氣凝膠行業(yè)深度報告:行業(yè)東風(fēng)已至,氣凝膠供需兩旺

氣凝膠:保溫界的六邊形全能戰士

氣凝膠是一種性能優(yōu)異的新興材料


氣凝膠是用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成的一種納米級多孔固態(tài)材料。氣凝膠隔熱性極佳,其熱導率可低達 0.012W/(m·K),一寸厚的氣凝膠相當于20-30塊普通玻璃的隔熱功能;其孔隙率高達99.9%,是良好的吸附介質(zhì),也可開(kāi)發(fā)做催 化劑載體;同時(shí)氣凝膠還具有良好的阻燃性、絕緣性和隔音性,并且綠色環(huán)保。優(yōu)異的性能使其在熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、 力學(xué)領(lǐng)域均有所應用,也被期許為“改變世界的神奇材料”。

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納米級多孔結構造就其優(yōu)越的保溫隔熱性能

與傳統保溫材料相比,氣凝膠保溫隔熱性能更好,使用壽命更長(cháng)。氣凝膠超低的導熱系數保證其優(yōu)秀的隔熱效果,隔熱性能是 傳統保溫材料的2-5倍,并且從-200℃到650℃環(huán)境均可使用。同時(shí),氣凝膠的納米孔特殊結構使其耐壓抗拉,使用壽命更是傳 統材料的5倍以上。

氣凝膠突出的隔熱性能來(lái)自于其多孔結構。氣凝膠的孔徑尺寸低于常壓下空氣分子平均自由程,因此空隙中的空氣分子近似靜 止,從而避免了空氣的對流傳熱。氣凝膠極低的體積密度及多孔結構的彎曲路徑也阻止了氣態(tài)和固態(tài)熱傳導,趨于“無(wú)窮多” 的空隙壁可以使熱輻射降至最低。三方面共同作用,幾乎阻斷了所有熱傳遞途徑,使氣凝膠達到其他材料無(wú)法比擬的隔熱效果。


規?;a(chǎn)以二氧化硅氣凝膠為主

氣凝膠材料種類(lèi)多樣,按照組分不同可分為單組分和多組分氣凝膠。其中,單組份氣凝膠包括氧化物氣凝膠、碳化物氣凝膠、 有機氣凝膠、氮化物氣凝膠、碳氣凝膠和生物質(zhì)氣凝膠等,在隔熱、吸附、催化、儲能轉化和生物醫用等領(lǐng)域均有所突破。目 前,SiO2氣凝膠研發(fā)、生產(chǎn)、應用最為成熟,據《搶抓“碳達峰”歷史機遇,加快氣凝膠產(chǎn)業(yè)快速成長(cháng)》,2019年占據全球 69%的市場(chǎng)份額。


商用氣凝膠通常為復合材料

純氣凝膠材料質(zhì)脆、易碎,常與其他材料復合使用。氣凝膠具有非常獨特的高孔隙率結構特征,骨架承受的應力及孔間的毛細 管壓力差較大。因此,純氣凝膠材料呈現出質(zhì)脆、易碎的性能,實(shí)用性較差,需要利用其他材料賦予它的強度等性能才能達到 實(shí)際的使用效果。氣凝膠可針對不同的應用領(lǐng)域,與不同材料復合,形式多樣,常見(jiàn)的有氣凝膠氈,氣凝膠隔熱墊,氣凝膠涂 料,氣凝膠保溫板、氣凝膠墻布等。


干燥技術(shù)是SiO2氣凝膠制備的關(guān)鍵

濕凝膠干燥是制備SiO2氣凝膠最重要的步驟。SiO2氣凝膠的制備主要包括:1)溶膠-凝膠法制備濕凝膠;2)濕凝膠干燥制備氣 凝膠兩部分。濕凝膠干燥要在保持其原有納米網(wǎng)絡(luò )結構不變的條件下, 排除其中溶劑。超臨界干燥法能夠有效防止干燥過(guò)程中凝 膠破裂,但設備昂貴且工藝復雜,目前,超臨界二氧化碳干燥法為主流生產(chǎn)工藝。常壓干燥法設備簡(jiǎn)單便宜,只要技術(shù)成熟即 能進(jìn)行連續性及規?;a(chǎn),但干燥周期長(cháng), 干燥成品品質(zhì)低, 密度大且易開(kāi)裂。


滲透加速,空間廣闊

氣凝膠正處在高速成長(cháng)期


氣凝膠從發(fā)現至今已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)三次產(chǎn)業(yè)化,目前正處在以我國企業(yè)為主導的第四次產(chǎn)業(yè)化浪潮中。1931年,Steven. S. Kistler在 Nature雜志上發(fā)表《共聚擴散氣凝膠與果凍》標志著(zhù)氣凝膠的發(fā)現,隨后陸續經(jīng)歷了三次產(chǎn)業(yè)化。從2001年美國Aspen公司成立, 開(kāi)始第三次氣凝膠產(chǎn)業(yè)化至今,20年來(lái)全球氣凝膠產(chǎn)業(yè)已走過(guò)了研發(fā)期、導入期,目前正處于成長(cháng)期前期。2010 年開(kāi)始,國內 首批氣凝膠生產(chǎn)企業(yè)陸續成功開(kāi)拓了工業(yè)設備管道節能、新能源汽車(chē)安全防護、軌交車(chē)廂及船體防火隔熱保溫的應用市場(chǎng),氣 凝膠市場(chǎng)日益成熟。


我國氣凝膠市場(chǎng)增速領(lǐng)先全球

我國氣凝膠市場(chǎng)已處于國際并跑地位。在國家對新材料日益重視和碳達峰對節能減碳日趨嚴格的大背景下,我國的氣凝膠行業(yè) 發(fā)展顯著(zhù)加快。據Allied Market Research研究報告顯示,2013—2020年全球氣凝膠市場(chǎng)規模從2.2億美元增加到近20億美元,年 均復合增長(cháng)率高達36.4%。2015—2020年,我國氣凝膠市場(chǎng)規模從3.3億元增加到37.16億元,年均復合增長(cháng)率達到61.1%,市場(chǎng) 增速遠超國際平均水平。Global Industry Analysts亦預測,2020~2027年,中國、加拿大、德國、日本氣凝膠市場(chǎng)的年均復合增 速分別為22.3%、16%、14.8%和13.4%。


氣凝膠受?chē)艺咧攸c(diǎn)支持

氣凝膠產(chǎn)業(yè)在雙碳戰略下得到國家大力支持。氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展備受關(guān)注,曾被列入國家重點(diǎn)節能低碳技術(shù)、建材新興產(chǎn)業(yè)、 前沿新材料等名單。隨著(zhù)雙碳目標的推進(jìn),在規劃實(shí)現碳中和的路徑中,絕熱節能是最重要的組成部分,碳達峰、碳中和的目 標給了氣凝膠絕熱節能材料較大的施展空間。2021年10月24日,《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達峰行動(dòng)方案的通知》下達重要 任務(wù),明確提出“加快碳纖維、氣凝膠、特種鋼材等基礎材料研發(fā)?!本C上來(lái)看,氣凝膠作為一種新型環(huán)保新材料,將在“碳 中和、碳達峰”的戰略下得到大力支持。


油氣管道是氣凝膠下游最主要應用領(lǐng)域

氣凝膠主要用于高溫油氣管線(xiàn)保溫,如稠油開(kāi)采的地面高溫注汽管線(xiàn)保溫,煉化裝置、介質(zhì)管線(xiàn)的保溫等,一般溫度在 200℃~650℃之間。另外,為了防止輸送油氣的管道發(fā)生凝管或者冰堵事故,尤其在冬季或者氣候寒冷的高緯度地區,管道運 營(yíng)公司亦需要對輸送介質(zhì)進(jìn)行加熱并對管道進(jìn)行保溫。


氣凝膠材料能夠有效節能降本

氣凝膠的主要劣勢在于初始投資較高,但由于其優(yōu)異的保溫隔熱性、耐老化性、疏水性等,在服役一段時(shí)間后,反而更具經(jīng)濟 效益??傮w說(shuō)來(lái),氣候越寒冷、管輸介質(zhì)溫度越高、加熱時(shí)間越長(cháng)、熱價(jià) (能源費用) 越高,則使用氣凝膠材料保溫的經(jīng)濟性越 好。


案例一:中國石油管道科技研究中心對某輸油站場(chǎng)管道的保溫改造。使用氣凝膠替代傳統巖棉等保溫材料,對于長(cháng)度約100m的 管道,假設冷熱油管道長(cháng)度各占50%,其中冷油20℃,熱油50℃,若每年加熱6個(gè)月,使用氣凝膠材料后,僅熱能費用每年可節 約8264元,4.6年后可收回期初多投資的成本。氣凝膠的使用壽命長(cháng)達20年,而傳統隔熱材料3~5年就需更換,因此,氣凝膠還 可以在后續的10~15年間節省因更換隔熱層而產(chǎn)生的材料費、人工費等,若考慮這部分費用,約3.6年即可回收初期多出的投資。


案例二:中石油克拉瑪依石化公司對初始溫度約435℃的蒸汽管線(xiàn)保溫改造。采用氣凝膠和防水涂料復合保溫材料替代原始復 合硅酸鹽保溫材料,新保溫材料使用壽命可長(cháng)達10年以上,改造后年節約蒸汽量1.85萬(wàn)噸,對應年節約成本175.75萬(wàn)元,初始 投入材料費+施工費606.7萬(wàn)元,根據5%的年折舊率計算得出的年經(jīng)濟效益為127.72萬(wàn)元。投資回收期為4.5年。


2025年,氣凝膠在油氣領(lǐng)域市場(chǎng)空間預計達54.4億元

參考“十四五”現代能源體系規劃,假設2021~2025年,油氣管道總里程復合增速為3.7%,我們預計至2025年全國油氣管道總 里程為17.4萬(wàn)千米;參考中國石油管道科技研究中心發(fā)表文獻數據,假設管道平均外徑0.6m,保溫層厚度2cm,計算得到氣凝 膠單耗為40立方/千米;參考中國絕熱節能材料協(xié)會(huì )數據,假設2021年我國氣凝膠在存量和新建管道領(lǐng)域滲透率分別為0.5%、 10%,預計2023和2025年,氣凝膠在油氣管道領(lǐng)域的需求分別為17.6、51.8萬(wàn)立方,對應市場(chǎng)空間19.4、54.4億元,2021~2025年 復合增速達71.9%。


2025年,氣凝膠在中國新能源車(chē)領(lǐng)域市場(chǎng)空間預計達33.5億元

參考泛亞微透招股說(shuō)明書(shū),假設2021年,氣凝膠在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的單車(chē)價(jià)值為500元/輛,2023~2025年,隨著(zhù)工藝成熟略有下 降。2021年,氣凝膠滲透率參考高鎳三元電池滲透率,假設為15%,在新能源汽車(chē)追求長(cháng)續航里程,以及更高的能量密度的背 景下,氣凝膠的滲透率有望加速提升。據我們預測,2025年,氣凝膠在全球和我國新能源汽車(chē)領(lǐng)域的市場(chǎng)空間分別可達60.4、 33.5億元,2021~2025年復合增速分別為85.8%、88.4%。


國內企業(yè)積極擴產(chǎn)

氣凝膠相關(guān)企業(yè)主要位于上游前驅體及中游產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域

氣凝膠產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游前驅體、中游設備、中游產(chǎn)品及下游應用,目前氣凝膠相關(guān)企業(yè)主要位于上游有機硅源的制備及中 游氣凝膠材料生產(chǎn)領(lǐng)域。


國內企業(yè)積極擴產(chǎn)

盡管我國氣凝膠市場(chǎng)起步較晚,但發(fā)展迅速,目前已處于國際并跑或領(lǐng)跑地位。據華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院,2014—2020年,我國氣凝 膠產(chǎn)量從0.85萬(wàn)立方米增加到10萬(wàn)立方米,年均復合增長(cháng)率達到51%。整體來(lái)看,我國的氣凝膠產(chǎn)業(yè)在逐漸擺脫之前的產(chǎn)品結構 低端化嚴重,產(chǎn)品成本優(yōu)勢不明顯等劣勢,行業(yè)的規模擴張進(jìn)程加快。據我們統計,截至2023年3月,我國氣凝膠材料產(chǎn)能達 27.36萬(wàn)立方/年,擬建產(chǎn)能為123.85萬(wàn)立方/年。


上游正硅酸乙酯供應緊缺

上游正硅酸乙酯供應緊缺。截至2023年3月,我國正硅酸乙酯產(chǎn)能約為5.15萬(wàn)噸/年,產(chǎn)能主要集中在晨光新材、江瀚新材、張家 港新亞化工及幾家規模較大的功能性硅烷企業(yè)中。目前,正硅酸乙酯是氣凝膠的主要硅源,根據納諾科技環(huán)評,1立方米氣凝膠 約消耗0.307噸正硅酸乙酯,5.15萬(wàn)噸正硅酸乙酯僅夠支持16.8萬(wàn)立方氣凝膠材料生產(chǎn),即使加上8萬(wàn)噸擬建產(chǎn)能,也僅夠支撐 42.8萬(wàn)立方氣凝膠材料,小于當前氣凝膠規劃產(chǎn)能。

供需緊張驅動(dòng)正硅酸乙酯價(jià)格上漲。正硅酸乙酯下游主要應用于氣凝膠前驅體、電器絕緣材料、涂料、光學(xué)玻璃處理劑、有機 合成等領(lǐng)域。受益于涂料、氣凝膠等下游行業(yè)景氣度的提升,據生意社數據,正硅酸乙酯的市場(chǎng)價(jià)格由早期1.1~1.2萬(wàn)元/噸大幅 上漲,2021年11月最高達到2.8萬(wàn)元/噸,目前約2萬(wàn)元/噸。


能夠實(shí)現四氯化硅循環(huán)利用的企業(yè)更具優(yōu)勢

正硅酸乙酯由乙醇與四氯化硅反應制得,直接使用四氯化硅成本較高。根據晨光新材環(huán)評,若直接外購四氯化硅,則單噸正硅 酸乙酯僅原材料成本就達到9593元/噸,以正硅酸乙酯當前較高的售價(jià)1.8萬(wàn)元/噸(不含稅)算,原材料成本已近54%。而四氯化 硅和乙醇生成正硅酸乙酯的過(guò)程中還會(huì )產(chǎn)生氯化氫,如果把它吸收成鹽酸,則貼錢(qián)處理,因此直接使用四氯化硅進(jìn)行正硅酸乙 酯的合成成本過(guò)高。四氯化硅是三氯氫硅和多晶硅生產(chǎn)的副產(chǎn)物,能夠實(shí)現四氯化硅循環(huán)利用的企業(yè)將更具優(yōu)勢。


乙醇和氯化氫雙循環(huán)可顯著(zhù)降低成本

硅烷企業(yè)或具備乙醇和氯化氫雙循環(huán)優(yōu)勢,進(jìn)一步壓縮成本。根據晨光新材環(huán)評,合成一噸正硅酸乙酯約需0.88噸乙醇;在氣 凝膠制備過(guò)程中,每生產(chǎn)一立方氣凝膠材料亦需要約8.5公斤無(wú)水乙醇作為正硅酸乙酯和水的反應溶劑,但同時(shí),也會(huì )生成208公 斤乙醇副產(chǎn)物。即每生產(chǎn)1立方氣凝膠約消耗0.28噸乙醇,以乙醇7000元/噸的價(jià)格計算,若乙醇可實(shí)現循環(huán)利用,則每生產(chǎn)1立 方氣凝膠亦可節約乙醇成本約1961元。硅烷企業(yè)若能同時(shí)實(shí)現乙醇及氯化氫雙循環(huán),氣凝膠原材料成本可近似壓縮為硅粉成本, 實(shí)現大幅度降低。


重點(diǎn)公司分析

晨光新材:全產(chǎn)業(yè)鏈布局優(yōu)勢顯著(zhù)

公司擁有三氯氫硅、正硅酸乙酯及氣凝膠全產(chǎn)業(yè)鏈布局,且氣凝膠擬建產(chǎn)能最高。公司當前擁有三氯氫硅產(chǎn)能6萬(wàn)噸/年,正硅 酸乙酯產(chǎn)能1萬(wàn)噸/年,并向下游延伸至氣凝膠,全產(chǎn)業(yè)鏈布局帶來(lái)顯著(zhù)成本優(yōu)勢。公司當前氣凝膠擬建產(chǎn)能為7.7萬(wàn)噸/年,行業(yè) 領(lǐng)先,同時(shí)擬配套新建26萬(wàn)噸/年三氯氫硅及6萬(wàn)噸/年正硅酸乙酯,在當前氣凝膠需求旺盛的背景下,公司有望充分受益。

公司是功能性硅烷領(lǐng)先企業(yè),積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的橫縱擴張。公司同時(shí)推進(jìn)三個(gè)基地建設,銅陵基地30萬(wàn)噸功能性硅 烷項目,在加強現有優(yōu)勢品種的基礎上,推出新的硅烷產(chǎn)品;江西基地,布局21萬(wàn)噸硅基新材料及0.5萬(wàn)噸鈷基新材 料,從硅烷延伸到氣凝膠等新材料,進(jìn)一步拓寬產(chǎn)品矩陣;寧夏基地,完善公司硅基新材料及氣凝膠產(chǎn)業(yè)鏈布局。 隨著(zhù)擴產(chǎn)項目的陸續釋放,公司業(yè)績(jì)將持續提升。


宏柏新材:積極推進(jìn)一體化布局

公司是國內含硫硅烷龍頭企業(yè),積極推進(jìn)氣凝膠一體化布局。公司擬新建氣凝膠產(chǎn)能1萬(wàn)方/年,其中一期0.3萬(wàn)方/年計劃于2023 年下半年投產(chǎn),二期0.7萬(wàn)方/年計劃于2024年底投產(chǎn)。同時(shí),公司積極推進(jìn)一體化布局,當前擁有上游10萬(wàn)噸/年三氯氫硅產(chǎn)能, 及一定的正硅酸乙酯產(chǎn)能,同時(shí)江西九江亦將新建部分三氯氫硅和四氯化硅產(chǎn)能。

公司擁有完整的“硅塊-三氯氫硅-中間體-功能性硅烷-白炭黑”綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈,成本優(yōu)勢顯著(zhù)。依托全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢,公司沿著(zhù) 產(chǎn)業(yè)鏈在橫向和縱向同步發(fā)力,在原料端加速擴產(chǎn)三氯氫硅并布局光伏級的同時(shí),產(chǎn)品端規劃氨基硅烷、特種硅烷、氣凝膠等 高附加值硅基新材料,產(chǎn)品矩陣快速擴容。隨著(zhù)綜合成本的進(jìn)一步下降,公司核心競爭力將持續增強。


泛亞微透:ePTFE膜+氣凝膠雙輪驅動(dòng)

公司是ePTFE膜領(lǐng)先企業(yè),氣凝膠加速布局。公司擁有氣凝膠產(chǎn)能0.16萬(wàn)立方/年,并于2021年7月收購大音希聲60%的股權,強 強聯(lián)合,將氣凝膠業(yè)務(wù)進(jìn)一步做大做強。目前公司新建產(chǎn)能25萬(wàn)平方/年已試生產(chǎn),隨著(zhù)新建產(chǎn)能的投產(chǎn),公司將充分發(fā)揮 ePTFE和氣凝膠的協(xié)同作用,面向汽車(chē)、消費電子、軍工三大領(lǐng)域,為客戶(hù)定制化開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足其特殊需求的產(chǎn)品。

深挖利基市場(chǎng),公司產(chǎn)品盈利能力強且空間廣闊。ePTFE膜技術(shù)壁壘較高,所處行業(yè)細分市場(chǎng)眾多,單個(gè)看容量雖小,但匯總 的市場(chǎng)大且毛利率高,2018年至今,公司毛利率在45%左右波動(dòng)。公司采取“產(chǎn)品多元、市場(chǎng)利基”的發(fā)展戰略,圍繞ePTFE膜 等微觀(guān)多孔材料不斷開(kāi)拓,歸母凈利潤2018年至2021年增速均在20%以上,隨著(zhù)新建產(chǎn)能的陸續投產(chǎn),公司業(yè)績(jì)將持續成長(cháng)。









































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