尾气催化材料：国六带动相关配套材料放量.pdf

- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据(人民币） 市场优化平均市盈率 18.90 国金基础化工指数 2986 沪深300指数 3988 上证指数 2917 深证成指 10916 中小板综指 10100 蒲强 分析师 SAC 执业编号：S1130516090001 puqianggjzq 尾气催化材料：国六带动相关配套材料放量 行业观点 汽车是大气污染的首要来源：汽车工业的发展在给我们生活带来越来更多便利的同时也对我们生存的环境带来污染，根据生态环境部公布的中国机动车环境管理年报（2018），我国的大气污染主要来源于汽车尾气，汽车尾气污染治理刻不容缓。 机后处理是目前最主流也是最行之有效的尾气处理方法，而其中催化剂是净化效果的关键：目前，控制汽车尾气排放的主要措施包括机前措施、机内措施和机后措施三种，机后措施是最行之有效的方法，其中催化剂是关键。汽车尾气净化催化剂主要分为 4 部分，分别为贵金属活性组分、载体、 助剂及涂层。 不同阶段不同类型的汽车尾气催化处理技术路线有所不同。对于柴油车，在国一至国三阶段，通过提升发动机内净化技术便可满足标准，国四至国五阶段，机后措施 SCR 是主流的技术路线，到了国六阶段，主要采用DOC+DPF+SCR+ASC 路线；针对汽油车，国一至国五阶段，TWC 是主流的技术路线，到了国六阶段，主要采用 TWC+GPF 技术路线。蜂窝陶瓷材料作为催化剂载体在未来仍将保持主流地位，用量随着催化器数量的增加而显著提高；而柴油车尾气处理技术的革新将带来国内沸石分子筛作为尾气催化剂涂层材料应用的突破。 国六标准执行进行时，尾气催化材料空间有望大幅增长：国六标准已于2019 年 7 月 1 日开始分阶段执行，其中重型柴油车国六标准于 2019 年 7 月 1 日起分阶段逐步实施，轻型汽车的国六排放标准于 2020年 7 月 1 日起分两个阶段实施。国六阶段，不同类型汽车均需加装催化器，其中重型柴油车需加装 DOC、DPF、ASC催化器，汽油车需加装 GPF催化器。设备加装也带来了尾气催化材料用量的大幅增长，其中蜂窝陶瓷材料作为催化剂载体需求量增加约 1 倍，市场空间达到 95 亿；高纯纳米氧化铝作为基础涂层材料需求量将增加 14776 吨，新增 10 亿左右的市场空间，沸石分子筛由于其在柴油车的应用突破需求量将增加 7225吨，新增 20亿左右的市场空间。 投资建议 随着国六标准实施的逐步深化，对于汽车尾气污染处理的要求也越来越高。标准的提高，要求对燃油车尾气催化系统升级，这也将带来相关尾气催化材料需求的增加。一方面催化器的个数增加带来催化剂载体蜂窝陶瓷材料的需求提升，另一方面对于柴油车催化系统的改变也将带来沸石分子筛在国内尾气处理应用的突破。我们建议关注催化剂载体供应商国瓷材料、奥福环保，沸石材料供应商万润股份。 风险提示 国六推进不及预期；产品价格下跌风险；市场竞争加剧风险；新能源汽车对于燃油车的替代 2641280029583117327634353593190218190518190818191118国金行业 沪深300 2020年 2月 17日 资源与环境研究中心 精细化工系列报告之五 增持（维持评级） ) 行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 一、汽车尾气处理是环境污染治理的重要环节 .4 1.1汽车是机动车大气污染排放的主要贡献者 .4 1.2汽车污染物主要来自汽油车和柴油车，尾气成分有所不同 .5 二、机后措施是汽车尾气处理的主流方式，催化器是机后措施的核心 .7 2.1机后措施是汽车尾气催化处理的主流方式 .7 2.2催化器是汽车机后尾气处理系统的主要部分 .8 2.3催化剂是催化器的核心 .9 2.4 汽车催化剂组成之一：载体，主要为蜂窝陶瓷载体 .10 2.5催化剂组成之二：涂层 .12 2.6催化剂组成之三：助剂 .13 2.7催化剂组成之三：活性成分 .13 三、国六标准推动汽车尾气催化剂配套材料用量大幅增加 .14 3.1国六是目前全球最严的汽车排放法规之一 .14 3.2国六的执行加速了机后尾气处理产业链的变革 .16 3.2.1汽车机后尾气处理产业链变革之一：催化器的加装.16 3.2.2汽车机后尾气处理产业链变革之二：尾气催化材料用量的大幅提升 .17 （1）蜂窝陶瓷用量的大幅提升.17 （2）氧化铝用量的大幅提升 .18 （3）沸石分子筛用量的大幅提升 .18 四、投资建议 .19 五、风险提示 .20 图表目录 图表 1：2018 年 64%城市环境空气质量未达标 .4 图表 2：2018年 PM2.5为首要污染物天数占比 59% .4 图表 3：移动源为 PM2.5的首要来源 .4 图表 4：机动车一氧化碳（CO）污染主要来自汽车 .5 图表 5：机动车碳氢化合物（CH）污染主要来自汽车 .5 图表 6：机动车氮氧化物（NOx）污染主要来自汽车 .5 图表 7：机动车颗粒物 PM污染主要来自汽车 .5 图表 8：汽车污染物排放有所下降，但仍位于较高位置（万吨） .5 图表 9：汽车污染物主要来自国三国四车型.5 图表 10：汽车 CO污染物主要来自小型客车.6 图表 11：汽车 HC 污染物主要来自小型客车 .6 图表 12：汽车 NOx污染物主要来自大型货车 .6 行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 13：汽车 PM污染物主要来自大型货车.6 图表 14：汽车 CO、HC 污染物主要来自汽油车，NOx、PM偏向于柴油车.7 图表 15：汽油车、柴油车尾气排放污染物不同的主要原因.7 图表 16：机后措施是最有效的汽车尾气处理方法.8 图表 17：机后尾气处理产业链.8 图表 18：汽油车机后尾气处理系统.8 图表 19：汽车尾气排放主要技术装置及简介.9 图表 20：汽车尾气催化剂的构成 .10 图表 21：汽车尾气催化剂的发展历程 .10 图表 22：全球催化剂市场基本被国外企业垄断 .10 图表 23：不同类型的催化剂载体的对比. 11 图表 24：蜂窝陶瓷分类 . 11 图表 25：康宁和 NGK占据蜂窝陶瓷市场 90%的份额 .12 图表 26：国内蜂窝陶瓷载体产能情况 .12 图表 27：沸石分子筛下游应用较为分散.13 图表 28：我国汽车排放标准沿用欧洲标准但实施年份较慢.14 图表 29：相比于欧六，国六 b在主要污染物限制方面均加严 40%及以上.14 图表 30：国四至国六标准重型柴油车主要污染物排放限值比较.14 图表 31：国四至国六标准轻型汽车主要污染物排放限值比较 .15 图表 32：部分省市国六实施情况 .15 图表 33：不同类型车辆国标准备执行时间 .16 图表 34：柴油车和汽油车尾气治理技术路线.17 图表 35：不同标准阶段所有蜂窝陶瓷情况 .17 图表 36：中国汽车用蜂窝陶瓷载体市场空间测算.18 图表 37：中国汽车用氧化铝市场空间测算 .18 图表 38：沸石分子筛在低温以及高温有更高的转化率.19 图表 39：主要催化器使用的涂层材料 .19 图表 40：中国汽车用沸石市场空间测算.19 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 一、汽车尾气处理是环境污染治理的重要环节 1.1汽车是机动车大气污染排放的主要贡献者 我国环境污染态势依旧严峻，首要污染物以 PM2.5 为主：现代工业的不断发展，对我们生存的环境带来严重污染。以中国为例，2018 年，全国 338 个地级及以上城市中，217 个城市环境空气质量超标，占 64.2%。其中，以 PM2.5 为首要污染物的天数占重度及以上污染天数的 60.0%，以 PM10 为首要污染物的占 37.2%，以 O3 为首要污染物的占 3.6%。 图表 1：2018 年 64%城市环境空气质量未达标 图表 2：2018年 PM2.5为首要污染物天数占比 59% 来源：中国移动源环境管理年报（2019）， 国金证券研究所 来源：中国移动源环境管理年报（2019）， 国金证券研究所 移动源为 PM2.5 的首要来源，机动车尾气排放直接威胁群众健康：根据北京市 PM2.5 源解析，移动源为 PM2.5 的首要来源，在重污染天气期间，移动源的贡献率会更高。同时，由于机动车大多行驶在人口密集区域，其尾气排放直接威胁群众健康。 图表 3：移动源为PM2.5的首要来源 来源：北京市生态环境局，国金证券研究所 汽车是机动车大气污染排放的主要贡献者：机动车尾气排放污染物主要有四大类，分别是一氧化碳（CO）、总碳氢化合物（CH）、氮氧化物（NO x）以及颗粒物（PM）。根据中国移动源环境管理年报 2019，机动车 CO、NOx、PM 污染物排放量超过 90%来自汽车，HC 污染物排放量超过 80%来自汽车。 36% 64% 2018年 338个城市 达标 超标 60% 37.20% 3.60% 0.20% PM2.5PM10O3其它 45% 16% 12% 12% 3% 12% 移动源 扬尘源 工业源 生活面源 燃煤源 农业及自然源 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 4：机动车一氧化碳（CO）污染主要来自汽车 图表 5：机动车碳氢化合物（CH）污染主要来自汽车 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 图表 6：机动车氮氧化物（NOx）污染主要来自汽车 图表 7：机动车颗粒物PM污染主要来自汽车 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 1.2汽车污染物主要来自汽油车和柴油车，尾气成分有所不同 随着我国排放法规的趋严，全国四项污染物呈逐年下降之势，年均削减2.3%。若按照排放标准阶段划分的话，目前污染物贡献主要来自国三国四车型。 图表 8：汽车污染物排放有所下降，但仍位于较高位置（万吨） 图表 9：汽车污染物主要来自国三国四车型 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 摩托车 7.1% 低速汽车0.3% 汽车92.6% 摩托车8.3% 低速汽车 3.1% 汽车 88.6% 摩托车1.7% 低速汽车5.6% 汽车92.7% 低速汽车4.5% 汽车 95.5% 0500010000150002000025000300003500001,0002,0003,0004,0002013 2014 2015 2016 2017 2018CO排放量 HC排放量 NOx排放量 PM排放量 保有量 0%10%20%30%40%50%60%70%CO HC Nox PM国I前 国I 国II 国III 国IV 国V及以上 行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 从车型划分的汽车污染物排放量看，CO、HC 污染物主要来自客车，NOx、PM 污染物主要来自货车。进一步分析，CO、HC 污染物主要来自小型客车，NOx、PM污染物主要来自重型货车。 图表 10：汽车 CO污染物主要来自小型客车 图表 11：汽车 HC 污染物主要来自小型客车 来源：中国移动源环境管理年报（2019）， 国金证券研究所 来源：中国移动源环境管理年报（2019）， 国金证券研究所 图表 12：汽车 NOx污染物主要来自大型货车 图表 13：汽车 PM污染物主要来自大型货车 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 从燃料类型划分的汽车污染物排放量看，CO、HC 污染主要来自汽油车，NOx、PM污染主要来自柴油车。 微型客车 3% 小型客车 57% 中型客车 2% 大型客车 5% 微型货车 1% 轻型货车 10% 中型货车 4% 大型货车 18% 微型客车 3% 小型客车 50% 中型客车 3% 大型客车 6% 微型货车 0% 轻型货车 9% 中型货车 6% 大型货车 23% 微型客车 1% 小型客车 11% 中型客车 3% 大型客车 13% 微型货车 0% 轻型货车 5% 中型货车 9% 大型货车 58% 微型客车 0% 小型客车 1% 中型客车 1% 大型客车 13% 微型货车 0% 轻型货车 11% 中型货车 8% 大型货车 66% 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 14：汽车 CO、HC 污染物主要来自汽油车，NOx、PM偏向于柴油车 来源：中国移动源环境管理年报（2019），国金证券研究所 汽油车、柴油车尾气排放污染物有所区别主要是因为燃油成分、发动机条件以及尾气氛围有所区别，这也将带来汽油车、柴油车在尾气催化处理技术上会有所不同。 图表 15：汽油车、柴油车尾气排放污染物不同的主要原因 项目 燃油成分区别 发动机条件区别 尾气特征 汽油车 C5-C12烃类，强挥发性，可与空气均匀混合 点火，利用率仅15%；压缩比一般在8-11；压缩行程终点气缸温度300度左右 高温，高空速 柴油车 C10-C22烃类，难挥发，与空气混合不均匀，油料高温缺氧时易形成碳烟 压燃，利用率30%；压缩比高达16-22；压缩行程终点气缸温度可达500-700度 低温，高空速，氧过量 来源：基于钒基与铜铁基分子筛的 SCR后处理技术研究，国金证券研究所 二、机后措施是汽车尾气处理的主流方式，催化器是机后措施的核心 2.1机后措施是汽车尾气催化处理的主流方式 汽车尾气催化净化是指借助某些有效的技术措施，减少尾气中的有害物质或使尾气中的 CO、HC、NOx 及 PM 被氧化或还原，生成无毒的 CO2、H2O 和 N2。目前，控制汽车尾气排放的主要措施包括机前措施、机内措施和机后措施三种，其中机前和机内措施技术难度高，减排效果有限，机后措施是目前最主流也是最行之有效的尾气处理方法。 0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%CO HC NOx PM汽油车 柴油车 燃气车 行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 16：机后措施是最有效的汽车尾气处理方法 来源：奥福环保招股说明书，国金证券研究所 机后措施亦由多环节组成，各环节相互辅助也相互制约。目前机后尾气处理产业链主要涉及四个环节的生产企业，分别是催化剂配套材料厂商、催化剂厂商、发动机厂商以及整车厂商。 图表 17：机后尾气处理产业链 催 化 剂 配 套 材 料 厂 商： 国 瓷 材 料 、 奥 福 环 保、 万 润 股 份 等催 化 剂 厂 商 ： 巴 斯 夫 、庄 信 万 丰 、 优 美 科 等发 动 机 厂 商 ： 康 明 斯 、潍 柴 动 力 等整 车 厂 商 ： 通 用 、 福 特、 上 汽 等来源：浅谈汽车尾气净化技术的发展，国金证券研究所 2.2催化器是汽车机后尾气处理系统的主要部分 汽车机后尾气处理系统是由热端管件、催化器、共鸣器、消音器等组成，其中催化器是机后尾气处理系统的主要部分。 图表 18：汽油车机后尾气处理系统 来源：CKNI，国金证券研究所 燃油添加剂 减少有害成分 改良发动机 提高燃烧效率 净化过滤 催化转化 机前措施 机内措施 机后措施 技术难度高，减排效果有限 最主流，行之有效 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 目前汽车催化器主要包括三元催化器（TWC）、汽油机颗粒捕集器（GPF）、柴油氧化催化器（GPF）、选择性催化还原催化器（SCR）、柴油机颗粒捕集器（DPF）、氨泄漏催化器（ASC）等。 汽油柴油尾气成分不同带来催化器应用的差异：因汽油车和柴油车的排放主要成分不同，故其治理技术原理及载体种类有所差异，其中汽油车主要有 TWC、GPF路线，柴油车主要有 DOC、DPF、SCR、ASC路线，其中TWC 主要处理 CO、HC、NOx，GPF、DPF 主要处理 PM、PN，DOC 主要处理 CO、HC；ASC主要处理 NH3，SCR主要处理 NOx。 图表 19：汽车尾气排放主要技术装置及简介 适用车型 尾气主要成分 技术装置名称 处理对象 简介 汽油车 氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)排放量高,而颗粒物排放低,氮氧化合物(NOx)排放与柴油车基本相同 三元催化器(Three Way Catalyst,简称TWC) CO、HC、NOx 通过氧化还原反应同时将尾气中的 CO、HC、NOx转化为H2O、CO2和N2,催化剂中大都含有铂、钯、铑等贵金属或稀有元素 汽油机颗粒捕集器(Gasoline Particulate Filter,简称GPF) PM、PN 通过交替封堵蜂窝状多孔陶瓷过滤体,排气流被迫从孔道壁面通过,颗粒物分别经过扩散、拦截、重力和惯性四种方式被捕集过滤 柴油车 颗粒物和氮氧化物(NOx)排放量多, 氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放量少 柴油氧化催化器(Diesel Oxidatio Catalyst,简称DOC) CO、HC 将柴油燃烧后的排放物CO和HC进行氧化反应,生成CO2和H2O,主要用于控制CO和HC的排放,常与SCR 联用 选择性催化还原器 (Selective Catalytic Reduction,简称SCR) NOx 在催化剂的作用下尿素有选择性地与尾气中的 NOx反应生成无污染的N2和H2O 柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,简称DPF) PM、PN 通过交替封堵蜂窝状多孔陶瓷过滤体,排气流被迫从孔道壁面通过,颗粒物分别经过扩散、拦截、重力和惯性四种方式被捕集过滤 氨泄漏催化器 (Ammonia Slip Catalyst,简称ASC) NH3 氧化尿素还原NOx过程中泄漏出来的NH3,使其变为N2 来源：奥福环保招股说明书，国金证券研究所 2.3催化剂是催化器的核心 汽车尾气净化催化器主要由催化剂和金属外壳构成，而催化剂是其中核心，其主要由四部分构成：贵金属活性组分、催化剂载体、 助剂及涂层(第二载体)；其中贵金属活性成分为催化剂的核心部分，主要起催化作用，载体提供有效的表面积及孔结构，涂层用于增大表面积，助剂用于协助催化剂更好地发挥性能。 行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 20：汽车尾气催化剂的构成 来源：奥福环保招股说明书，国金证券研究所 自 20 世纪 70 年代汽车尾气净化催化剂问世以来，其发展主要经历了四个阶段，分别为铂和钯氧化型催化剂、氧化-还原双段催化剂、三元催化剂（TWC）以及单金属钯的 TWC。目前三元（TWC）的制备和应用已趋于成熟，由于其具有机械强度高、比表面积大、阻力小、活性高等优点被日、美等汽车工业广泛使用。 图表 21：汽车尾气催化剂的发展历程 第 一 阶 段铂 和 钯 氧 化 型 催 化 剂第 三 阶 段三 元 催 化 剂 （ T W C ）第 二 阶 段氧 化 - 还 原 双 段 催 化 剂第 四 阶 段单 金 属 钯 的 T W C来源：浅谈汽车尾气净化技术的发展，国金证券研究所 目前全球的汽车催化剂市场基本为国外企业垄断，德国巴斯夫和英国庄信万丰各揽走了 26%左右的环保催化剂市场份额，比利时优美科公司占 19%的份额。 图表 22：全球催化剂市场基本被国外企业垄断 来源：立木咨询，国金证券研究所 2.4 汽车催化剂组成之一：载体，主要为蜂窝陶瓷载体 巴斯夫 26% 庄信万丰 26% 优美科 19% 其它 29%