊市場氫能：雙碳目標(biāo)的重要載體圖1氫能產(chǎn)業(yè)示意圖資料來源：《氫能工業(yè)現(xiàn)狀、技術(shù)進(jìn)展、挑戰(zhàn)及前景》，政策支持技術(shù)突破，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。表1氫能重點政策時間 部門 政策 意義2020.4和信息化部等國家能源局2020.4和信息化部等國家能源局2020.6國家能源局2020.10國務(wù)院2021.2國務(wù)院2021.6國家能源局2021.10國務(wù)院2021.10國務(wù)院2021.10國家能源局2021.11國資委2021.11工信部2021.12國務(wù)院2022.3發(fā)改委、能源

《關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》

對燃料電池汽車的購置補貼采取“以獎代補”的方式，爭取年內(nèi)建立氫能汽車完整產(chǎn)業(yè)鏈《華民和能法征意稿》 優(yōu)發(fā)可生源開應(yīng)替油的型燃料《2020年源作導(dǎo)見》 從革新推新術(shù)業(yè)角推氫發(fā)展年》《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導(dǎo)意見》《關(guān)于組織開展“十四五”第一批國家能源研發(fā)創(chuàng)新平臺認(rèn)證工作的通知》

攻克氫能儲運、加氫站、車載儲氫等氫燃料電池技術(shù)，健全氫燃料制、儲、運堅持節(jié)能優(yōu)先，提升可再生能源氫能利用比例，因地制宜發(fā)展氫能大力發(fā)展氫燃料電池的使用，推動燃料電池電動汽車能耗及續(xù)航里程、車載氫系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)的制定“四”國潔產(chǎn)行案》 鼓綠煉、氧碳合制醇降工程《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》

推進(jìn)經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系，提高對外開放綠色低碳《2030年碳峰動案》 拓了能交運領(lǐng)的用推氫料動力重型貨運車輛《關(guān)于推進(jìn)中央企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做好碳達(dá)峰碳中和工作的指導(dǎo)意見》

穩(wěn)步構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)體系，完善氫能制、儲、輸、用一體化布局“四”業(yè)色展劃》 提清能的重鼓氫的用“四”能排合作案》 推綠轉(zhuǎn)，力現(xiàn)達(dá)峰局等六部門

《關(guān)于“十四五”推動石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》

加速石化化工行業(yè)變革、提高清潔生產(chǎn)水平，促進(jìn)了氫能的發(fā)展2022.3 發(fā)委 《能業(yè)展長規(guī)（2021—2035年》2022.4 教部 《強達(dá)碳和等育才養(yǎng)系建設(shè)工作方案》資料來源：《氫能產(chǎn)業(yè)政策及商業(yè)化模式分析》，

將氫能作為未來能源體系的重要組成部分，保障了戰(zhàn)略地位為實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供人才儲備（CCS）氫氣 工藝路線技術(shù)成熟度生產(chǎn)規(guī)模（標(biāo)準(zhǔn)立方米/氫氣 工藝路線技術(shù)成熟度生產(chǎn)規(guī)模（標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時）碳排放（千克CO2/千克H2）灰氫 煤氫成熟1000~20×10419天然氣制氫成熟200~20×10410煤制氫+CCS示范論證1000~20×1042天然氣重整制氫+CCS示范論證200~20×1041甲醇裂解制氫成熟50~5008.25芳烴重整副產(chǎn)氫成熟—有焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫成熟—有氯堿副產(chǎn)氫成熟—有綠氫 水解氫初步成熟0.01~4×104—核能制氫基礎(chǔ)研究——藍(lán)氫生質(zhì)氫 基研究 — —光化氫 基研究 — —資料來源：《中國氫能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望》，20min0.5h。(35MPa70MPa)(30MPa，300以上成本高+密度低是液體儲氫和氣態(tài)儲氫的主要缺陷6.5wt%（質(zhì)量百分比62千克/574°C4%~75%儲氫技術(shù)分為兩個方向：物理儲氫和化學(xué)儲氫。表3典型儲氫技術(shù)對比儲技術(shù) 高氣儲氫 低液儲氫 固金儲氫 有溶儲氫儲氫密度/wt%

1.0~5.7 5.1~10.0 1.0~10.5 5.0~10.0優(yōu)點 技成，本，氫快，工作條件較寬

儲密高氫度高 不要力器氫高

儲氫密度高，成本較低，安全性較高，運輸便利缺點 儲密低存泄全隱患

液化過程能耗高，易揮發(fā)，成本高

放氫率低，吸放氫有溫度要求，儲氫材料循環(huán)性差

副反應(yīng)產(chǎn)生雜質(zhì)氣體，脫氫反應(yīng)需高溫，催化劑易結(jié)焦失活應(yīng)情況 成商化 國商化國僅空領(lǐng)域資料來源：《中國氫能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望》，

研階段 研階段20MPa15MPa圖2未能第二代70MPa-57LⅣ儲氫 圖3未能Ⅳ儲結(jié)構(gòu)資料來源：全球氫能網(wǎng)， 資料來源：全球氫能網(wǎng)，低溫液態(tài)儲氫解決了高壓氣體儲氫體積儲氫密度低的問題，但其液化過程能耗高，易揮發(fā)，成本高。低溫液態(tài)儲氫將氫氣冷卻至-253℃，液化儲存于低溫絕熱液氫罐中，845表4現(xiàn)有氫液化理論原理及應(yīng)用情況氫液化論 提出者時間 原理 應(yīng)用情況克德化環(huán)論 喬·勞/1902年蒂莫豪斯、弗林等/1989

高壓氣體經(jīng)膨脹機絕熱膨脹做功，氣體內(nèi)能得以消耗，提高制冷循環(huán)效率，獲得更大的溫降和冷量。將克勞德液化循環(huán)使用液氮進(jìn)行預(yù)冷

帶膨脹機的液化循環(huán)在氣體液化和分離工藝中應(yīng)用最廣德國慕尼黑附近英戈爾斯克勞德預(yù)冷卻液化理論

年 卻與流環(huán)比化率提高70%使用二次氦氣制冷機液化氫氣，由氦制

塔特的氫液化工廠，自1992年運行至今1995年，中航101所引進(jìn)氦冷液系統(tǒng) 南、蘭等/1994年資料來源：《氫氣低溫液化與儲運技術(shù)進(jìn)展》，

冷循環(huán)提供氫冷凝液化所需的冷量

氦制冷氫液化機保障航天器液氫燃料供應(yīng)LOHC5000(NH3)(LOHC)19000儲存容量下，只能攜帶13噸氫氣。圖4首工規(guī)模LOHC綠氣口案 圖5液有氫體氫意圖資料來源：全球氫能網(wǎng)， 資料來源：全球氫能網(wǎng)，兼具安全性及高效率固態(tài)儲氫發(fā)展?jié)摿Υ髨D6常固儲罐柱冷管 圖7常固儲罐管換器資料來源：《鎂基固態(tài)儲氫材料研究進(jìn)展》， 資料來源：《鎂基固態(tài)儲氫材料研究進(jìn)展》，物理吸附類儲氫材料的工作原理是運用范德華力對氫氣的吸附作用，提高材料對（MOFs）圖8儲氫合金吸放氫的示意圖資料來源：北京大學(xué)官網(wǎng)，可以使得NaAlH4度7.6wt%110kg/m3,（≥300℃）MgH2/Mg固態(tài)儲氫百花齊放鎂基儲氫優(yōu)勢矚目固態(tài)儲氫材料安全性強儲氫效率高表5固態(tài)儲氫材料儲氫量高儲氫方式 分類 儲氫量氣儲氫 高氣儲氫 4.0-5.7液儲氫 低液儲氫 >5.7有液儲氫 >5.7物吸儲氫 1.0-12.0固態(tài)儲氫資料來源：國際氫能網(wǎng)，

金合儲氫 1.0-8.0配氫物氫 10.6（論水物0.22-11.2物理吸附類儲氫材料脫附氫能力強，但條件嚴(yán)格。表6物理吸附類儲氫材料優(yōu)劣勢材料 優(yōu)勢 劣勢碳儲材料 安性；本；命；氫條件合適

高吸氫對溫度、壓強有一定要求；制作成本高無機多孔儲氫材料金屬有機框架儲氫材料

選性附體 高氫溫、強要求可；實高氫附 常下氫低資料來源：《固體儲氫材料的研究進(jìn)展》，金屬基儲氫儲氫密度大安全性強步提升。表7金屬基儲氫材料優(yōu)劣勢材料優(yōu)勢劣勢稀土基吸放氫條件溫和；吸放氫速率快；對雜質(zhì)不敏感；平衡壓差小儲氫量小；吸氫后金屬晶胞體積膨脹大、易粉化鎂基儲量豐富；理論儲氫量和體積儲氫密度高；成本低對溫度要求高；循環(huán)穩(wěn)定性差鈦基資源豐富、制備簡單、價格低廉、吸放氫條件溫和抗毒性能較差；對溫度、壓強要求高釩基常溫常壓下進(jìn)行可逆吸放氫循環(huán)高穩(wěn)定性所需成本高鋯基反應(yīng)速度快；吸氫量大；循環(huán)壽命長；沒有滯后效應(yīng)合金成本高；穩(wěn)定性較差；較難活化資料來源：國際氫能網(wǎng)，《固體儲氫材料的研究進(jìn)展》，氫材料。表8配位氫化物儲氫材料優(yōu)劣勢材料具體物質(zhì)優(yōu)勢劣勢鋁氫化物NaAlH4LiAlH4催化機理尚不清楚可逆性差KAlH4理論儲氫量高；不需要催化劑理論儲氫量低硼氫化物L(fēng)iBH4NaBH4理論儲氫量極高理論儲氫量高吸放氫溫度高；放氫速度慢；可逆性差放氫效率低Mg(BH4)2理論儲氫量高放氫過程復(fù)雜堿金屬氨基化物L(fēng)iNH2理論儲氫量高放氫過程伴隨氨氣資料來源：《固體儲氫材料的研究進(jìn)展》，水合物儲氫成本低儲氫密度不足1m3160~170m3高儲氫密度10001.5表9鎂基儲氫材料儲氫量高材料合金種類儲氫量（wt%）鎂基儲氫材料MgH27.60鈦基儲氫材料TiFeTiMn21.892.00釩基儲氫材料VH23.80鑭基儲氫材料LaNi51.37資料來源：《固體儲氫材料的研究進(jìn)展》，《固態(tài)金屬儲氫技術(shù)在加氫站領(lǐng)域的應(yīng)用及展望》，100300500表10鎂基儲氫運營成本低100km300km500km高壓氣態(tài)儲氫7元/公斤21元/公斤35元/公斤低溫液態(tài)儲氫18元/公斤20元/公斤22元/公斤鎂基固態(tài)儲氫4元/公斤12元/公斤20元/公斤資料來源：維科網(wǎng)，2023412401MPa3（氣態(tài)儲氫）3—4圖9全國首臺噸級鎂基固態(tài)儲運氫車資料來源：澎湃新聞，鎂基儲氫化學(xué)反應(yīng)簡單，無副產(chǎn)物，控制性良好。單質(zhì)鎂可以在高溫條件下與氫氣反應(yīng)生成MgH2，化學(xué)反應(yīng)方程式簡單，反應(yīng)過程中沒有其他產(chǎn)物。圖10鎂基儲氫氫化反應(yīng)過程示意圖資料來源：《固體儲氫材料的研究進(jìn)展》，表11鎂基儲氫研究團隊介紹名稱 介紹 最新進(jìn)展上海交通大學(xué)丁文江院士團隊

3010年，2019

2019年，由氫楓能源和上海交大團隊聯(lián)合成立氫儲（上海）科技有限公司，實施項目落地。2022年，推出鎂基固態(tài)儲氫車。2023年推出首臺噸級力氫學(xué)域前性礎(chǔ)究。 鎂固儲車。

潘復(fù)生院士團隊依托國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心，在圍繞國家重大戰(zhàn)略需求和鎂產(chǎn)業(yè)迫切需求、突破若干關(guān)鍵技術(shù)和解決核心難題過程中自然形成的。鄒建新教授圍繞鎂基能源和結(jié)構(gòu)材料開展了深入研究，目前負(fù)責(zé)材料基因組國家重點研發(fā)計劃項目“輕質(zhì)高強鎂合金集成計算與制備”，研究方向為鎂基儲氫材料，鎂電池和燃料電池系統(tǒng)。

2021“2023ACS資料來源：上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心，重慶大學(xué)新聞網(wǎng)，鎂資源豐富可滿足鎂基儲氫大規(guī)模應(yīng)用40USGS20221700。9090%。圖11自然界鎂資源主要存在形式表12資源儲量及分布地區(qū)

資料來源：亞洲金屬網(wǎng)，資儲量 分布地區(qū)菱礦 5.8噸 遼、東西、疆甘等鹽資源 氧化鎂42.81億、酸鎂17.22億噸 西自區(qū)北和海柴木白石 40億以上 山、夏河、林全遍及資料來源：，華通白銀網(wǎng)，圖122022全菱礦量布 圖132022全鎂產(chǎn)分布37%63%10%90%中國 中國37%63%10%90%海外 海外資料來源：USGS， 資料來源：USGS，鎂基礎(chǔ)能環(huán)境友好符合安全環(huán)保要求要選擇。降低吸附氫所需溫度是鎂基儲氫發(fā)展關(guān)鍵MgH2MgH2善MgH2/Mg納米化減小顆粒尺寸改善吸附氫速率MgH2尺寸的納米化可以調(diào)控?zé)崃W(xué)和動力學(xué)性能，有利于氫分子的吸附和擴散。當(dāng)塊體MgH2H2HH圖14吸放氫過程與顆粒大小的關(guān)系示意圖資料來源：《鎂基固態(tài)儲氫材料研究進(jìn)展》，合金化有效降低吸附氫溫度MgMg和H生成次穩(wěn)定的氫化物而降低MgH2/放氫反應(yīng)提供大量Mg/MgH2表33不同鎂基合金儲氫性能合金ΔH(kJ·mol-1H2)儲氫量（wt%）Mg2Ni64.53.6Mg2Si36.45Mg2Fe(H6)87.05.5Mg0.95In0.0568.15.3Mg3Ag68.22.1Mg3La81.02.89Mg2CoH579.04.5資料來源：《鎂基固態(tài)儲氫材料研究進(jìn)展》，添加催化劑綜合提升儲氫性能Mg/MgH2HH2Mg/MgH2復(fù)合輕金屬配位氫化物提高儲氫容量用輕金屬配位氫化物與MgH2構(gòu)建復(fù)合材料可以顯著增加體系的儲氫容量，改善氫冶金技術(shù)是冶金行業(yè)減排的重要方向CO2排放的關(guān)鍵用。冶金業(yè)碳排放量巨大，急需降低碳排放量以滿足碳中和目標(biāo)。1t1.8tCO218.81490%的碳CO2H22060量變化趨勢和鋼鐵工業(yè)“雙碳”愿景的基礎(chǔ)上，提出我國氫冶金發(fā)展按四步走的建議：圖15氫冶金“四步走”發(fā)展線路圖資料來源：《破題深度脫碳?xì)湟苯饘⒊芍匾l(fā)展方向》，家也已經(jīng)投入部分氫能煉鋼項目。歐洲有3個項目是基于氫能煉鋼的：HY?BRIT、SALCOSH2Future/Susteel表14全球氫能煉鋼試驗項目的技術(shù)的投資與減排效果國別 技術(shù)手段 預(yù)期減排 投資需求 備注說明業(yè)

應(yīng)用氫的試驗高爐作業(yè)與普通的高爐作業(yè)相比

減少近10% -9.15億人民幣（研

如果按照與現(xiàn)有技術(shù)中的細(xì)煤粉噴吹設(shè)備為相同規(guī)模設(shè)想，推測每座高爐將需要幾十億日元規(guī)模的投資韓國 氫原鐵開成功HYBRIT目瑞 氫原鐵典）

15%HYBRIT項目10%CO27%

發(fā)2.5民幣中試階段的投資將花費14億瑞典克朗（瑞典能源署出資接近50%）

-HRBRIT的生產(chǎn)成本大約比傳統(tǒng)煉鋼工藝高出20%~30%，通過歐盟排放交易體系（HYBRITSALCOS項（國）氫原鐵藝 減排50%~85% - -國）氫原鐵藝 減排80% - -奧聯(lián) 綠氫生產(chǎn) - 1800歐元 項周期是4.5年資料來源：《中國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展前景》，CCUS100%50%結(jié)合技術(shù))CCUS圖16微波氫氣還原鐵礦石結(jié)構(gòu)示意圖資料來源：《氫冶金基礎(chǔ)研究和新工藝探索》，綠氫耦合加快煤炭的高效清潔利用COCOCO2圖17綠氫耦合煤化工系統(tǒng)示意資料來源：《綠氫耦合現(xiàn)代煤化工發(fā)展路徑研究》，85%我國的合成氨產(chǎn)量近6000萬t/a，其中4500萬噸來自煤炭，消耗約5000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，1.54500800萬噸綠1.5CO2CO25000萬噸。78006200262007501.6CO2排放。圖18成生產(chǎn)鏈意 圖19醇產(chǎn)業(yè)示意資料來源：《綠氫耦合現(xiàn)代煤化工發(fā)展路徑研究》， 資料來源：《綠氫耦合現(xiàn)代煤化工發(fā)展路徑研究》，鎂儲氫有助電網(wǎng)大規(guī)模調(diào)峰和跨季節(jié)、跨地域儲能(P2G)技圖20含氫能流的電－氣能源互聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖資料來源：《面向規(guī)模化風(fēng)電消納的電-氣-氫能源互聯(lián)系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃》，P2G氣技術(shù)（powertoga