幾十年來(lái)，我們開(kāi)采的鉑金被廣泛應(yīng)用于各種化學(xué)催化劑、凈化柴油或汽油車(chē)輛尾氣的催化轉(zhuǎn)化器，以及鉑金首飾等等。鉑金在地表下的儲(chǔ)量中超過(guò)80%主要集中在南非，另外在津巴布韋、俄羅斯和加拿大也有一些鉑金資源。鉑金已在全球數(shù)億輛汽油和柴油汽車(chē)中的應(yīng)用足以證明其礦產(chǎn)供應(yīng)體系的優(yōu)勢(shì)和穩(wěn)健。

不過(guò)，鉑金在制氫技術(shù)和燃料電池催化劑中的應(yīng)用還沒(méi)有廣為人知，尤其是在未來(lái)氫能和燃料電池技術(shù)可能將會(huì)普及的情況下，人們對(duì)它的可用性和可承受性提出了質(zhì)疑。此文的目的是為了討論即使該行業(yè)出現(xiàn)了一個(gè)高增長(zhǎng)的情況下，鉑金的供應(yīng)也不會(huì)成為氫能和燃料電池技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的限制因素。我們將基于第三方研究咨詢(xún)機(jī)構(gòu)“E4tech”的鉑金需求預(yù)測(cè)，對(duì)2020年至2030年的鉑金需求量進(jìn)行分析，并將其與潛在供應(yīng)量進(jìn)行比較。

氫能需求的推動(dòng)因素有哪些?
長(zhǎng)期以來(lái)，氫氣一直被用作各種化學(xué)品和工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的原料氣，但限制其廣泛應(yīng)用的因素之一是它通常源自于化石燃料。隨著廉價(jià)而且廣泛可獲得的可再生能源的充分利用，再經(jīng)過(guò)電解水工藝就可以生產(chǎn)出成本頗具競(jìng)爭(zhēng)力的“綠氫”，因此這種情況正在改變。

1.1 交換膜電解水裝置

使用鉑金催化劑的質(zhì)子交換膜電解水裝置，是利用可再生能源制“綠氫”的首選方法。這是推動(dòng)鉑金需求的第一個(gè)領(lǐng)域。“綠氫”的可用性從根本上擴(kuò)大了它的潛在用途。例如：

氫氣可以用作烹飪和取暖的能源。

只需對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行最小程度的改變，就可以將該領(lǐng)域的一部分的天然氣需求轉(zhuǎn)換為氫氣，并提供了一個(gè)減少碳排放的解決方案。

氫氣為高爐的煉焦煤提供了一種環(huán)境友好型的替代品，目前在世界各地已有了數(shù)個(gè)小規(guī)模的商業(yè)示范項(xiàng)目。

氫氣還提供了一種能量?jī)?chǔ)存以供未來(lái)使用的方法，它可能是儲(chǔ)存太陽(yáng)能等可再生能源產(chǎn)生的冗余能量的理想解決方案。

目前已有數(shù)個(gè)國(guó)家在他們的國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)中開(kāi)始實(shí)施儲(chǔ)氫項(xiàng)目。

1.2 燃料電池

氫氣也可以作為一種能源用于燃料電池系統(tǒng)來(lái)發(fā)電。燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)過(guò)程與制氫的正好相反，是從氫氣中釋放電能。這是氫能經(jīng)濟(jì)中鉑金需求的第二個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)榇蠖鄶?shù)質(zhì)子交換膜燃料電池中都含有鉑金催化劑。

燃料電池最廣為人知的應(yīng)用是在交通領(lǐng)域。

值得關(guān)注的是，燃料電池技術(shù)在叉車(chē)領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成功，據(jù)估計(jì)，目前全世界已有超過(guò)3萬(wàn)輛氫燃料電池叉車(chē)在運(yùn)行。

燃料電池技術(shù)已經(jīng)在船舶和鐵路機(jī)車(chē)上有了小規(guī)模應(yīng)用。

航空器和非道路車(chē)輛方面也在進(jìn)行試驗(yàn)，例如已公布的世界上第一輛氫燃料電池重型礦用卡車(chē)項(xiàng)目，該卡車(chē)由英美鉑業(yè)與合作伙伴共同開(kāi)發(fā)，并將于2021年在其Mogalakwena礦場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)。

不過(guò)，鑒于道路車(chē)輛的年產(chǎn)量約有1億輛，燃料電池的最大應(yīng)用潛力還是在于為該領(lǐng)域的車(chē)輛提供動(dòng)力。

至今，市場(chǎng)上的氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)FCEV(包括乘用車(chē)、公交車(chē)和卡車(chē))的保有量已經(jīng)達(dá)到了數(shù)萬(wàn)輛。

1.3 制氫和燃料電池技術(shù)的潛在需求有多大?相對(duì)應(yīng)的鉑金需求有多大?

到底未來(lái)氫能經(jīng)濟(jì)會(huì)發(fā)展到多大規(guī)模仍具有許多不確定性，所以分析師們對(duì)該行業(yè)的潛在需求也有了許多不同的看法。

除了無(wú)法確定未來(lái)對(duì)制氫和燃料電池技術(shù)的需求量，我們也尚不確定一系列燃料電池應(yīng)用場(chǎng)景下的鉑載量。對(duì)此，E4tech研究發(fā)布了一個(gè)需求范圍。根據(jù)E4tech提出的鉑載量上限，我們將為各種技術(shù)路線(xiàn)選取一個(gè)合理的使用量上限來(lái)進(jìn)行分析。這種估算方法并不能提供準(zhǔn)確的鉑金需求預(yù)測(cè)，但可以為該行業(yè)對(duì)鉑金可能的需求上限提供一個(gè)很好的參考。

實(shí)際上鉑金需求可能會(huì)低于這個(gè)水平。燃料電池技術(shù)的更多應(yīng)用可能意味著更大的研發(fā)支出，以及更好的控制鉑載量的能力，來(lái)實(shí)現(xiàn)行業(yè)對(duì)低鉑載量的最終目標(biāo)。然而，這種方法能讓我們有信心回答來(lái)自市場(chǎng)的這一疑問(wèn)：對(duì)于質(zhì)子交換膜燃料電池或電解水制氫技術(shù)的應(yīng)用推廣，鉑金供應(yīng)可不可能是一個(gè)限制因素或約束。

氫燃料電池汽車(chē)行業(yè)的鉑金需求

過(guò)去幾年，氫燃料電池汽車(chē)的銷(xiāo)量一直在快速增長(zhǎng)，但其所占的市場(chǎng)份額仍然很小。不過(guò)越來(lái)越多的汽車(chē)廠商對(duì)該領(lǐng)域產(chǎn)生了興趣，一些國(guó)家的政府已經(jīng)確定了未來(lái)十年氫燃料電池汽車(chē)的銷(xiāo)售目標(biāo)，例如中國(guó)計(jì)劃到2033年左右擁有100萬(wàn)輛氫燃料電池汽車(chē)，而日本的目標(biāo)是80萬(wàn)輛。

至于在這十年里累計(jì)能銷(xiāo)售多少輛氫燃料電池汽車(chē)，各方預(yù)測(cè)結(jié)果不一。E4tech認(rèn)為到2030年為止，較為合理的輕型燃料電池汽車(chē)的銷(xiāo)量上限累計(jì)為1000萬(wàn)(如圖3所示)。據(jù)此估算，假設(shè)全球汽車(chē)的年銷(xiāo)量保持在1億輛左右，該預(yù)測(cè)數(shù)字相當(dāng)于每年氫燃料電池汽車(chē)銷(xiāo)量約占當(dāng)年輕型車(chē)銷(xiāo)量的1%左右。

對(duì)鉑金的需求直接關(guān)系到燃料電池額定功率的等級(jí)和鉑載量，即每單位功率所需的鉑金用量。我們可以假設(shè)每輛車(chē)的平均功率為100 千瓦，這接近于目前國(guó)際上的氫燃料電池汽車(chē)(如豐田的Mirai和現(xiàn)代的Nexo)的功率水平。盡管有些中國(guó)汽車(chē)廠商生產(chǎn)過(guò)30~40千瓦電堆功率的氫燃料電池汽車(chē)，但我們認(rèn)為特別是在未來(lái)汽車(chē)廠商不太依賴(lài)政府補(bǔ)貼的情況下，氫燃料電池汽車(chē)的技術(shù)發(fā)展可能傾向于使用更高的電堆功率。

E4tech估計(jì)在2020至2030年期間，鉑載量的上限水平為0.26克/千瓦，因此每輛氫燃料電池汽車(chē)需要使用26克鉑金，那么該領(lǐng)域?qū)︺K金的總需求量為260噸(830萬(wàn)金衡制盎司，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“盎司”)。

作為參考，E4tech認(rèn)為的最低鉑載量為0.09克/千瓦。如果是這樣的話(huà)，即實(shí)際鉑載量并非0.26克/千瓦，那么交通車(chē)輛對(duì)鉑金的需求僅略高于上述總量的三分之一。實(shí)際上，如果氫燃料電池汽車(chē)的銷(xiāo)售數(shù)量能夠達(dá)到E4tech所預(yù)估的水平，那么鉑載量更可能接近于0.09克/千瓦，這也更接近美國(guó)能源部早已確定的燃料電池鉑載量目標(biāo)：0.125克/千瓦。

來(lái)自電解水制氫行業(yè)的鉑金需求
3.1 電解水制氫對(duì)鉑金的潛在需求還有更多的不確定性
評(píng)估未來(lái)10年內(nèi)電解槽的潛在市場(chǎng)規(guī)模是很棘手的，因?yàn)樗c汽車(chē)不同的是，汽車(chē)除技術(shù)發(fā)展作為參考，目前一輛典型的柴油車(chē)排放系統(tǒng)中的鉑金含量為5~7克。

外的銷(xiāo)售數(shù)量至少已有了充分的測(cè)算，但電解槽市場(chǎng)發(fā)展的總體規(guī)模仍有很大的不確定性。然而，我們可以參考市場(chǎng)上的一些發(fā)展規(guī)劃。歐盟最近宣布了新的氫能戰(zhàn)略，重點(diǎn)發(fā)展的是可再生氫能。如上所述，目前“綠氫”的生產(chǎn)使用了質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)。該氫能戰(zhàn)略要求到2024年歐盟可再生電解水制氫發(fā)電能力達(dá)到6千兆瓦，到2030年達(dá)到4萬(wàn)兆瓦。到2030年的全球需求上限估計(jì)可能是這個(gè)數(shù)字的5倍，即20萬(wàn)兆瓦。

鉑載量的多少也存在相當(dāng)大的不確定性。一方面是因?yàn)榧夹g(shù)還不夠先進(jìn)，另一方面是因?yàn)槿藗內(nèi)狈?duì)最終市場(chǎng)規(guī)模的了解，這就意味著企業(yè)可能會(huì)缺少信心來(lái)支持關(guān)于低鉑載量方向的研發(fā)投入。E4tech建議的鉑載量上限為0.13克/千瓦，下限為0.04克/千瓦。

基于該估算，在鉑載量為0.13克/千瓦的情況下，20萬(wàn)兆瓦的電解槽裝機(jī)容量對(duì)鉑金的累計(jì)需求將達(dá)到26噸，或80萬(wàn)盎司。質(zhì)子交換膜電解槽或燃料電池系統(tǒng)也許會(huì)使用一定數(shù)量的銥金，不過(guò)因涂敷量較少所以銥金的使用量將小得多。

3.2 上述鉑金需求量與目前產(chǎn)量的對(duì)比情況

表1為按技術(shù)分類(lèi)的鉑載量估算表。根據(jù)我們的計(jì)算，在2020年至2030年期間，表1中三個(gè)領(lǐng)域累計(jì)的鉑金需求量最高可能達(dá)到440噸(1410萬(wàn)盎司)。盡管在實(shí)際計(jì)算中，當(dāng)汽車(chē)銷(xiāo)量處于預(yù)估的上限而鉑載量明顯會(huì)低很多時(shí)，這一累計(jì)數(shù)字很可能會(huì)低很多。

鉑金的供應(yīng)主要有兩種來(lái)源。第一種是原礦生產(chǎn)，第二種是貴金屬回收。據(jù)莊信萬(wàn)豐估計(jì)，2019年全球開(kāi)采的鉑金產(chǎn)量約185噸(600萬(wàn)盎司)。此外2019年從汽車(chē)和珠寶行業(yè)回收的鉑金約70噸(220萬(wàn)盎司)。

假設(shè)未來(lái)十年的開(kāi)采量和回收量保持現(xiàn)有的水平，則2020至2030年期間鉑金的累計(jì)供應(yīng)量可達(dá)到2500噸，或8200萬(wàn)盎司。此供應(yīng)量大約是上述來(lái)自電解水制氫和氫燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域累計(jì)的鉑金需求量的6倍。

雖然目前的鉑金總供應(yīng)量可以輕松地滿(mǎn)足氫能行業(yè)對(duì)鉑金的需求(如圖4所示)，但值得注意的是，其中大部分鉑金需求將代表額外的增量需求。電解水制氫行業(yè)是一個(gè)全新的需求來(lái)源，而汽車(chē)行業(yè)不是，目前除了少數(shù)汽車(chē)使用鉑催化劑(主要用在柴油車(chē)上)，其余都使用鈀銠催化劑。根據(jù)其他鉑金需求與用途的變化，這可能會(huì)需要增加鉑礦的開(kāi)采量。這里討論的增量需求應(yīng)該不是問(wèn)題，因?yàn)槭澜绺鞯氐你K族金屬礦山項(xiàng)目很有可能因此被啟動(dòng)。

如果鉑金的總需求會(huì)增加，那么其供應(yīng)增長(zhǎng)從何而來(lái)?

從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，是否有足夠的鉑金供應(yīng)來(lái)滿(mǎn)足氫能經(jīng)濟(jì)的大幅增長(zhǎng)?

當(dāng)然，眾所周知的是地下的鉑金儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了目前的開(kāi)采量。

早在格蘭特·考索恩[1]于2010年發(fā)表的一份詳細(xì)研究報(bào)告中指出：南非每年的鉑金開(kāi)采量約為124噸或400萬(wàn)盎司，當(dāng)時(shí)已公布的南非礦業(yè)公司的鉑金總儲(chǔ)量就有4700至6200噸 (1.5億至2億盎司)(參考考索恩的原話(huà)：“足夠的信息顯示，這些都是有把握可以開(kāi)采的礦體”)，而第三方的研究專(zhuān)家們估計(jì)南非的鉑金儲(chǔ)量超過(guò)了31000噸 (10億盎司)(參考考索恩的原話(huà)：“這些都是既合理又現(xiàn)實(shí)的、有最終可開(kāi)采前景的礦體”)。實(shí)際的鉑金儲(chǔ)量，即地質(zhì)上存在的鉑金礦床將比預(yù)測(cè)的還要多，而且全球還有其他相當(dāng)大的鉑金礦床。美國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)估計(jì)，鉑族金屬資源總量超過(guò)93000噸(30億盎司)，而其中50%可能會(huì)是鉑金。

即使每輛車(chē)使用E4tech提出的26克的鉑載量上限，31000噸或10億盎司的鉑金儲(chǔ)量已完全滿(mǎn)足超過(guò)10億輛氫燃料電池汽車(chē)的生產(chǎn)需求?？紤]到中長(zhǎng)期的鉑載量下限目標(biāo)為每輛車(chē)9克，這個(gè)儲(chǔ)量水平實(shí)際上可能滿(mǎn)足超過(guò)30億輛氫燃料電池汽車(chē)的生產(chǎn)需求。由于輕型和重型汽車(chē)的年銷(xiāo)量才1億多輛，這意味著即使每年銷(xiāo)售的輕型汽車(chē)都是氫燃料電池汽車(chē)，這個(gè)儲(chǔ)量水平也完全滿(mǎn)足未來(lái)10年到30年全球汽車(chē)的生產(chǎn)需求。

盡管在未來(lái)幾十年里，氫燃料電池汽車(chē)將會(huì)變得越來(lái)越重要，但也不可能達(dá)到100%的市場(chǎng)份額。畢竟還有好幾種并存的低排放發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，它們很可能會(huì)與氫燃料電池汽車(chē)形成互補(bǔ)。因此，純電動(dòng)汽車(chē)適合喜歡本地短途出行的車(chē)主，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)適合喜歡油耗更低的內(nèi)燃式汽車(chē)的車(chē)主，氫燃料電池汽車(chē)適合喜歡載重多或續(xù)航里程更長(zhǎng)的零排放汽車(chē)的車(chē)主。 并不是所有的鉑金都來(lái)自于原礦供應(yīng)，也有部分來(lái)自于回收供應(yīng)。目前，作為新興市場(chǎng)的電解水制氫和氫燃料電池行業(yè)中鉑金的累計(jì)用量還相對(duì)較少，這意味著氫能領(lǐng)域的鉑金回收量可以忽略不計(jì)。但隨著該領(lǐng)域內(nèi)鉑金使用量的增加，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后(一般輕型汽車(chē)的平均壽命約為14年)，就像目前成熟的汽車(chē)催化劑回收業(yè)務(wù)一樣，也將成為鉑金的回收供應(yīng)來(lái)源。

綜上所述，我們就能理解鉑金資源顯然足以滿(mǎn)足氫能經(jīng)濟(jì)的任何潛在需求。那么，最后一個(gè)問(wèn)題是在氫能領(lǐng)域的鉑金回收量被實(shí)現(xiàn)之前，全球的采礦業(yè)能否足夠快地將鉑金開(kāi)采出來(lái)。

基于氫燃料電池汽車(chē)到2050年將占汽車(chē)總銷(xiāo)量的25%的應(yīng)用場(chǎng)景，讓我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的潛在需求模型來(lái)解答這個(gè)問(wèn)題，如圖4和圖5所示。按照E4tech咨詢(xún)公司提出的2020至2030年間的高增長(zhǎng)場(chǎng)景，我們假設(shè)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)量從2020年起穩(wěn)步增長(zhǎng)，到2050年其市場(chǎng)占有率將達(dá)到25%左右。我們還假設(shè)到2040年，每輛氫燃料電池汽車(chē)的鉑載量將從上限值0.26克/千瓦下降到下限值0.09克/千瓦的水平，并且(為了便于估算)輕型汽車(chē)使用的燃料電池堆功率為100千瓦;假設(shè)氫燃料電池汽車(chē)回收期限為14年左右，有時(shí)會(huì)有兩年的偏差;而且非燃料電池汽車(chē)的回收供應(yīng)體系均保持穩(wěn)定不變。

我們發(fā)現(xiàn)來(lái)自氫燃料電池汽車(chē)的鉑金總需求量會(huì)穩(wěn)步上升，到2050年將達(dá)到186噸(600萬(wàn)盎司)，但扣除回收供應(yīng)后的鉑金的凈需求在2038年就達(dá)到了124噸(400萬(wàn)盎司)的峰值水平，之后凈需求量隨著鉑金回收供應(yīng)的增加而下降。在未來(lái)的30年時(shí)間里，來(lái)自所有終端應(yīng)用的鉑金需求量累計(jì)為8000噸(2.7億盎司)。其中，來(lái)自氫燃料電池汽車(chē)的鉑金總需求量為3000噸(或9400萬(wàn)盎司)，扣除回收供應(yīng)后的鉑金的凈需求量為2000噸(6500萬(wàn)盎司)。在這個(gè)需求模型中，每年鉑金原礦的供應(yīng)增長(zhǎng)率需要逐漸增加到8%左右才能滿(mǎn)足氫燃料電池汽車(chē)行業(yè)的新增需求，但看起來(lái)這是一個(gè)可控的需求量。

當(dāng)然，上述需求的場(chǎng)景分析只是考慮了未來(lái)氫燃料電池汽車(chē)的產(chǎn)量、鉑載量和鉑金的回收率，但是還沒(méi)有考慮來(lái)自重型汽車(chē)的額外鉑金需求，以及本文中未作討論的其他燃料電池技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，譬如在接下來(lái)的幾十年里可能將發(fā)展起來(lái)的鐵路機(jī)車(chē)和航運(yùn)船舶市場(chǎng)。

是還沒(méi)有考慮來(lái)自重型汽車(chē)的額外鉑金需求，以及本文中未作討論的其他燃料電池技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，譬如在接下來(lái)的幾十年里可能將發(fā)展起來(lái)的鐵路機(jī)車(chē)和航運(yùn)船舶市場(chǎng)。

盡管如此，上文的分析已經(jīng)讓我們對(duì)氫能經(jīng)濟(jì)的前景有了更加全面的認(rèn)識(shí)，并有望減輕人們對(duì)鉑金供應(yīng)的擔(dān)心，同時(shí)使我們相信：即使氫燃料電池汽車(chē)和電水解制氫行業(yè)成為了鉑金需求的關(guān)鍵來(lái)源，鉑金供應(yīng)也不應(yīng)該成為我們發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)而擔(dān)憂(yōu)的問(wèn)題。