行業(yè)研報丨低碳化進程持續(xù)推進，氣凝膠發(fā)展前景可期
氣凝膠是世界上最低導(dǎo)熱系數(shù)、最小密度的固體，微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為納米多孔材料、孔隙中充滿空氣，因輕若薄霧顏色泛藍，又被稱為“藍煙”，具有超長的使用壽命、超強的隔熱性能、超高的耐火性能等，被譽為“改變世界的神奇材料”。
由于其內(nèi)部無對流效應(yīng)、無窮多遮擋板效應(yīng)、無窮長路徑效應(yīng)，氣凝膠隔熱性能優(yōu)異，早期主要應(yīng)用在航天、軍工和國防領(lǐng)域，隨后逐步擴展至石化、工業(yè)、建筑、交通、日用等領(lǐng)域；在電極載體材料、催化材料、傳感材料、納米滅菌材料、藥物釋放等諸多新興領(lǐng)域均有廣泛研究。目前氣凝膠下游集中在油氣、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域，如油氣項目、工業(yè)隔熱以及建筑建造隔熱等。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，新能源汽車、日用戶外等領(lǐng)域市場也將逐漸打開。
圖 1：氣凝膠下游主要應(yīng)用領(lǐng)域
資料來源：中國銀河證券研究院
“政策+標(biāo)準(zhǔn)”持續(xù)出臺，推動產(chǎn)業(yè)健康高質(zhì)發(fā)展
在“雙碳”目標(biāo)背景下，我國持續(xù)出臺相關(guān)文件，一方面繼續(xù)堅決遏制“兩高”項目盲目發(fā)展，另一方面持續(xù)推進節(jié)能降碳綠色轉(zhuǎn)型。氣凝膠是國家基礎(chǔ)戰(zhàn)略性前沿新材料，對降低碳排放、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。國家和地方密集出臺多項政策，同時出臺保險補償機制等，大力鼓勵氣凝膠行業(yè)發(fā)展。同時氣凝膠標(biāo)準(zhǔn)不斷出臺，推動行業(yè)規(guī)范高質(zhì)發(fā)展。2018 年 9 月 1 日，我國第一個氣凝膠材料國家標(biāo)準(zhǔn)《納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱制品》正式實施，適用于工業(yè)及建筑領(lǐng)域用納米孔二氧化硅基氣凝膠復(fù)合絕熱產(chǎn)品，其他類型也可參考使用。初步統(tǒng)計，目前出臺 1 項國家標(biāo)準(zhǔn)、2 項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和 26 項團體標(biāo)準(zhǔn)。隨著氣凝膠的優(yōu)越性能逐步被市場認可，不同領(lǐng)域、不同用途氣凝膠標(biāo)準(zhǔn)的出臺有助于打開氣凝膠下游市場的廣闊消費空間。
氣凝膠應(yīng)用靈活寬泛，下游需求空間廣闊
氣凝膠形態(tài)多樣，包括氣凝膠氈、板、布、紙、顆粒、粉末、涂料和異形件等，產(chǎn)品多樣化賦予其更加靈活寬泛的下游應(yīng)用。其中，氣凝膠氈產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣，用于管道、儲罐、爐體、交通、建筑等保溫隔熱。據(jù)IDTechEXResearch 數(shù)據(jù)顯示，我國氣凝膠下游應(yīng)用中占比最多的為油氣項目，約占 56%；其次是工業(yè)隔熱占 18%、建筑制造占 9%、交通運輸占 8%。油氣和工業(yè)隔熱仍將是氣凝膠應(yīng)用的主戰(zhàn)場，建筑建造、交通運輸和新興領(lǐng)域?qū)⒊蔀槲磥碓鲩L較快的領(lǐng)域。
圖 2：氣凝膠下游需求結(jié)構(gòu)分布
資料來源：IDTechEx
圖 3：氣凝膠常見下游需求應(yīng)用領(lǐng)域
資料來源：愛彼愛和官網(wǎng)
對比傳統(tǒng)保溫材料，氣凝膠隔熱材料在能源節(jié)約、空間節(jié)約、提升施工效率具備明顯的優(yōu)勢。以管道節(jié)能保溫應(yīng)用為例，蒸汽供暖、冷凍水制冷、工業(yè)生產(chǎn)等多種場合下，需要對輸送管道進行保溫隔熱處理，以減少能量的耗散，比如石油管道、蒸汽管道、煙管、其他介質(zhì)的高/低溫管道等。
氣凝膠氈具有使用溫度范圍更廣、隔熱更優(yōu)、厚度更?。▊鹘y(tǒng)材料的 1/3-1/5）、更抗腐蝕、憎水率高、使用壽命長達 15 年（傳統(tǒng)材料 3-5 年）、更防火等優(yōu)點。運用氣凝膠氈替代傳統(tǒng)保溫材料，可以降低至少一半原有保溫材料的厚度，施工方便，熱量損失大幅降低，節(jié)能效果可提升10%以上，且使用壽命延長，是一種綜合性價比更高的節(jié)能材料。采用氣凝膠方案，雖然前期一次性投資成本較高，但綜合考慮氣凝膠更長的使用壽命以及通過節(jié)約能源和運行維護費用，通常 2-4 年左右可以完全回收成本。
表 1：氣凝膠在不同領(lǐng)域應(yīng)用與傳統(tǒng)保溫材料對比
資料來源：埃力生官網(wǎng)
油氣項目保溫為氣凝膠最大的應(yīng)用領(lǐng)域
據(jù) IDTechEx 統(tǒng)計，2019 年全球 SiO2 氣凝膠下游需求分布中，油氣項目為最大應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用占比超過 50%；其次為工業(yè)領(lǐng)域隔熱，占比約 20%，建筑制造和交通運輸為第三和第四大應(yīng)用領(lǐng)域，前四大需求領(lǐng)域占比合計約90%。據(jù)國外研究機構(gòu) MarketResearch.biz 的研究報告指出，全球氣凝膠年市場價值已達5.13 億美元(2016 年)，預(yù)計以 31.8%復(fù)合年增長率增長，到 2026 年將達 80 多億美元。
表 2：石化裝置中常用保溫材料對比
資料來源：中國銀河證券研究院
氣凝膠有望替代傳統(tǒng)鋰電池隔熱材料
新能源汽車及動力電池將成為推動氣凝膠需求增長的新動力。傳統(tǒng)的動力電池保溫隔熱材料有泡棉、泡沫塑料、高硅氧棉、超細玻璃棉、真空隔熱板等，可用于動力電池電芯 間隔熱的泡棉主要有 PU、PI 泡棉。氣凝膠隔熱材料在鋰離子動力電池中主要應(yīng)用于電池電芯之間的隔熱阻燃及模組與殼體之間的隔熱防震。氣凝膠隔熱片與傳統(tǒng)動力電池隔熱材料相比，具有超疏水、V0 級阻燃、使用溫度范圍廣、導(dǎo)熱系數(shù)低、壽命長、質(zhì)輕、無毒等優(yōu)點。相較于傳統(tǒng)保溫材料，只需 1/5-1/3的厚度即可達到相同的隔熱效果，為動力電池節(jié)省更多空間。氣凝膠有望成為鋰電池隔熱材料唯一選擇。
圖 4：電動汽車電池防火材料
資料來源：IDTechEX Research
圖 5：氣凝膠氈在鋰離子電池組充當(dāng)防火隔熱層
資料來源：《二氧化硅氣凝膠及其在保溫隔熱領(lǐng)域應(yīng)用進展》（潘月磊）
圖 6：新國標(biāo)對電池?zé)岚踩雷o提出更高要求
資料來源：國家標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)
圖 7：不同材料的熱失控蔓延時間對比（秒）
資料來源：《隔熱層對鋰電池模組熱失控蔓延特性影響的實驗研究》（常潤澤）
僅有氣凝膠材料能滿足電池新國標(biāo)要求。2021 年 1 月 1 日起實施的《電動汽車用動力蓄電池安全要求》提出，電池包或系統(tǒng)在發(fā)生電池?zé)崾Э睾螅? 分鐘之內(nèi)不能起火或者爆炸。與納米玻璃纖維、陶瓷纖維紙、云母和硅膠等隔熱材料相比，在考慮一定安全邊際下，也僅有氣凝膠材料能夠滿足如此高的要求。
過去 5 年，我國新能源汽車處于高速增長期，產(chǎn)量從 2016 年的 54.5 萬輛增長至 2022 年的 636.2 萬輛，年均復(fù)合增長率為 50.6%。據(jù) IDC 預(yù)測，到 2025 年我國新能源汽車產(chǎn)量有望達到 1299 萬輛，新能源汽車市場規(guī)模的持續(xù)增長有望帶動氣凝膠在該領(lǐng)域應(yīng)用率的提升。整體上看，我國氣凝膠市場需求空間在 2025 年有望達到 184 億元。
表 3：氣凝膠市場需求空間測算
資料來源：住建部，Wind
在政策支持下，基于氣凝膠產(chǎn)品巨大的市場空間，多家企業(yè)入局氣凝膠行業(yè)，推動行業(yè)產(chǎn)能加速擴充。2014-2020 年，我國氣凝膠行業(yè)供給穩(wěn)步提升，氣凝膠產(chǎn)品/氣凝膠材料產(chǎn)量從 2014 年的 1.05 萬噸/0.85 萬立方米，增長至2020 年的 12.6 萬噸/10 萬立方米，行業(yè)復(fù)合增長率分別實現(xiàn)51.3%/50.8%。隨著氣凝膠行業(yè)下游工業(yè)管道保溫、新能源汽車與動力電池等需求領(lǐng)域快速增長，多家生產(chǎn)企業(yè)布局氣凝膠材料/制品產(chǎn)能，行業(yè)供給有望繼續(xù)擴張，未來產(chǎn)業(yè)鏈一體化的企業(yè)或?qū){借成本優(yōu)勢和渠道優(yōu)勢脫穎而出。
