金属锗行业供需分析报告.docx
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金属锗行业供需分析报告
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正文目录
1.锗简介及产业链4
2.供给：
预计2017年产量保持平稳4
2.1美国保有储量占比45%，中国占比41%4
2.2中国产量占比超70%，且近年增量主要来自中国5
2.3中国锗资源主要在云南和内蒙，云南锗业产量占比约35%6
2.4中国锗废料回收水平还有待提高8
2.5锗行业进入门槛高，公司少，集中度较高8
2.6中国锗初级产品大量出口，但近年有下降趋势9
2.7未来锗供给保持稳定，需关注国家收储进度和泛亚库存流向11
3.需求：
红外、光纤、光伏三大行业需求向好12
3.1红外光学：
军用稳步增长，民用大有可为13
3.2光纤行业：
中国光纤市场仍有较大需求16
3.3光伏系统：
空间太阳能电池锗需求稳定，地面聚光光伏有增长空间18
3.4相变存储：
难以忽视的未来增长点20
4.价格：
供需面有所改善，价格有望继续上行22
图表目录
图表1：
锗产业链4
图表2：
全球锗资源主要分布在美国、中国5
图表3：
中国锗产量占全球70%以上6
图表4：
美国锗矿2013后大多停产，锗原料主要依赖进口6
图表5：
中国锗资源主要分布于云南和内蒙7
图表6：
2015年云南锗业锗产量占全国35%8
图表7：
再生锗资源回收举例8
图表10：
中国主要的锗制品生产商9
图表8：
中国锗出口量2016年略有反弹10
图表9：
美国锗原料进口放缓11
图表11：
全球锗下游应用分布（2015年）12
图表12：
美国锗下游应用分布（2015年）13
图表13：
锗在红外光学领域的主要用途14
图表14：
红外成像原理14
图表15：
军用红外热像仪市场预测15
图表16：
中国军费开支/GDP远低于美国16
图表17：
民用红外热像仪市场预测16
图表18：
中国互联网水平离发达国家还有很大差距17
图表19：
2015年《指导意见》建设目标18
图表20：
锗主要用于III-V族砷化镓太阳能电池的衬底片19
图表21：
锗衬底生长III-V化合物薄膜太阳能电池与单晶硅电池性能对比19
图表22：
PCM芯片21
图表23：
GST材料原子分析21
图表24：
锗价格走势22
1.锗简介及产业链
锗（Ge）是一种典型的稀散元素，很少有独立矿床，一般以分散状态分布于其他元素组成的矿物中，比如含硫化物的铅、锌、铜、银等矿床以及某些含锗煤矿中。
锗及其化合物具有许多特殊性质，主要应用于红外光学、光纤通信、太阳能电池、催化剂等行业（图表1），是军工、国防、高新科技等领域的重要原材料。
但锗资源又相当匮乏，是被多国列入战略储备物资的重要战略资源。
图表1：
锗产业链
2.供给：
预计2017年产量保持平稳
2.1美国保有储量占比45%，中国占比41%
据美国地质调查局（USGS）统计，全球已探明锗保有储量为8600吨，主要分布在美国、中国和俄罗斯，其中美国保有储量3870吨，中国保有储量为3500吨，分别占比45%和41%（图表2）。
2.2中国产量占比超70%，且近年增量主要来自中国
2015年全球锗产量为160吨，其中中国锗产量为115万吨，占比超70%，且过去几年锗的增量主要来自于中国（图表3）。
而美国虽然占比45%，但锗产量并不高，主要原因在于美国的锗矿多为铅锌伴生矿，锗的产量受限于铅锌矿的生产规模和含锗品位。
2010年后美国锗产量在3吨左右，但自2013年起大部分含锗矿都处于停产状态。
图表2：
全球锗资源主要分布在美国、中国
图表3：
中国锗产量占全球70%以上
图表4：
美国锗矿2013后大多停产，锗原料主要依赖进口
2.3中国锗资源主要在云南和内蒙，云南锗业产量占比约35%
中国的锗资源主要分布在云南和内蒙（图表5），其中云南的锗资源主要分布在铅锌矿和含锗褐煤中，已上储量表的铅锌、铜矿伴生锗保有储量为1182吨（占比约34%），而煤中锗均未上储量表。
云南目前已知具有工业开采价值的锗煤矿有临沧帮卖（大寨、中寨）、腊东白塔、沧源芒回和潞西等噶矿区，这四个矿区资源约为1056吨。
而内蒙虽然锗资源占比约46%，但是目前开采程度和品位都不如云南。
中国最大的锗生产企业为云南锗业，其拥有大寨锗矿、梅子箐煤矿两个矿山，保有锗资源储量689.55吨（上市前），相当于全世界上表储量的8.02%，全国上表储量的19.70%；上市以后又收购了4个采矿权和1家拥有锗矿采矿权的企业，增加了锗资源保有储量约250吨。
2015年云南锗业的锗产量为40.5吨，约占中国产量的35%（图表6），全球产量的25%。
而另一主要锗矿生产商驰宏锌锗的锗资源则主要来自铅锌冶炼的伴生产品，2015年锗精矿产量为19.5吨。
图表5：
中国锗资源主要分布于云南和内蒙
图表6：
2015年云南锗业锗产量占全国35%
2.4中国锗废料回收水平还有待提高
国外多数锗生产商都是在铅锌冶炼过程中提取锗，小部分从褐煤燃烧所得锗烟尘中回收锗，另有约占消费量30%的锗资源来自于废料回收（图表7）。
而中国70%的锗来自于含锗褐煤，25%来自铅锌矿，还有5%来自废料回收，锗回收比例还有待提高。
目前中国主要的锗回收企业有格林美，每年回收的锗资源在8吨左右。
图表7：
再生锗资源回收举例
2.5锗行业进入门槛高，公司少，集中度较高
由于1）锗资源十分稀缺，锗矿掌握在现有的少数企业手中；2）目前全球范围内并没有专业成熟的锗产品生产设备制造商，锗产品的生产线主要是企业自主研发的，需要长期积累；3）在锗产品深加工领域，要达到品质稳定和满足客户不同需求，需要企业有较强的研发能力和运营经验等原因，锗行业的进入门槛较高，锗的产销基本集中在几个主要的大生产商和大贸易商手中。
海外生产锗精矿的多为综合矿业公司，锗业务在其主营业务中占比并不高，如加拿大的TeckCominco公司、欧洲的Nyrstar公司等，而专注于锗深加工领域的则有比利时的Umicore、美国的AXT、俄罗斯的GEAPP、德国的PhotonicSense等。
国内生产锗及其制品的企业包括云南锗业、中锗科技、国晶辉、驰宏锌锗等（图表10）。
图表10：
中国主要的锗制品生产商
2.6中国锗初级产品大量出口，但近年有下降趋势
早期中国的锗原料及制品大量出口，但自2010年后出口量开始逐年下降（图表8），2016年锗及其制品的出口量为16吨，较2015年略有回升。
德国、美国、日本是中国锗产品的主要出口国。
虽然中国锗产量很高，但是高附加值锗产品依然不足，出口的多为初级锗制品。
反观锗消费大国美国，主要专注于深加工领域，锗原料主要依赖进口（图表9），进口国主要为中国62%、比利时22、俄罗斯7%、加拿大5%。
图表8：
中国锗出口量2016年略有反弹
图表9：
美国锗原料进口放缓
2.7未来锗供给保持稳定，需关注国家收储进度和泛亚库存流向
锗资源的特性导致了锗的供应量不可能在短期内得到迅速提升，锗产量从2008年的140吨增至2015年的160吨，年均增长率仅为1.93%。
2015年以来锗价持续走低，锗矿生产商大多放慢了锗精矿的开采。
根据USGS公布的数据，也可以看到全球锗供应增长乏力，产量呈下降趋势。
在目前锗价反弹回升的背景下，我们预计2017年产量将保持稳定，但目前来看供给端仍有不确定因素：
1）国家收储问题：
由于锗资源稀缺，且具有战略意义，被美国、欧盟、日本等列为战略储备资源并进行收储。
中国国储局也于2012年和2014年分别收储了20吨和30吨锗，分别占当年产量的19%和25%。
若国家继续执行30吨/年的收储计划，必将对市场供给造成一定压力，从而推高锗价。
2）泛亚锗库存流向：
泛亚有色金属交易所一案立案已久，但交易所高达90吨的锗库存流向仍不明朗，对市场造成较大困扰。
3.需求：
红外、光纤、光伏三大行业需求向好
根据USGS，2016年锗的主要下游应用及占比为光纤系统30%、红外光学20%、PET催化剂20%、电子器件和太阳能15%（图表11）。
其中PET催化剂的主要应用地区为日本，而美国锗资源则主要用于光纤40%、红外光学30%，电子器件和太阳能20%（图表12）。
图表11：
全球锗下游应用分布（2015年）
图表12：
美国锗下游应用分布（2015年）
3.1红外光学：
军用稳步增长，民用大有可为
锗在大气层对红外线透明度最高的2～14微米红外波段内，有高而均匀的透过率及高折射率，此外还有耐腐蚀、易加工等特性，是一种不可替代的优良红外光学材料，特别适用于军工及民用中的热成像仪、红外雷达及其他红外光学装置的窗口、透镜、棱镜与滤光片的材料等（图表13）。
目前红外产品的主要市场在军用领域。
发达国家的军队红外装备普及率较高，而我国军队现代化的过程中也将不断提高红外装备的配备比例。
2017年中国财政拟安排国防支出1.04万亿元，同比增长7%，但在GDP中占比仅1.3%左右，远低于美国（图表16）。
目前我国军队规模约200万人，若按照10%的比例配备红外设备；同时根据云南锗业募投项目3.55万套锗镜头大约对应10吨锗金属，假设每套锗镜头含0.3kg锗金属，则对应的锗需求量为60吨。
再加上机载红外装备等，锗需求量还将进一步增加。
根据美国红外热像仪调查机构MaxtechInternational，2014年全球军用红外热像仪的市场规模为78亿美元，2019年市场规模预计可达到92.51亿美元，复合年增长率为3.47%（图表15）。
图表13：
锗在红外光学领域的主要用途
图表14：
红外成像原理
图表15：
军用红外热像仪市场预测
而红外技术在民用领域的应用还处于起步阶段，目前运用最广的为电力和消防领域，但是覆盖率仍然较低，未来有较大提升空间，此外汽车车载夜视仪、手机用红外光器件也是可关注的未来增长点。
根据MaxtechInternational，2014年民用红外热像仪的市场规模约31亿美元，2020年预计可以达到56亿美元，复合年增长率约为10%（图表17）。
图表16：
中国军费开支/GDP远低于美国
图表17：
民用红外热像仪市场预测
3.2光纤行业：
中国光纤市场仍有较大需求
光纤是现代光通信的主要传输介质，在光纤制作中，光纤预制棒制造是最关键、难度最高的环节，成本占比近70%。
光纤级四氯化锗是制造光纤预制棒的重要掺杂剂，其作用是提高纤芯折射率，使得传输光向更长的波长区扩展，满足光的无损耗传输。
而其他超长波红外光纤材料在损耗系数等参数上与掺锗石英光纤相差较大，所以锗在光纤上的应用是其他材料无法替代的。
2009-2015年全球光纤出货量从1.85亿芯公里增长到3.5亿芯公里，年均增长率为11％，中国光纤出货量从0.46亿芯km增长到1.8亿芯km，年均增长率达到26％。
但目前中国互联网水平离发达国家还有很大差距（图表18），随着国务院频频提出宽带建设政策目标，可以预见未来几年中国的光纤市场仍有较大需求。
图表18：
中国互联网水平离发达国家还有很大差距
2015年5月，国务院印发《关于加快高速宽带网络建设推进网络提速降费的指导意见》，提出到2017年，全国所有设区市城区和大部分非设区市城区家庭具备100Mbps光纤接入能力；80%以上的行政村实现光纤到村（图表19）。
2015年我国已经实现1.2亿户家庭的光纤到户，2016年-2017年将实现1亿以上家庭的光纤到户，按平均光纤需求量2芯公里计算，两年内将拉动2亿芯公里的光纤需求。
参考武汉云晶飞披露的数据，平均1000芯公里用高纯四氯化锗0.27千克（折合锗金属0.09千克），2亿芯公里需要54吨四氯化锗，折合锗金属约18.3吨。
图表19：
2015年《指导意见》建设目标
过去中国的光纤预制棒原材料主要依赖进口，但是如今已经打破海外垄断光纤级四氯化锗等材料的局面，降低了光纤的生产成本。
目前国内光纤级四氯化锗的主要生产商有北京国晶辉和武汉云晶飞（由长飞、云南锗业和国晶辉合资成立）。
3.3光伏系统：
空间太阳能电池锗需求稳定，地面聚光光伏有增长空间
目前太阳能电池市场主要以多晶硅、单晶硅为主，以及少部分的薄膜太阳能电池。
而利用光学元件将太阳能汇聚后再进行发电的聚光光伏（CPV），被认为是代表未来发展方向的第三代技术。
目前聚光光伏大多采用高温性能好、光电转化效率高的III-V族化合物砷化镓（图表20）。
图表20：
锗主要用于III-V族砷化镓太阳能电池的衬底片
聚光光伏中使用最多的是由锗、砷化镓、镓铟磷3种不同的半导体材料形成3个PN结，这3种材料的晶格常数基本匹配，而且每一种半导体材料分别吸收不同波段的太阳光光谱，从而可对太阳光进行全谱线吸收，光电转化效率可达到40%以上（图表21）。
图表21：
锗衬底生长III-V化合物薄膜太阳能电池与单晶硅电池性能对比
但由于砷化镓太阳能电池造价高昂，目前主要还是用于人造卫星和空间站等。
据统计目前全球空间太阳能电池中超过80%采用兼具高效率、耐高温、抗辐射等特性的锗衬底化合物半导体叠层电池。
普通卫星大约需要用锗单晶片6,000～15,000片，根据云南锗业披露的每百万片4英寸太阳能电池用锗单晶片的用锗量为6.17吨，每个锗晶片用锗量约为6.17g，则普通卫星用锗量大约为37-92kg。
若每年发射30颗卫星，则对应的用锗量约为1.11-2.78吨。
而在地面电池市场，使用锗、镓、铟等昂贵原料的光伏造价高昂，虽然光电转换效率高，但比起现今普及使用的多晶硅、单晶硅等并不具备优势。
然而随着高倍聚光技术的发展，可以大大减少材料的使用量，从而降低度电生产成本。
目前聚光光伏电站（CPV）主要安装在一些阳光充沛、气候炎热的偏远地区，未来随着CPV技术的进步，地面光伏市场对以锗晶片为基板的高效三结太阳能电池需求有望增加。
目前国外生产太阳能电池用锗晶片的主要有比利时Umicore和美国AXT，而国内的主要是云南中科鑫圆晶体材料有限公司、南京中锗科技股份有限公司、天津电子46所、北京通美晶体材料有限公司等。
3.4相变存储：
难以忽视的未来增长点
2016年5月IBM苏黎世研发中心在相变存储（PCM）技术领域取得重大突破——首次实现了单个相变存储单元存储3个比特的数据。
最新研究有助降低PCM的成本，并有望加快其产业化步伐，最终为物联网时代呈指数级增长的数据提供一种简单且快速的存储方式。
在相变存储技术中，PCM相变层是核心作用部分，主要由电机、相变层和电阻加热层组成（图表22），其中相变层的主要材料为锗、锑、碲组成的GST系化合物，原子量占比分别为14.21%、23.70%和62.09%（图表23）。
该材料以薄膜形式附在硅基上，相变层是区别于其他存储芯片的核心部件。
图表22：
PCM芯片
图表23：
GST材料原子分析
参考DRAM技术文档，当前DRAM芯片cellsize一般为0.005um^2，薄膜厚度一般100到200nm左右，取100nm，锗占比14.21%，则1GB存储对应的锗需求量为4.4×10^（-7）克。
IDC数据显示，到2020年全球数据总量将超过40ZB，数据量呈爆发式增长。
预计到2025年，全球将新增40亿互联网用户、80亿智能手机使用、联接数将达千亿、每人每天消费1.7GB数据。
以40ZB存储量计算，对应的锗需求量约为19吨（推断中均以相变存储全部取代闪存和内存计算，仍不包括在其他物联网比如汽车、云计算等领域的应用）。
莫尼塔TMT行业组判断，根据Intel、IBM等巨头的商业化进程，在2018年开始相变存储将开始大规模应用，在2020年左右会占较大市场份额。
锗的需求量也有望随相变存储的推广而增加。
4.价格：
供需面有所改善，价格有望继续上行
从2012年年中起，在需求预期良好、供应可控、国家收储等背景下，供给方推涨价格，锗价一路上行，直到2014年锗价都继续保持高位运行。
而进入2015年后，全球大宗商品市场持续低迷，锗价也开始走上下行通道，全球需求的萎靡、泛亚库存的困扰以及国内新建产能的释放等都带来了一定的下行压力。
在锗价低迷的情况下，云南、内蒙等地的锗生产商放慢了资源开采的步伐，锗供需情况逐渐有所好转。
2016年全球大宗商品市场回暖，三季度锗价开始底部回升（图表24）。
2017年锗价有望继续上行，原因在于：
1）行业集中度高，供给端调控有度，预计产量将保持平稳；2）环保压力下，2017年锗加工厂限产或将更频繁；3）锗作为重要的战略资源，国家收储政策预计将继续实行；4）红外锗镜片、光纤级四氯化锗、光伏级锗衬底片等下游需求向好；5）中国锗出口量2016年触底回升，海外需求有所改善。
图表24：
锗价格走势
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