氢能源质子交换膜行业专题研究报告：下游需求增长，市场增量可期

一．氢能迎发展新机遇，PEM膜将成核心组件

1.1 碳中和背景下，氢能将迎来发展新机遇

2020年9月22日，我国在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出在2030年之前实现二氧化碳 排放达峰，到2060年实现碳中和目标。而目前碳基能源仍是我国能源结构主体，化石能源消 费占比达85.1%，其中煤炭占比高达57.6%。因此，在双碳战略背景下，必须进行能源结构调 整，推动能源结构向深度脱碳转型，而在这过程中，氢能由于其独有特性，将发挥重要作用。

首先，氢能是一种可再生绿色能源，应用范围广泛，无论是燃烧还是通过燃料电池化学反 应，最终产物只有水，真正实现低碳甚至零排放。其次，氢能具有高能量密度和高能量转化率，相较于汽油和天然气等传统燃料，相同质量 的氢气可以在应用中释放更多的能量，具有极高的效率。 同时，氢能可以与可再生能源进行有效结合，通过电解水技术有效解决目前存在的可再生 电力供应和用电需求时间不匹配的问题，实现可再生能源跨地域和跨季节的优化配置，提 高可再生能源的利用率以及电力系统的灵活性。

在化工生产过程中，还可通过外部增加清洁绿氢的供给，有效解决化工工艺过程中碳排放 的问题。氢能还可以促进电力与建筑、交通运输和工业之间的互连，通过氢气作为载体，将大量可 再生能源转移到建筑、交通、工业等高排放部门，实现深度脱碳。 因此，我们方正化工认为，在执行碳中和碳达峰的背景下，氢能将迎来发展新机遇。

1.2 煤制氢在我国占据主导位置

氢是二次能源，地球上没有天然的氢气，目前主要通过三种较为成熟的路线制取。

一是以煤炭、天然气等传统化石能源生产氢气，这也是目前全球制氢最为成熟的技术路线。 天然气制氢技术中，重整制氢较为成熟，其工艺主要有重整、变换、脱碳三个步骤，重整是 强吸热反应，因此整个制氢过程能耗较高，且产生较多碳排放。目前全球48%的氢气生产来自 天然气。

而我国由于煤炭资源丰富，目前62%的氢气生产来自煤炭。煤炭制氢主要工艺是将煤炭通过煤 气化技术转化为合成气，再通过变换和分离提纯获得高纯度的氢气，煤气化制氢整个工艺流 程同样是能耗较高，并产生较多二氧化碳。

1.3 PEM电解水技术具有独特优势

在技术层面，电解水制氢技术可分为碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜电解水制氢(PEM)、 固体氧化物电解水制氢(SOE)和阴离子交换膜电解水制氢（AEM）。

其中，碱性电解水技术最为成熟，其采用氢氧化钾水溶液作为电解质，以石棉为隔膜，分 离水产生氢气和氧气。ALK由于是碱性条件，因此可以使用非贵金属电催化剂，因此电解槽 造价成本较低；但是，ALK难以快速启动和变载，无法快速调节制氢速度，因此与可再生能 源适配性较差。

固体氧化物电解水制氢（SOE）采用固体氧化物为电解质材料，适合在高温环境下运作，能 效更高，但处于初期示范阶段。而阴离子交换膜电解水制氢（AEM）以阴离子交换膜作为电 解质隔膜，目前仍处于实验室阶段，其发展主要取决于相关材料技术的突破情况。

从技术角度看，PEM电解水技术具有独特优势，许多新建项目开始转向选择PEM电解技术， 近年开始获得较多的市场份额。首先，相较碱性电解水技术，PEM电解采用纯水电解，无污 染、无腐蚀；其次，质子交换膜拥有更高的质子传导性，电解槽工作电流可大大提高，从 而提升电解效率；同时PEM电解水技术能够提供更宽的负载范围和更短的响应启动时间，与 水电、风电、光伏（发电的波动性和随机性较大）具有良好的匹配性，最适合未来能源结 构的发展。

二．下游需求持续增长，PEM膜未来市场增量可期

2.1 质子交换膜应用广泛

质子交换膜（PEM），也叫质子膜或者氢离子交换膜，是一种致密的离子选择性透过的膜。 质子交换膜上游主要包括基础材料和过程材料两个部分：基础材料即萤石，其与硫酸反应后 生成氢氟酸，再和氯仿反应，生成后续树脂制备所需的原材料二氟一氯甲烷（R22)。过程材 料即根据不同类型膜的要求，利用上游原材料制备可用于后续加工的各类全氟、非全氟以及 特种树脂。下游应用方面，质子交换膜可广泛应用于燃料电池、电解水、氯碱工业等领域。

2.2 质子交换膜具有较高的性能要求

基于电解水和燃料电池中所起到的关键作用，高质量的质子交换膜需具备：

高的质子导电率，可以有效降低电池内阻，提高电流密度，从而提升整个系统的效率;

较好的稳定性，包括物理稳定和化学稳定，阻止聚合物链降解;

适度的吸水性，膜的质子导电性取决于膜结构及含水量，适度吸水性有利于提高导电性能；

较好的力学强度和较低的尺寸变化率，防止水吸收过程会改变膜的尺寸，造成膜与电极剥离

较低的气体渗透率，防止气体在电极表面发生反应，造成局部过热，影响电流效率;

除此之外，还应具备较高的机械强度、可加工性好以及适当的性价比。

2.3 国外企业在质子交换膜市场仍占主导地位

质子交换膜由于制备工艺复杂，长期被杜邦、戈尔、旭硝子等美国和日本少数厂家垄断。 杜邦是全球最早开发并销售质子交换膜的企业，早在1962年就开发出性能优良的全氟磺酸型 质子交换膜，即Nafion系列产品，截至目前Nafion膜也是全球使用最广泛的。美国戈尔具有超过25年的增强型质子膜的开发和制造经验，公司更专注于燃料电池膜的研发 ，其开发的SELECT系列增强型质子膜凭借超薄、耐用、高功率密度的特性，占据全球主要燃 料电池市场。国内燃料电池质子交换膜市场方面，据高工氢电统计，国内生产的膜电极目前 多数使用戈尔的增强复合膜，市占率在90%以上。

三．建议关注

东岳集团

东岳集团是亚洲规模最大的氟硅材料生产基地、中国氟硅行业龙头企业、中国第一个氟硅材 料产业园区，主要业务包括高分子材料、有机硅、制冷剂、二氯甲烷、PVC及烧碱、以及开 发物业业务，是大金、三菱、海尔、海信、格力、美的等国内外著名企业的优秀供应商。公司抓住氢能发展机遇，积极布局质子交换膜相关产业，目前是国内最为领先的质子交换膜 生产厂商，由于公司自身具有比较完备的氟化工产业链，在质子膜研发和制造上具有优势， 目前已具备燃料电池交换膜规模化量产的能力。2020年11月，公司150万平米质子交换膜生 产线一期工程投产，其中主要产能包括50万平米/年燃料电池交换膜。随着氢能需求的增长 以及氢能源车的快速发展，公司将持续受益。

苏州科润新材料

苏州科润新材料公司长期致力于离子膜的研究与开发，是国内仅有的能够量产氢燃料电池用 质子交换膜的企业之一。目前公司开发的全氟离子膜已在燃料电池、钒电池、电解水制氢等 领域得到了广泛应用，与上海电气、国网南瑞、大力电工、北京普能、国电投等公司达成长 期合作关系，产品出口日本、韩国、德国、新加坡等。并为我国钒电池行业提供了90%以上 的国产全氟离子膜产品。科技与创新是公司的发展动力，公司目前拥有全氟离子膜方面的技术专利40余项，研发人员 占公司员工总人数一半以上。公司建立了原料选型与评测、膜料液制备、膜制备、膜性能检 测、膜应用测试五大实验室，长期以来与厦门大学、北京化工大学、常州大学等高校开展技 术合作，设立全球化信息部门，力求与全球最新的制膜技术同步发展。

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