2023年氣凝膠行業爭論報告導語氣凝膠是一代高效節能隔熱材料。氣凝膠是一種具有納米多孔網絡結構、并在孔隙中充氣態分散介質的固體材料，是世界上最輕的固體。導語氣凝膠是一代高效節能隔熱材料。氣凝膠是一種具有納米多孔網絡結構、并在孔隙中充氣態分散介質的固體材料，是世界上最輕的固體。一、氣凝膠是當前最高效節能隔熱材料氣凝膠是一代高效節能隔熱材料。氣凝膠是一種具有納米多孔網絡構造、并在孔隙中充氣態分散介質的固體材料，是世界上最輕的固體。由于獨特的構造，氣凝膠在熱學、聲學、光學、電學、力學等多個領域都展現出優異的性能。目前商業化應用的氣凝膠主要圍繞其高效的阻熱力量開放，下游用于石油化工、熱力管網、鋰電池、建筑建材、戶外服飾、航天、軍工等多個領域。氣凝膠的阻熱原理是其獨立的構造帶來的無對流效應、無窮多遮擋板效應、無窮長路徑效應。氣凝膠的導熱系數在0.012~0.024W/(m·K)，比傳統的隔熱材料低 2~3個數量級，其隔熱的原理在于均勻致密的納米孔及多級分形孔道微構造可以有效阻擋空氣對流，降低熱輻射和熱傳導：1〕無對流效應：氣凝膠氣孔為納米級，內部空氣失去自由流淌力量；2〕無窮多遮擋板效應：納米級氣孔，氣孔壁無窮多，輻射傳熱降至最低；3〕無窮長路徑效應：熱傳導沿著氣孔壁進展，而納米級氣孔壁無限長。與傳統保溫材料相比，二氧化硅氣凝膠絕熱氈的保溫性能是傳統材料的2-8倍，因此在同等保溫效果下氣凝膠用量更少。以管道為例，直徑為150mm的管道假設需要到達一樣的保溫效果，對應使用的保溫材料膨脹珍寶巖、硅酸鈣、巖棉、氣凝膠氈的厚度分別為90mm、76mm、64mm、20mm。依據中石化塔河煉化的測算，將常壓焦扮裝置從傳統保溫材料 改造成“二氧化硅氣凝膠保溫毛氈+單面鋁箔玻纖布保溫材料”組合保溫的方式后，熱損失降低了34.7%，保溫層厚度較傳統保溫材料降低 50%以上。此外，氣凝膠具備較長的使用壽命的優勢，其使用壽命約為傳統保溫材料的4倍左右。傳統保溫材料如巖棉、聚氨酯等在長期使用過程中簡潔吸水，一方面影響保溫效果，另一方 面在吸水后由于重力作用導致保溫材料分布不均勻，尤其是在管道保溫的使用場景下，容易造成保溫材料在管道下部積存，最終影響使用壽命。氣凝膠則具有優異的防水效果，其憎水率達99%以上，在長期使用過程中仍能保持穩定的構造和隔熱效果。目前商用的氣凝膠通常為復合材料制品，且具有多種形態。氣凝膠存在強度低、韌性差等缺點，因此需要通過添加顆粒、纖維等增加體提高強度和韌性，也可以通過添加炭黑、陶 瓷纖維等遮光劑提高遮擋輻射力量。因此當前在售氣凝膠制品往往是由氣凝膠材料與基材復合制得。依據制品形態，氣凝膠制品可以分為氣凝膠氈、氣凝膠紙、氣凝膠布、氣凝膠板材、氣凝膠粉末、氣凝膠漿料、氣凝膠涂料等。氣凝膠材料種類繁多，其中SiO2氣凝膠的商業化應用最成熟。氣凝膠依據前驅體可分為氧化物、碳化物、聚合物、生物質、半導體、非氧化物、金屬七大類。眾多不同的前驅體 可制備出具有不同性能的氣凝膠，極大豐富了氣凝膠品種的多樣性，拓展了氣凝膠的應用范圍。目前市場上SiO2氣凝膠的應用最成熟，2023年全球二氧化硅氣凝膠占比高達69二氧化硅氣凝膠前驅體可分為有機硅源和無機硅源。常用的有機硅源是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯等功能性硅烷，無機硅源包括四氯化硅和水玻璃等。與無機硅源相比，有機硅源價格較為昂貴，但是純度高，工藝適應性好，可以適應超臨界枯燥和常壓枯燥。無機硅源水玻璃價格雖然較低，但是雜質較多，目前主要用于常壓枯燥中。氣凝膠的制備過程主要包括溶膠-凝膠、老化、改性、濕凝膠的枯燥處理過程。溶膠-凝膠過程指前驅體溶膠聚攏縮合形成凝膠的過程。但由于剛形成的濕凝膠三維強度不夠而簡潔 裂開坍塌，因此需要在母體溶液中老化一段時間提高強度或者利用外表改性減小或消退干燥應力。枯燥過程即用空氣取代濕凝膠孔隙中的溶液并排出。枯燥工藝是合成步驟的關鍵。濕凝膠在枯燥過程中需要承受高達100Mpa-200MPa 的枯燥應力，該應力會使凝膠構造持續收縮和開裂，簡潔導致構造塌陷。目前主流枯燥工藝路線有超臨界枯燥、常壓枯燥。超臨界枯燥的原理是當溫度和壓力到達或超過液體溶劑介質的超臨界值時，濕凝膠孔洞中的液體直接轉化為無氣液相區的流體，孔洞外表氣液界面消逝，外表張力變得很小甚至消逝。當超臨界流體從凝膠排出時，不會導致其網絡股價的收縮及構造坍塌，從而得到具有凝膠原有構造的塊狀納米多孔氣凝膠材料。早期的枯燥介質主要承受甲醇、乙醇、異丙醇、苯等，但是該技術具備肯定危急，且設備簡單，因此近年來又開發出以二氧化碳為枯燥介質的低溫環境超臨界枯燥工藝，通過降低枯燥時的臨界溫度和壓力，來改善枯燥條件，降低危急性。常壓枯燥的原理是利用低外表張力的枯燥介質和相關改性劑來置換濕凝膠中的溶劑，以減小枯燥時產生的毛細管作用力，避開在去除溶劑時凝膠構造發生破壞，從而實現常壓枯燥。常壓枯燥前通常需要對濕凝膠進展長時間的透析和溶劑置換處理。常壓枯燥設備本錢與能耗成本相對較低、設備簡潔，但是對配方設計和流程組合優化要求高，而且在制備非二氧化硅氣凝膠時尚不成熟。二、氣凝膠行業需求拐點向上進展期降臨5氣凝膠進展至今近90年，國內于2023年將其產業化。氣凝膠誕生于1931年，但直到20世紀90年月國外才開頭將其產業化。但由于枯燥過程本錢較高，早期氣凝膠只能用于航天軍工和石化領域。國內氣凝膠行業起步于21世紀10年月。2023年國內首套1000L超臨界二氧化碳氣凝膠枯燥設備投產，標志著氣凝膠的規模化生產，隨后經過屢次技術迭代，生產本錢逐步降低。過去5年國內氣凝膠市場通過技術進步實現產量的快速躍升。中國氣凝膠市場目前還處于起步階段，但過去 5年的技術進步已經實現了較大比例的降本，2023-2023國內氣凝膠材料產量年均復合增速為38.5%、氣凝膠制品產量年均復合增速為 38.8%。氣凝膠具有格外好的隔熱性能、透光性、隔音性以及絕緣性，但目前工業界主要對其隔熱性能開展一系列應用。目前成熟的下游市場主要有石油化工行業、工業隔熱行業、建筑建材行業、航空航天、鋰電池行業等，其中石油化工占比5626碳中和背景下氣凝膠需求將快速提升目前氣凝膠行業已經初具規模，我們認為當前時點將是氣凝膠行業起飛的拐點期，緣由在于：1〕隨著二氧化碳超臨界技術的成熟以及行業的快速擴產，其本錢相比10年前已經下降約80%，經濟性逐步提升；2〕削減高溫油氣管道熱量流失以及提上升溫反響釜的保溫 率契合碳減排大趨勢，氣凝膠憑借優異的阻熱性能，將逐步替代傳統保溫材料，市場空間寬闊；3〕能源車與儲能鋰電池系統對鋰電池安全性有較高要求，因此需要使用阻熱性能優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。管道保溫材料：到2025年，國內管道用氣凝膠的需求空間將155億元我國于2023年提出“30·60”雙碳目標，削減高溫管道的熱量流失是契合碳減排大趨勢的重要一環。煉化企業的高溫管道外側通常包覆較厚的保溫材料，對管道保溫可以有效降 低企業能源消耗，削減碳排放。而使用硅酸鈣、復合硅酸鹽、巖棉、礦渣棉等常規保溫材料的管道在長周期的運行后，一方面熱損失增加導致裝置能耗上升，另一方面管道外外表的高溫增加了燙傷事故的可能性，此外，巖棉、硅酸鋁等材料簡潔吸水導致保溫失效，聚氨酯等有機絕熱材料阻燃性差，影響工程正常運行。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，更契合節能減排大趨勢。以350℃、4.5Mpa、流量80t/h、外徑為325mm的長輸蒸汽管道工程為例，將傳統保溫方案與氣凝膠復合保溫方案比照可以覺察，方案1和方案2比方案3每公里每年分別節能3127.6GJ1937.0GJ，以熱價53.89元/GJ進展測算，折算后將節約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。由于氣凝膠氈生產本錢高，氣凝膠復合保溫方案的初始投資本錢較高。以1km蒸汽管道施工測算，方案1、2、3的總造價分別在99.370.444.9萬元，方案1、2分別比方案3貴54.425.5萬元，對應于上述的每年節約16.9萬、10.4萬的能源本錢，則方案1、2分別將于3、2年后收回增加的初始投資本錢。氣凝膠保溫材料的替換周期長，經濟性進一步提升。以長度為100m〔管道平均外徑D0=0.60m，冷油管道與熱油管道的長度各為50m〕的地上保溫管道為例，氣凝膠保溫材料與傳統保溫材料的投資施工成原來看，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，氣凝膠保溫材料無需更換，而傳統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，全年節約熱量23746kWh，按0.16元/kWh〔煤炭價格為900元/噸時對應的熱價〕的熱價折算，全年節約總能量費用為 元。連續以上述案例為例探討能源價格對氣凝膠方案經濟性的影響：在上述案例中，氣凝膠方案將比傳統方案節約熱量 23.746MWh/年，我們分別將煤炭價格在300-1500元/噸、自然氣價格在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方案的經濟性，得出的結論是氣凝膠方案或許率在4-7年的時間內比傳統方案更具經濟性。考慮到雙碳背景下能源價格持續上漲，我們認為氣凝膠方案的經濟性拐點已 經降臨。到2025年，國內油氣管道和集中供熱管道對氣凝膠的需求空間將達120億元。當前國內約有油氣管道14.5萬千米，集中供熱管道50.73萬千米，假設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，同時依據2023年氣凝膠制品產值15.9億及石化與工業領域80%的市場占比錨定，估量2023-2025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%,2023-2025 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。鋰電池：系統安全考核加嚴提升氣凝膠滲透率熱失控是動力電池安全事故的主要緣由，碰撞、針刺、過充過放等都會引起鋰電池熱失控，如何掌握熱失控是衡量鋰電池企業制造水平的關鍵因素。鋰電池企業通常從兩種思路解決鋰電池熱失控問題： 1〕通過優化電池制造過程掌握遏制熱失控誘因的發生； 2〕在電芯熱失控已經發生的狀況下，通過系統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的綜合制造力量，目前大多數電池企業的安全制造力量均不過關，其次條解決思路主要依靠隔熱材料的選擇，對電池企業的制造門檻要求相對較低，因此將是多數電池企業解決熱失控的主要選擇。國家自2023年開頭從系統層面考核鋰電池安全性，其次條思路成為大多數車企和電池長的主流選擇。《電動汽車用動力蓄電池安全性要求》于2023年1月1日起正式實施，該文件將鋰電池系統安全作為考核重點，并增系統熱集中測試，要求電池單體發生熱失控后，電池系統在5分鐘內不起火不爆炸。而要實現“5min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。鋰電池系統對隔熱材料的要求是隔熱性能優異的同時需要具備優異的阻燃性能，常規隔熱材料聚氨酯由于在環境溫度超過 140攝氏度后簡潔燃燒，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設計時給電芯之間隔熱層預留的空間并不大，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正確選擇。依據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置云母片。由于氣凝膠目前相對于一般隔熱材料價格相對較貴，因此目前氣凝膠主要用于更易發生熱失控的高鎳三元鋰電池。展望將來，為提升電池包能量密度，一般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。依據鑫欏鋰電數據，2023年高鎳三元鋰電池占比約17500元測算，估量到2025年，全球鋰電池用氣凝膠市場空間為 35億元。研發中心2.2.3建筑保溫市場：當前需求增速慢，遠期市場空間寬闊依據《2023年中國統計年鑒》，我國建筑業能源消耗占國內能源消耗總量超過25%，因此在雙碳目標的大背景下，建筑節能成為亟待解決的問題。在建筑物保溫中墻體擔當整個建 筑物節能保溫的50%以上的認為，因此開發適宜的墻體保溫材料成為重要課題。傳統保溫材料一般分為兩類：以珍寶巖、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，因此漸漸被隔熱性 能更好、抗沖擊性能更高的有機保溫材料取代。但是幾乎全部的有機保溫材料都易燃，在遇到明火后開頭燃燒，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，也只能到達國標 GB8624-2023中的B級不燃標準。氣凝膠具有優異隔熱 不易吸水，是建筑保溫材料的最正確選擇之一。氣凝膠價格較貴，目前在建筑節能市場滲透率相對降低，但遠期空間寬闊。依據2023年國內氣凝膠行業合計15.9億元的產值及建筑建筑行業約占7%的需求來推算，2023年建筑建材用氣凝膠的銷售額約在1億左右。依據我們對建筑外墻保溫材料的測算，則 2023年氣凝膠在建筑保溫材料的滲透率僅為 0.02%，我們假設2025年氣凝膠滲透率提升至0.12%，則到2025年國內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、熱網及鋰電行業，其需求相對較小。但遠期來看，整個建筑建材市場空間寬闊。綜合來看，在雙碳政策的催化下，氣凝膠在節能保溫材料市場的滲透率將有顯著提升。估量2023-2025年國內氣凝膠行業的需求空間合計為22.6/38.7/67.6/115.7/184.7億元，同比增速分別為43%/71%/75%/71%/60%。三、多方企業入局氣凝膠材料，推動氣凝膠規模化降本多方企業入局氣凝膠材料，行業擴產加速多家企業入局氣凝膠行業，推動行業產能加速擴大。依據各企業目前披露的數據，目前國內約有15.7萬方氣凝膠產能。隨著下游需求的快速提升，多種背景的企業開頭入局氣凝膠行業：目前進的企業的背景包括工程裝備企業中國化學、傳統煤化工企業華陽材、化肥企業華昌化工、汽車制品企業泛亞微透、有機硅企業晨光材和宏柏材等。目前生產1萬方的氣凝膠約需投資1.6億元，入局企業大多為上市公司，均有肯定的資金實力，加速了氣凝膠行業產能擴張速度，依據我們的統計，目前主流企業的擴產合計約16萬方，以2年的投產周期來算，估量2023年全行業產能將在2023年的根底上翻倍。由于氣凝膠材料具有較強的技術壁壘，目前大多數的入局者均承受股權投資的形式進入氣凝膠行業。中國化學子公司華陸工程于 年開頭便與中國航天科工十院航天烏江公司開展戰略合作協議，作為化學工程EPC企業，中國化學通過布局氣凝膠保溫材料，可以同時為客戶供給EPC方案及關鍵材料。陽煤集團〔現更名為華陽材〕于2023年參股氣凝膠企業深圳中凝、華昌化工于 2023年參股氣凝膠企業愛彼愛和、泛亞微透于 2023年收購氣凝膠企業大音希聲60%股權。各玩家競爭力分析短期看枯燥技術的突破與優勢競爭在氣凝膠的合成過程中，枯燥步驟具有較強的技術壁壘，枯燥技術路線的選擇直接影響氣凝膠性能。國內氣凝膠企業也依據枯燥技術路線的不同而被劃分為多個派別。由于國內企 業大多以與學校合作的方式引入枯燥技術而起家，因此也依據各家技術來源進展劃分。國內最早的氣凝膠企業納諾科技在 2023年通過引入清華大學的二氧化碳超臨界技術起家，隨后又在2023年與同濟大學合作開發常壓枯燥技術。目前最大的氣凝膠廠商廣東埃力生的技術來源于國防科技大學，以二氧化碳超臨界技術為主。中國化學參股的貴州航天烏江以設備起家，2023年開頭從氣凝膠設備供給商轉向氣凝膠生產，其二氧化碳超臨界技術來自于航天三院，華陸材的工藝技術也由航天烏江供給。廈門納美特、安徽弘輝、華夏特材等一些中小企業則使用廈門大學的酒精超臨界技術。當前國內三種枯燥路線并行進展，由于二氧化碳超臨界枯燥技術綜合性能最正確，目前大多數產能以二氧化碳超臨界枯燥為主，承受二氧化碳超臨界枯燥路線的企業在當前階段具有肯定優勢。當前常用的三種枯燥工藝有二氧化碳超臨界枯燥、乙醇超臨界枯燥和常壓枯燥。從設備投資來看，常壓枯燥的本錢最低，從安全性來看，常壓枯燥的安全性最高，而從生產效率來看，乙醇超臨界的生產效率最高，從產品性能來看，乙醇超臨界的產品性能稍弱于二氧化碳超臨界和常壓枯燥。中期看產業鏈分工在全行業大多數玩家突破枯燥過程中的壁壘并產出相對均質化的產品后，我們認為屆時產業鏈分工打算企業競爭力。氣凝膠細分環節分為生產企業、加工企業以及生產加工一體化企業，目前國內除了納諾科技和愛彼愛和既可以生產又可以加工氣凝膠制品外，埃力生等企業則只供給氣凝膠材料給加工廠，通過加工企業進一步加工成制品。加工企業通常外購氣凝膠材料，再依據下游客戶的定制化需求加工成特定外形。在氣凝膠行業進展初期，各廠商的產品具有較大差異，產業鏈話語權把握在生產企業手中，即為當前氣凝膠行業現狀。而在生產環節技術取得突破即全行業大多數企業產出相對均質化的產品后，客戶資源將成為各個企業角逐的重點。生產和加工環節一體化布局的企業一方面把握生產環節，另一方面直接與下游客戶對接，具有較強的渠道壁壘，該類企業將在氣凝膠行業進展中期最具優勢。長期看原料自給優勢由于原料本錢占比超過50%，當氣凝膠行業產能開頭過剩時，原料自給力量成為氣凝膠企業競爭力的重要考量。我們依據納諾科技 萬方氣凝膠超級絕熱材料工程對二氧化硅氣凝膠的合本錢錢進展拆分。該工程承受乙