2020年中國不同車型排放標準升級國六尾氣后處理技術路線、載體單車價格及國六排放標準尾氣后處理市場空間預測[圖]

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    與國外發(fā)達國家相比，我國機動車尾氣排放法規(guī)的制定起步較晚，結合我國基本國情，前期主要參考歐洲的排放標準，目前已經全面進入國Ⅴ階段。此外，2016年12月23日，環(huán)保部正式發(fā)布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，2018年6月22日，生態(tài)環(huán)境部正式發(fā)布《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，標志著我國機動車尾氣排放標準即將進入國VI階段。

我國機動車尾氣排放標準發(fā)展歷程

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    柴油機領域排放問題主要關注HC、NOx等有毒氣體與PM。由于燃燒機理的不同，柴油機在排放方面最大的問題是有毒氣體和顆粒物的排放對環(huán)境造成的污染，其中PM和NOx是柴油機最重要的排氣污染物。PM顆粒是霧霾的主要誘發(fā)無之一，NOx氮氧化物屬于有毒氣體，是造成光化學煙霧的元兇。

    環(huán)保部分別于2007年、2010年、2012年和2016年頒布了輕型和重型商用車排放的國三、國四、國五和國六標準細則，并已于2017年7月和2018年1月正式實施中型柴油車、輕型柴油車國五排放標準。2020年7月將開始實施國六a標準，2023年7月起所有銷售和注冊登記的輕型汽車應符合標準6b限值要求。國五排放標準相比國四排放標準，氮氧化物（NOx）排放降低了28%，碳氫化合物和氮氧化物（HC+NOx）總和指標降低了23%，對于柴油車的顆粒物濃度（PM）降低了82%。國六標準更加嚴格，CO、HC、NOx、PM排放量相比國五標準嚴格了40%至50%左右。

    國六標準分階段分車型實施，輕型汽車國六a標準延期執(zhí)行。近年，我國環(huán)境污染問題日益得到重視，針對機動車尾氣排放標準也在不斷升級，目前我國已推出第六階段污染物排放限值標準（簡稱“國六”），該標準分國六a和國六b兩階段實施。國六a標準于2019年7月開始執(zhí)行，實施對象是天然氣重卡；2020年7月，城市重卡將開始執(zhí)行國六a標準；原定于2020年7月全國范圍內對輕型汽車實施國六排放標準，受疫情影響，政策延期至2021年1月開始實施；2021年7月，全國范圍所有重型汽車均將執(zhí)行國六a標準。國六b標準于2021年1月開始執(zhí)行，天然氣重卡將率先進行排放標準升級；2023年7月，所有輕型汽車、重型汽車都將切換至國六b排放標準下。

國六標準實施時間及車型

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    二、尾氣后處理技術路線選擇

    尾氣處理技術有SCR、EGR、DOC、DPF等。為使汽車滿足日益嚴苛的排放標準，通常需要從提升燃油品質、發(fā)動機機內凈化、尾氣后處理三個方面進行考慮和改進。國四標準之前，廠家可以通過燃油品質的提升和機內凈化技術的改進達到要求，但國五以及國六標準必須依靠尾氣后處理技術才能達標。目前尾氣處理技術有SCR（選擇性催化還原）、EGR（廢氣再循環(huán)）、DPF（柴油顆粒過濾器）、DOC（柴油氧化催化器）等。

    1、商用車尾氣后處理技術路線選擇

    國五排放標準下，SCR憑借著在國四時代的技術積淀，成為國五階段的主要技術路線。國六排放標準更為嚴苛，僅通過SCR無法滿足排放要求，需要強化氮氧化物和PM的后處理技術，這一階段DOC+DPF+SCR+EGR+ASC成柴油車主要技術路線。相比國五階段，國六尾氣后處理主流路線需新增EGR、DPF、DOC和ASC尾氣處理產品。

    國五、國六柴油車主流技術路線演變

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    DOC、DPF、SCR、EGR和ASC均為汽車尾氣后處理裝置。其中，DOC是氧化催化轉化器，主要用于降低PM（顆粒物）；DPF是顆粒捕捉器，主要用于降低PM和HC（碳氫化合物）；SCR是選擇性催化還原裝置，可用于減少氮氧化物、PM、HC，是一種綜合性的尾氣處理產品；EGR是廢氣再循環(huán)裝置，主要用于減少氮氧化物；ASC是氨逃逸催化器，用于凈化尿素分解產生的氨氣。

    主要尾氣后處理裝置及用途

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    SCR系統(tǒng)（DOC+SCR）憑借研發(fā)成本優(yōu)勢，成為國五階段柴油車主要技術路線。SCR系統(tǒng)由還原劑噴射系統(tǒng)、還原劑存儲裝置等零件組成，通過向柴油機尾氣管中噴射適量的還原劑，與氮氧化物發(fā)生反應，最終生成無污染氣體。由于SCR技術已在國四階段就成為重卡的主要技術路線，因此國內技術相對成熟。在國五柴油車排放標準下，只需調整一下技術參數，即可達到要求，開發(fā)成本相對較小。在這種背景下，SCR系統(tǒng)成為國五階段柴油車的的主要技術路線。

    國五標準下，柴油車的另一種非主流技術路線為EGR+DOC+DPF。國五標準下，先通過EGR機內凈化，降低氮氧化物的排放量，使其達到排放標準，通過尾氣后處理裝置DOC+DPF減少PM。由于該技術路線需改變發(fā)動機結構，而且DPF單價高，在長時間使用之后會出現堵塞現象，需進行定期清洗，所以該技術路線應用相對較少。

    國六標準下，柴油車的三種技術路線都包括了DOC、DPF和SCR，其中以DOC+DPF+SCR+EGR+ASC為主流。各技術路線通過增加不同裝置，或強化核心產品效能以達到國六標準要求。

    DOC+DPF+SCR+EGR+ASC是國六標準下柴油車的主要技術路線。該技術路線在結合國五階段兩種技術路線的基礎上，還增加了ASC。尾氣通過發(fā)動機內的EGR裝置，實現初步凈化。接著，尾氣進入DOC，DOC在蜂窩陶瓷載體上涂抹多孔活性氧化鋁作為第二載體，在第二載體上添加各類催化劑，使得尾氣得到最大化的處理。通過DOC凈化的尾氣還需經過DPF，DPF通過堵塞通道等方法降低氣流速度，使尾氣流經通道壁時，夾雜的顆粒物被吸附，這些顆粒物將在高溫被清除。之后，尾氣將進入SCR系統(tǒng)，SCR系統(tǒng)會噴射尿素，尿素通過和尾氣中的氮氧化物等污染氣體進行一系列化學反應，將污染氣體轉化為清潔氣體。最后，尾氣會進入ASC，ASC凈化的主要是過量尿素產生的氨氣。

    DOC+DPF+SCR+EGR+ASC工作原理

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    國六標準下柴油車的第二種技術路線是DOC+DPF+Hi-SCR。該種技術路線相比主流路線取消了EGR，用高效SCR予以替代。該技術路線通過調節(jié)氣門改善進氣量，使氣缸進氣充分，讓燃油在氣缸中高溫富氧條件下充分燃燒，減少PM排放量。尾氣中將含有更多的氮氧化物，此時就需要更高效的Hi-SCR與尾氣進行還原反應，來使PM排放量達到國六標準。

    國六標準下柴油車的第三種技術路線是DOC+DPF+SCR+ASC。該技術路線同樣取消了EGR，需保證燃油的氣缸中充分燃燒，以盡量減少PM顆粒。此外，為使PM排放量達到國六標準，該技術路線對SCR處理尾氣的要求比較高。SCR在強化尾氣處理效果的過程中，需要噴射大量尿素，過量的尿素會分解產生氨氣，導致其相比Hi-SCR會產生更多污染氣體，因此需要加裝ASC。ASC一般安裝在SCR后端，它可將過量的尿素分解產生的氨氣氧化為氮氣等潔凈氣體。

    國六標準下EGR技術路線經過了數代尾氣排放標準的檢驗，技術比較成熟，開發(fā)難度相對較低，經濟性表現也較好，因此是市場的主流技術路線；其不足之處在于汽車動力會受到部分影響，車輛冷卻系統(tǒng)相對復雜，增加了成本。而Hi-SCR路線和ASC路線的優(yōu)勢是發(fā)動機布置簡單，成本相對更低；但是這兩種技術路線都存在高效SCR開發(fā)難度大的問題。

國六技術路線對比

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    2、乘用車尾氣后處理技術路線選擇

    TWC一直是我國汽油車尾氣處理的核心產品，國六標準下，由于新增了汽車尾氣顆粒物數量（PN）的排放限值要求，TWC+GPF成該標準下主流技術路線。其中，TWC是汽油機三元催化器，可用于處理汽車尾氣中的碳氫化合物、氮氧化物和一氧化碳三種污染氣體；GPF是汽油機顆粒捕集器，主要用于降低PM和碳氫化合物。

    TWC是國五標準下汽油車主要技術路線。TWC由載體、涂層、活性組分和助劑四部分組成。TWC通過在載體上涂抹涂層，以提升催化劑的活性，活性成分（三元催化劑）被放置在涂層上，是催化劑中起尾氣凈化作用的活性物，助劑是對活性成分起輔助作用的物質，通過將以上四個部分進行封裝，即可得到三元催化器，汽油車尾氣經過TWC凈化便可滿足國五排放標準。

    TWC+GPF是國六標準下汽油車主要技術路線。國六標準新增了對汽車尾氣顆粒物數量（PN）的排放限值要求，加裝GPF成為國六標準下主流技術。GPF是安裝在汽油發(fā)動機排放系統(tǒng)中的過濾器，顆粒物由于無法通過GPF內壁而被隔離，隨著隔離物質越來越多，排氣系統(tǒng)背壓增大，發(fā)動機功率提升，使得尾氣溫度上升，最終高溫將隔離物質燒毀，轉變成清潔氣體。

    三、國六標準執(zhí)行后載體單車價格

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國汽車尾氣排放處理行業(yè)發(fā)展模式分析發(fā)展規(guī)劃分析報告》顯示：國六標準執(zhí)行后載體單車價格平均增幅達 265%。以 2019 年汽車產量數據為基準，假設存在兩種狀態(tài)：一種是上述三種類型的汽車執(zhí)行國六標準前，此時柴油車上僅需安裝 SCR載體，汽油車上僅需安裝 TWC 載體；

    另一種則是汽車執(zhí)行國六標準后，不論輕型或是重型柴油車均需加裝的 DOC、DPF、ASC催化器，汽油車則需加裝 GPF 催化器，結合奧福環(huán)保招股說明書公布的相關數據，測算出三種類型車輛在執(zhí)行國六標準前每套載體單價分別為 143、655、74 元，執(zhí)行后單價則變?yōu)?596、2163、259 元，平均增幅達 265%，單車載體價值大幅提升。

國六標準執(zhí)行前汽車每套單價計算

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國六標準執(zhí)行后載體單車價格大幅增長（單位：元）

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    四、國六排放標準尾氣后處理市場空間較大

    1、柴油車國六排放標準尾氣后處理市場空間

    通常重型柴油車適用SCR路線，輕型柴油車適用EGR+DOC+DPF路線。國四階段國內中重型柴油車尾氣后處理主要使用的是SCR路線，技術已經趨于成熟，國五階段，由于僅需調整相關技術參數，對發(fā)動機的改變不大，相對開發(fā)成本較低，同時，由于DPF目前單次購買價格高，在長時間使用之后還會產生堵塞現象，需要主動再生定期清洗，所以現現階段采用DPF的方案并未大面積應用。未來國六標準相對于國五標準在CO、HC、NOx等排放指標上更加嚴格，單一的技術將無法達到標準，無論是輕型柴油機還是重型柴油機都需要同時裝備DPF、DOC、SCR才能滿足排放要求，DPF的重要性日漸凸顯，DPF需求將迎來爆發(fā)。

    國四階段，中重型柴油車尾氣后處理主要采用的是SCR技術路線，進入國五階段后，輕型柴油車尾氣后處理系統(tǒng)以DOC+DPF為主，重型柴油車在調整相關技術參數后可以沿用SCR技術路線。

    但進入國六階段后，排放標準進一步升級，無論輕型和中重型柴油機均需要多種技術路線同時裝配，屆時，DOC+DPF+SCR將成為柴油車標配，系統(tǒng)總成及封裝價格相對國五階段會有大幅度提升。

    由于我國已明確2020年將全面開始實施國六標準，因此2019年柴油及尾氣后處理行業(yè)有望迎來爆發(fā)式增長。預計，2020年柴油機銷量將達到315萬臺左右，屆時在國六標準下，按照柴油機尾氣后處理總成價格將大幅提升，預計平均價格將由6000元提升至9000元左右，照此推算，柴油機尾氣后處理市場空間將達到283億元左右。

    國六階段柴油機尾氣后處理市場規(guī)模預測（單位：萬臺，元，億元）

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    2、商用車國六排放標準尾氣后處理市場空間

    2019年重卡銷量117萬輛，其中，天然氣重卡占比8.21%，城市重卡占比6.35%，分車型看，2019年7月燃氣重卡開始執(zhí)行國六，假設2020-2022年國六標準燃氣重卡占燃氣重卡比例均為100%；2020年7月城市重卡開始執(zhí)行國六，假設2020-2022年國六標準城市重卡占城市重卡比例分別為60%、100%和100%；2021年7月其他重卡開始執(zhí)行國六，假設2020-2022年國六標準其他重卡占其他重卡比例分別為20%、60%和100%。

    技術路線滲透率方面，2017年國五標準全面推進，作為國四標準的主流技術路線SCR在重卡中滲透率達到78.95%。假設2020-2022年，主流技術路線滲透率分別為70%、80%和80%。單車價值量方面，將柴油車主流技術路線EGR+DOC+DPF+SCR+ASC分拆來看，預計燃氣重卡、城市重卡和其他重卡主流路線總價分別為1.75萬元、1.75萬元、1.80萬元左右，非主流路線相比主流技術路線少了EGR，預計總價均為1.60萬元左右?？紤]到2017-2019年間，凱龍高科重卡SCR單價下降，假設各路線2020-2022年單車價值量年降約5%左右。綜合以上假設，2020-2022年，預計重卡國六尾氣后處理市場空間將分別達到55.70億元、121.45億元和175.60億元。

    2020-2022年國六重卡尾氣后處理市場空間測算（億元）

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    2019年輕卡銷量188萬輛，由于輕卡國六標準時間從2020年7月延期至2021年1月，假設2020-2022年執(zhí)行國六標準的輕卡比例為30%、100%和100%。技術滲透率方面，2017年國五標準全面推進，SCR是國五標準下輕卡的主流技術路線，滲透率為78.95%。假設2020-2022年主流技術路線滲透率分別為40%、60%和70%。單車價值量方面，將柴油車主流技術路線EGR+DOC+DPF+SCR+ASC分拆來看，預計主流路線總價為0.99萬元左右。非主流路線由于少了EGR，估計總價0.91萬元左右?？紤]到2017-2019年間，凱龍高科輕卡SCR單價下降，假設各技術路線2020-2022年年降5%左右。綜合以上假設，2020-2022年，預計國六尾氣后處理市場輕卡空間將分別達到46.27億元、149.03億元和142.77億元。

    2020-2022年國六輕卡尾氣后處理市場空間測算（億元）

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    3、乘用車國六排放標準尾氣后處理市場空間

    2019年乘用車銷量2144萬輛，假設計2020-2022年銷量增速分別為-10%、3%和2%。由于乘用車國六標準時間從2020年7月延期至2021年1月，假設2020-2022年執(zhí)行國六標準的乘用車比例為50%、100%和100%。

    單車價值量方面，將乘用車技術路線TWC+GPF分拆來看，假設總價為0.26萬元左右，假設2020-2022年降2%左右。

    綜合以上假設，2020-2022年，預計國六尾氣后處理市場乘用車空間將分別達到245.12億元、494.85億元和494.65億元。

    2020-2022年國六乘用車尾氣后處理市場空間測算（億元）

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