發(fā)布時間： 2022/02/17 發(fā)布人：蘇州卓納納米技術(shù)有限公司
2.1 過去5年國內(nèi)氣凝膠市場已經(jīng)初具規(guī)模
氣凝膠發(fā)展至今近 90 年，國內(nèi)于 2012 年將其產(chǎn)業(yè)化。氣凝膠誕生于 1931 年，但直到 20 世紀(jì) 90 年代國外才開始將其產(chǎn)業(yè)化。但由于干燥過程成本較高，早期氣凝膠只能用于 航天軍工和石化領(lǐng)域。國內(nèi)氣凝膠行業(yè)起步于 21 世紀(jì) 10 年代。2012 年國內(nèi)首套 1000L 超臨界二氧化碳?xì)饽z干燥設(shè)備投產(chǎn)，標(biāo)志著氣凝膠的規(guī)?；a(chǎn)，隨后經(jīng)過多次技術(shù)迭 代，生產(chǎn)成本逐步降低。
圖9：氣凝膠產(chǎn)業(yè)化歷程
表4：國內(nèi)技術(shù)降本時間線
過去 5 年國內(nèi)氣凝膠市場通過技術(shù)進步實現(xiàn)產(chǎn)量的快速躍升。中國氣凝膠市場目前還處于 起步階段，但過去 5 年的技術(shù)進步已經(jīng)實現(xiàn)了較大比例的降本，2015-2020 國內(nèi)氣凝膠材 料產(chǎn)量年均復(fù)合增速為 38.5%、氣凝膠制品產(chǎn)量年均復(fù)合增速為 38.8%。
圖10：國內(nèi)氣凝膠產(chǎn)量
圖11：國內(nèi)氣凝膠銷售額
氣凝膠具有非常好的隔熱性能、透光性、隔音性以及絕緣性，但目前工業(yè)界主要對其隔熱 性能開展一系列應(yīng)用。目前成熟的下游市場主要有石油化工行業(yè)、工業(yè)隔熱行業(yè)、建筑建 材行業(yè)、航空航天、鋰電池行業(yè)等，其中石油化工占比 56%、工業(yè)隔熱占比 26%。
圖12：2019年國內(nèi)氣凝膠行業(yè)下游市場應(yīng)用占比
表5：氣凝膠應(yīng)用領(lǐng)域及其優(yōu)勢
2.2 碳中和背景下氣凝膠需求將快速提升
目前氣凝膠行業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，我們認(rèn)為當(dāng)前時點將是氣凝膠行業(yè)起飛的拐點期，原因在 于：1）隨著二氧化碳超臨界技術(shù)的成熟以及行業(yè)的快速擴產(chǎn)，其成本相比 10 年前已經(jīng)下 降約 80%，經(jīng)濟性逐步提升；2）減少高溫油氣管道熱量流失以及提升高溫反應(yīng)釜的保溫 效率契合碳減排大趨勢，氣凝膠憑借優(yōu)異的阻熱性能，將逐步替代傳統(tǒng)保溫材料，市場空 間廣闊；3）新能源車與儲能鋰電池系統(tǒng)對鋰電池安全性有較高要求，因此需要使用阻熱 性能優(yōu)異的氣凝膠作為鋰電池的隔熱材料，鋰電裝機的快速提升將快速拉動氣凝膠需求。
2.2.1 管道保溫材料：到2025年，國內(nèi)管道用氣凝膠的需求空間將達(dá)155億元
我國于 2020 年提出“30·60”雙碳目標(biāo)，減少高溫管道的熱量流失是契合碳減排大趨勢 的重要一環(huán)。煉化企業(yè)的高溫管道外側(cè)通常包覆較厚的保溫材料，對管道保溫可以有效降 低企業(yè)能源消耗，減少碳排放。而使用硅酸鈣、復(fù)合硅酸鹽、巖棉、礦渣棉等常規(guī)保溫材 料的管道在長周期的運行后，一方面熱損失增加導(dǎo)致裝置能耗上升，另一方面管道外表面 的高溫增加了燙傷事故的可能性，此外，巖棉、硅酸鋁等材料容易吸水導(dǎo)致保溫失效，聚 氨酯等有機絕熱材料阻燃性差，影響項目正常運行。雖然氣凝膠相對于其他保溫材料而言 價格仍相對較貴，但是從長周期經(jīng)濟性考慮，氣凝膠使用壽命更長、使用量更少、不易吸 水、阻燃性能好，更契合節(jié)能減排大趨勢。
圖13：管道用氣凝膠復(fù)合保溫方案
以 350℃、4.5Mpa、流量 80t/h、外徑為 325mm 的長輸蒸汽管道項目為例，將傳統(tǒng)保溫 方案與氣凝膠復(fù)合保溫方案對比可以發(fā)現(xiàn)，方案 1 和方案 2 比方案 3 每公里每年分別節(jié)能 3127.6GJ、1937.0GJ，以熱價 53.89 元/GJ 進行測算，折算后將節(jié)省 16.9 萬、10.4 萬元。同時，管線的每公里溫降由原來的 6.9℃降至 4.8℃，可以大大降低熱損。
由于氣凝膠氈生產(chǎn)成本高，氣凝膠復(fù)合保溫方案的初始投資成本較高。以 1km 蒸汽管道 施工測算，方案 1、2、3 的總造價分別在 99.3、70.4、44.9 萬元，方案 1、2 分別比方案 3 貴 54.4、25.5 萬元，對應(yīng)于上述的每年節(jié)省 16.9 萬、10.4 萬的能源成本，則方案 1、2 分別將于 3、2 年后收回增加的初始投資成本。
表6：氣凝膠復(fù)合保溫方案與傳統(tǒng)保溫方案參數(shù)對比
表7：氣凝膠復(fù)合保溫方案的初始投資高
氣凝膠保溫材料的替換周期長，經(jīng)濟性進一步提升。以長度為 100m（管道平均外徑 D0= 0.60 m，冷油管道與熱油管道的長度各為 50 m）的地上保溫管道為例，氣凝膠保溫材料 與傳統(tǒng)保溫材料的投資施工成本來看，單次人工材料總費用分別是 3.44 萬、1.15 萬，而 兩種方案的使用年限分別為 10-15 年、3-4 年，即在 12 年內(nèi)，氣凝膠保溫材料無需更換， 而傳統(tǒng)保溫材料需要更換三次。此外，在保溫層均為 2cm，冷油溫度 20℃，熱油溫度 50℃ 的前提下，全年節(jié)約熱量 23746kWh，按 0.16 元/kWh（煤炭價格為 900 元/噸時對應(yīng)的熱 價）的熱價折算，全年節(jié)約總能量費用為 3692 元。
圖14：煤炭價格在2021年大漲（元/噸）
繼續(xù)以上述案例為例探討能源價格對氣凝膠方案經(jīng)濟性的影響：在上述案例中，氣凝膠方 案將比傳統(tǒng)方案節(jié)省熱量 23.746MWh/年，我們分別將煤炭價格在 300-1500 元/噸、天然 氣價格在 2-8 美元/mmbtu、原油價格在 50-110 美元/桶之間波動的情景下測算氣凝膠方案 相對于傳統(tǒng)方案的經(jīng)濟性，得出的結(jié)論是氣凝膠方案大概率在 4-7 年的時間內(nèi)比傳統(tǒng)方案 更具經(jīng)濟性?？紤]到雙碳背景下能源價格持續(xù)上漲，我們認(rèn)為氣凝膠方案的經(jīng)濟性拐點已 經(jīng)來臨。
到 2025 年，國內(nèi)油氣管道和集中供熱管道對氣凝膠的需求空間將達(dá) 120 億元。當(dāng)前國內(nèi) 約有油氣管道 14.5 萬千米，集中供熱管道 50.73 萬千米，假設(shè)存量保溫管道的保溫材料 替換周期為 4 年，油氣管道半徑 30cm、集中供熱管道半徑 85cm，同時根據(jù) 2020 年氣凝 膠制品產(chǎn)值 15.9 億及石化與工業(yè)領(lǐng)域 80%的市場占比錨定，預(yù)計 2021-2025 年存量管道 的 替 代 比 例 分 別 為 1%/2%/3%/5%/8% ， 增 量 管 道 的 替 代 比 例 為 10%/15%/30%/ 50%/80%,2021-2025 年 油 氣 管 道 和 集 中 供 熱 管 道 對 氣 凝 膠 的 需 求 空 間 分 別 為 18.57/32.82/58.40/100.03/154.83 億元。
2.2.2 鋰電池：系統(tǒng)安全考核加嚴(yán)提升氣凝膠滲透率
熱失控是動力電池安全事故的主要原因，碰撞、針刺、過充過放等都會引起鋰電池?zé)崾Э兀?如何控制熱失控是衡量鋰電池企業(yè)制造水平的關(guān)鍵因素。鋰電池企業(yè)通常從兩種思路解決 鋰電池?zé)崾Э貑栴}：1）通過優(yōu)化電池制造過程控制遏制熱失控誘因的發(fā)生；2）在電芯熱 失控已經(jīng)發(fā)生的情況下，通過系統(tǒng)層面的手段將熱失控遏制在模組、Pack 層面或延緩蔓 延時間。其中第一條思路較為考驗電池企業(yè)的綜合制造能力，目前大多數(shù)電池企業(yè)的安全 制造能力均不過關(guān)，第二條解決思路主要依賴隔熱材料的選擇，對電池企業(yè)的制造門檻要 求相對較低，因此將是多數(shù)電池企業(yè)解決熱失控的主要選擇。
國家自 2021 年開始從系統(tǒng)層面考核鋰電池安全性，第二條思路成為大多數(shù)車企和電池長 的主流選擇?！峨妱悠囉脛恿π铍姵匕踩砸蟆酚?2021 年 1 月 1 日起正式實施，該 文件將鋰電池系統(tǒng)安全作為考核重點，并新增系統(tǒng)熱擴散測試，要求電池單體發(fā)生熱失控 后，電池系統(tǒng)在 5 分鐘內(nèi)不起火不爆炸。而要實現(xiàn)“5min 的安全逃逸時間”，則需要對電 池包的隔熱材料多做改進，延緩故障電池包的爆炸時間。
圖16：氣凝膠阻止熱失控單體電芯和模組之間的熱擴散
鋰電池系統(tǒng)對隔熱材料的要求是隔熱性能優(yōu)異的同時需要具備優(yōu)異的阻燃性能，常規(guī)隔熱 材料聚氨酯由于在環(huán)境溫度超過 140 攝氏度后容易燃燒，因此不適合作為鋰電池的阻燃材 料。此外，出于對體積能量密度的追求，鋰電池廠在 Pack 設(shè)計時給電芯之間隔熱層預(yù)留 的空間并不大，氣凝膠兼具阻燃性能好及用量少的特點，成為鋰電池電芯隔熱材料的最佳 選擇。根據(jù)寧德時代和上汽集團等專利顯示，目前較為主流的隔熱方案是在電芯之間放置 氣凝膠插片，同時在模組和上蓋之間設(shè)置云母片。
由于氣凝膠目前相對于普通隔熱材料價格相對較貴，因此目前氣凝膠主要用于更易發(fā)生熱 失控的高鎳三元鋰電池。展望未來，為提升電池包能量密度，普通三元及磷酸鐵鋰電池有 望使用更薄的氣凝膠隔熱墊以提升電池包的成組效率，因此氣凝膠在鋰電池的滲透率將進 一步提升。根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，2021 年高鎳三元鋰電池占比約 17%左右，則以氣凝膠的 單車價值量 500 元測算，預(yù)計到 2025 年，全球鋰電池用氣凝膠市場空間為 35 億元。
2.2.3 建筑保溫市場：當(dāng)前需求增速慢，遠(yuǎn)期市場空間廣闊
根據(jù)《2020 年中國統(tǒng)計年鑒》，我國建筑業(yè)能源消耗占國內(nèi)能源消耗總量超過 25%，因此 在雙碳目標(biāo)的大背景下，建筑節(jié)能成為亟待解決的問題。在建筑物保溫中墻體承擔(dān)整個建 筑物節(jié)能保溫的 50%以上的認(rèn)為，因此開發(fā)合適的墻體保溫材料成為重要課題。
傳統(tǒng)保溫材料一般分為兩類：以珍珠巖、巖棉類為代表的無機保溫材料、以聚苯乙烯、聚 氨酯為代表的有機保溫材料。無機材料保溫隔熱性能差，且吸水率高，因此逐漸被隔熱性 能更好、抗沖擊性能更高的有機保溫材料取代。但是幾乎所有的有機保溫材料都易燃，在 遇到明火后開始燃燒，并且在燃燒過程中會分解出苯、甲苯、甲醛等，即使在聚氨酯材料 中添加阻燃劑，也只能達(dá)到國標(biāo) GB8624-2012 中的 B 級不燃標(biāo)準(zhǔn)。氣凝膠具有優(yōu)異隔熱 性能、不易燃燒、不易吸水，是建筑保溫材料的最佳選擇之一。
圖17：氣凝膠插片用在電芯之間進行隔熱
氣凝膠價格較貴，目前在建筑節(jié)能市場滲透率相對降低，但遠(yuǎn)期空間廣闊。根據(jù) 2020 年 國內(nèi)氣凝膠行業(yè)合計 15.9 億元的產(chǎn)值及建筑建造行業(yè)約占 7%的需求來推算，2020 年建 筑建材用氣凝膠的銷售額約在 1 億左右。根據(jù)我們對建筑外墻保溫材料的測算，則 2020 年氣凝膠在建筑保溫材料的滲透率僅為 0.02%，我們假設(shè) 2025 年氣凝膠滲透率提升至 0.12%，則到 2025 年國內(nèi)建筑保溫外墻市場對氣凝膠的需求量為 13.7 萬方。相比石化、 熱網(wǎng)及鋰電行業(yè)，其需求相對較小。但遠(yuǎn)期來看，整個建筑建材市場空間廣闊。
綜合來看，在雙碳政策的催化下，氣凝膠在節(jié)能保溫材料市場的滲透率將有顯著提升。預(yù) 計 2021-2025 年國內(nèi)氣凝膠行業(yè)的需求空間合計為 22.6/38.7/67.6/115.7/184.7 億元，同 比增速分別為 43%/71%/75%/71%/60%。
來源：西部證券，5G行業(yè)公眾號
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