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概况
一、描述
催化剂（也称“触媒”）是一种能在化学反应中改变化学反应速度，但表观上不参与反应、也不形成最终产物的材料。在含有催化剂的化学反应中，催化剂会与反应物发生化学作用，改变反应活化能，从而改变反应速率，但其本身质量和化学性质在反应前后基本不发生变化。催化剂大部分为过渡金属或其化合物，如锰（Mn）、铜（Cu）、钯（Pd）、钌（Ru）等。
图：反应原理示意图
资料来源：网络公开资料
二、分类
资料来源：瀑布资管投研部
1、按照改变化学反应速度的方向分：
可分为正催化剂和负催化剂，可降低反应活化能、加快反应速率的为正催化剂，如金属/贵金属催化剂、生物酶等，一般的催化反应多为正向催化过程；负催化剂（该说法不常见）有时也被称作抑制剂，会减缓反应速率，如蛋白酶抑制剂（降低蛋白酶活力）、缓蚀剂（减缓材料腐蚀）等。
2、按反应相态分：
可分为多相和均相催化剂。均相催化指催化剂和反应物处于同一相态，在液相状态下一般为可溶性化合物，反应物和催化剂都溶解在溶液中，也有一部分均相反应为气相，多数反应场景在酶体系或者化学实验室中发生；多相催化指在两相界面上，反应物和催化剂处于不同相态的情况，多为固相状态下的不溶性固体物，有多孔无机载体负载活性金属、氧化物等形态。在化学工业的实际应用中，一般更多采用多相催化，占比可达到80%左右。
3、按组分类型划分（从金属类型角度）：
可分为非贵金属和贵金属催化剂，非贵金属如铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）等，贵金属如金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）等。非贵金属价值量一般相对较低，使用量较多、使用范围较广；贵金属除了相对稀缺、价值量高以外，还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合属性。在本文中，主要侧重于贵金属催化剂的内容。
三、构成
资料来源：瀑布资管投研部
均相催化剂多为一些可溶性化合物，如辛酸铑、硝酸铂等，在反应时可溶解于溶液中，加快液相反应物的反应进行；多相催化剂多由活性组分、助剂和载体组成。其中活性组分（主催化剂）为贵金属（金、银、铂族金属等），是起主要催化作用的成分；助剂（助催化剂）为一些其他金属（如锡、钾等），属于活性相对较低但可以改善主催化剂性能的成分，可同活性组分协同作用；载体有多孔、非多孔（如金属氧化物类、分子筛类等，常见的有氧化铝、氧化镁、沸石、活性炭等），作为支撑物存在，可增大反应表面，改善反应速率。
产业链
一、上游
贵金属催化剂行业上游的贵金属来源主要有矿山产出、二次资源回收、进口等途径。
全球铂族金属资源有限，主要集中在南非、俄罗斯、津巴布韦、美国、加拿大等几个国家。发达国家很早就将贵金属回收作为产业中的关键业务环节，特别是几家龙头公司如庄信万丰、巴斯夫、贺利氏等，都已掌握了相关的贵金属资源回收循环和利用技术。而我国铂族金属矿产资源相对短缺，在全球总储量中占比较低，加上贵金属价格持续高位以及行业需求加大，因此对我国从事贵金属相关业务的企业而言，掌握贵金属回收技术并提升其资源回收率显得尤为重要。
根据USGS数据，全球目前可探明的铂族金属储量约7万吨，其中有90%以上都位于南非，加上俄、津、美、加四国，基本覆盖了全球主要储量，形成了上游原料端的矿产资源掌握在少数国家及供应商手中的情况，呈现出寡头垄断的格局。在这种情形下，既容易出现由于自然灾害造成某地矿产供应减少而出现价格调升的现象，又可能出现由于人为因素对价格的控制、操纵等行为从而扰乱价格体系的现象。
表：世界矿山产量和储量情况（单位：kg）
资料来源：Mineral Commodity Summaries 2022 瀑布资管投研部
根据2018-2020年铂族金属价格走势情况，铂、三氯化钌等产品价格基本处于上下波动的状态。其中铂在180元/克左右波动，三氯化钌在15-20元/克的价格区间内；铑单价在2018-2019年相对稳定在200-700元/克，在2020年价格上涨比较明显，相比2018年最低价提升了将近10倍；作为使用量相对较大的钯金属，价格也从256.46 元/克的平均单价（2018 年）提高到 392.35 元/克（2019 年），一年间涨幅已达 52.99%。
资料来源：中国金属资讯网 招股说明书
2018年，我国铂族金属总供给量为215.8吨，同比增长15.8%。其中，矿山产出3.8吨（占比约2%）；回收量为37吨（占比约17%），同比增长6.9%；净进口175吨（占比约81%），同比增长18.3%。从供应结构看，目前主要还是以进口为主，其次是回收量，只有很少一部分来自于铂族金属矿产的原产。
图：2018年我国铂族金属供给情况
资料来源：招股说明书 瀑布资管投研部
二、中游
1、市场规模
根据Ceresana、新思界产业研究中心、中商产业研究院等数据，全球催化剂的总市场价值在2021年将增加到220亿美元以上；对于我国市场，2020年贵金属催化剂市场规模在180亿元左右，预计到2023年，行业需求规模将扩大到205.6亿元。
2、行业发展
催化剂的工业应用史可追溯到19世纪末，彼时英国以铂为催化剂制造生产硫酸，实现了早期的贵金属催化剂工业应用，行业发展进入到萌芽期。
20世纪初以来，进入到行业发展的奠基时期，此时催化剂也由铂金属扩大到氧化物，液体酸催化剂的使用规模也逐渐扩大。从早期的参与工业生产催化生成硫酸，到应用到石油炼制工业、精细化工工业等，在各个领域发挥着越来越大的作用。
3、产业政策
4、主要企业
5、运营模式
5.1 从采购环节上看：
按照原材料来源途径的不同，对应供应商类型有矿产型企业、贸易型企业和生产型企业。其中：
矿产型企业：拥有贵金属矿产的供应商（如英美铂金公司）
贸易型企业：有贵金属资源的供应商（如贸易经销商）
生产型企业：以贵金属回收提炼为主业的供应商（上游有相关业务的公司）
在客户下达订单时，公司会先通过向供应商询价或是参考金属资讯网、上海有色网等平台进行报价，形成有效订单后再向上游供应商采购。
5.2 从销售环节上看：
寻找客户：
很多贵金属催化剂企业都采用直销的形式，通过市场销售部门、自有销售团队等直接与最终用户签署合同和结算款项，并提供产品、技术支持、售后服务等。
客户对接方式主要有公开对接、定向对接、客户主动对接等形式：
→公开对接：通过官网、网络平台、化工园区、行业展会（CPHI、API、CAC等）等形式导流客户。
→定向对接：通过业务销售网络以电话、网络、实地拜访等形式开发目标客户。
→客户主动对接：客户自行联系公司沟通具体业务。
订单签订：
一般采用当天签订当天采购的形式，由于贵金属的价格原因，跨期订单在价格波动上存在不确定性，会对订单成交金额带来较大影响。（部分不涉及价格的加工类订单存在提前签署的情况）
订单实现：
涉及催化剂销售的订单，直接将有关产品出售给客户方即可。
涉及催化剂加工的订单，常见的有买断加工、垫料加工、来料加工和借料加工等形式。
交付周期：
不同下游行业存在较大差异，运转周期较快的领域在一周到一个月左右；有些存在替换周期的行业，一次填装后存在长至两三年的运行周期，会有在替换周期内对磨耗的催化剂进行补充的情况。
6、特点：
使用频率高。据有关数据显示，85%以上的化工产品在生产中都需要催化剂的参与，工业反应中含有催化剂参与的反应占比90%，使用频率高。
下游覆盖行业广。下游需求来源广泛，涉及新能源、医药、化工、新材料、环保、农药、颜料、染料等多个行业。
价格相对较贵。铂族金属原料成本可占到产品生产成本的 90% 以上，价格的波动对公司成本影响较大，如铑单价已达到约5000元/g的水平（参考3月9日中国金属资讯网、上海有色网报价）。
再利用性强。由于催化剂自身在反应前后的质量和化学性质基本不发生变化的特点，催化剂在反应后的可回收性强（可达95%以上），大部分都可以实现资源的循环利用，有效减少企业成本。
三、下游
下游覆盖行业包括新能源、医药、化工、新材料、环保、农药、颜料、染料等。在新能源领域，贵金属催化剂是新型燃料电池开发中的关键核心材料；在医药领域，是促进中间体原料药反应进行的重要成分；在新材料领域，显示面板当中也有所应用；在环保领域，可被用作汽车尾气净化等用途。
1、新能源：
应用：氢燃料电池
由于传统的化石能源存在不可再生、环境污染等诸多问题，探索更多可再生、无污染、来源广的清洁能源来逐渐代替化石能源成为了新的趋势。
而氢能作为一种清洁能源，取自自然环境，燃烧可生成水，在能量转换的过程中不会产生任何污染物，启动快、转换效率高。将氢能作为替代化石能源的选择，可通过将氢燃料电池作为替代汽柴油的选择，通过将氢能转化为电能，用于汽车等交通工具，作为可持续发展、探索绿色出行新方式的更优选择。
图：氢燃料电池的应用
资料来源：网络公开资料
燃料电池电堆作为燃料电池动力系统的核心，是负责发生电化学反应的场所，主要由双极板、催化剂、膜电极、质子交换膜等构成，而催化剂和双极板的成本在其中占比最高（分别可达36%、23%）。作为燃料电池关键材料之一，目前燃料电池中常见的催化剂为Pt/C，即以碳作为负载载体，通过将铂颗粒分散到载体上实现催化功能。假设每辆车用铂在30g左右，参考中国金属资讯网99.95%铂金报价249.5元/克（3月9日），则对应电堆部分的用铂成本接近7500元。
资料来源：网络公开资料
氢燃料电池在工作时，氢气首先进入到阳极，并在催化剂作用下氢分子分解为氢离子和电子；在电池另一端，氧气/空气会进入到阴极，在催化剂作用下氧分子和氢离子与电子发生反应生成水，完成能量的转换。
图：氢燃料电池原理
资料来源：网络公开资料
2、医药：
应用：原料药中间体合成
从市场规模上看，全球原料药市场规模（以金额统计）在2010-2018年期间复合增速6.15%，自2010年以来一直保持相对稳定的增长；我国市场（以产量统计）自2011年以来原料药产量增减不一，分为2011-2017年和2018年以后两段增长期，其中2011-2017年复合增速为6.12%，2018-2020年12.57%的复合增长，基本同全球增长情况类似。
资料来源：国家统计局 前瞻产业研究院 瀑布资管投研部
原料药/中间体处于药物制剂合成的上游环节，为药品制剂生产提供关键的原材料，不论是大宗原料药（如抗生素类）、特色原料药（如心血管类）亦或是壁垒更强的专利原料药（定制化需求），在药物反应中都需要催化剂的参与：
资料来源：招股说明书 瀑布资管投研部
以钯炭（Pd/C）催化剂参与美罗培南的合成为例，列示其中一种催化反应路线：
资料来源：张京伟，美罗培南合成工艺研究[D].北京化工大学，2008
3、化工新材料
应用：液晶材料
液晶材料最早于1888年被发现，由于该材料在一定温度下会呈现一种具有液体和结晶双重性质的物质，后来被命名为“Liquid Crystal”（液态结晶物质）。当液晶材料与适当的水分混合后，又会呈现出一定的光学属性，因此后来也将其作为上游材料用在液晶面板中。
如针对烷基环己基苯酚类液晶原材料，就可通过加入钯炭、铂炭、钌炭等催化材料，改善原有氢化还原过程的反应速率，最终使硼酸基脱除，即可直接得到环己酮类液晶中间体，提高反应物的利用率、改进反应工序：
其中R为烷基类基团（如烷基、烷氧基等）
数据来源：王建文等. 烷基苯硼酸类化合物脱除硼酸基的方法: 中国，200710017261.4[P]. 2007-08-15.
4、环保
应用：汽车尾气净化
贵金属催化剂在环保领域的应用主要体现在汽车尾气的净化上，因为在发动机运转时内部会出现不完全燃烧的现象，产生有害气体，加剧环境负担，而催化剂可以通过加速反应进行，使燃烧更完全，减少中间气体的产生。
根据公安部在2021年底新闻发布会数据，我国机动车保有量已达3.93亿辆，其中汽车突破了3亿辆，驾驶人达4.79亿人；每年新登记机动车3000多万辆，新领证驾驶人2000多万人，总量和增量均居世界第一。在接近4亿的机动车体量下，通过开发尾气净化催化剂、加装尾气处理净化装置等措施，将能够有效缓解汽车尾气排放对环境造成的压力。特别是在国六标准实施后，CO、NOx等排放标准更加严格，也带动了贵金属催化剂需求的增加。
针对汽柴油汽车，贵金属钯、铂、铑是目前汽车尾气净化三效催化剂最常用的活性组分，汽车尾气三效催化剂也是当前比较成熟的催化体系。三元催化器作为安装在汽车排气系统中的机外净化装置，其工作原理在于可通过增强原本尾气中CO、HC和NOx等有害气体的活性，加速以上三种污染物的氧化还原反应，最终转变为无害的二氧化碳、水和氮气，达到尾气净化的目的。
图：三元催化器示例
数据来源：网络公开资料
针对天然气汽车，天然气中90%以上的成分是甲烷，甲烷是一种结构稳定、相对难被活化的气体，对尾气中未燃烧甲烷的高效氧化处理也成为天然气车尾气排放控制的重点和难点。当甲烷不完全燃烧时，容易产生CO等有害气体，针对类似情况，同样也可通过添加贵金属催化剂来加快反应进行，提升甲烷的转化率（其中Pt-O*为Pt/Al2O3催化剂）：
数据来源：郭淼鑫等.甲烷燃烧贵金属催化剂研究新进展［J］.稀有金属，2021，45（9）：37.
发展趋势
1、新型化
由于贵金属资源匮乏，以及价格成本端的因素，通过对新型催化材料的开发和催化技术的优化（如复合催化材料、贵金属-非贵金属混合催化、纳米稀土材料催化等），都能在一定程度上改善催化性能、以及企业成本压力等。
2、国产化
由于原料、技术等方面的差异，部分产品工艺如丙烷脱氢等目前大多以进口原料或海外技术为主，国产企业产品在工艺、质量上尚存在一定短板，随着国家层面的鼓励、企业层面的研发和推广应用，国产产品在未来有望打开更多市场、扩大进口替代水平。
3、绿色化
未来行业将向耗、绿色、环保的方向发展，可通过减少有害原料和助剂的使用（如开发PVC生产用无汞催化剂）、改进催化反应分解处理和回收过程、提高回收率等方面的动作，实现产业发展和环境保护的协同。
作者：吴霜
西北大学金融硕士，西安建筑科技大学材料科学与工程、会计学双学位，具有基金从业资格、证券从业资格。具备工科及商科复合背景，负责结合自身专业基础与经济实际对行业和有关公司进行研究判断，能够通过对目标公司进行宏观、行业及微观面的分析，发掘有关特点，分析发展趋势。
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