油氣管道是氣凝膠下游最主要應(yīng)用領(lǐng)域，節(jié)能降本長期效果顯著。相比傳統(tǒng)保溫材料，氣凝膠絕熱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(dá)15年（傳統(tǒng)材料3-5年）、更防火等優(yōu)點(diǎn)，是“雙碳”目標(biāo)下石化、LNG管線等實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳的優(yōu)選材料。盡管初始投資目前較高，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(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，通常 2-4年左右可以完全回收成本。

圖2   石化廠中壓蒸汽管線保溫改造

圖3 油田稠油開采蒸汽管線保溫改造

氣凝膠能夠有效解決鋰電池安全問題。氣凝膠主要應(yīng)用于動力電池電芯之間的隔熱阻燃、模組與殼體之間的隔熱防震層、電池箱的外部防寒層和高溫隔熱層等。在新能源汽車方面，氣凝膠能夠有效解決低溫環(huán)境下磷酸鐵鋰電池的保溫問題以及高溫環(huán)境下三元電池?zé)崾Э財(cái)U(kuò)散問題，是鋰電隔熱的首選材料。2020年5月，工信部發(fā)布《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，增加電池系統(tǒng)熱擴(kuò)散試驗(yàn)，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，為乘員預(yù)留安全逃生時間。據(jù)公開報(bào)道顯示，只有氣凝膠能完成。2020年以來，寧德時代、弗迪電池、中創(chuàng)新航、國軒高科、欣旺達(dá)等頭部電池廠商紛紛開始使用氣凝膠隔熱片。

圖4   氣凝膠在鋰電池領(lǐng)域應(yīng)用示意圖

圖5   頭部電池廠商氣凝膠應(yīng)用案例

氣凝膠在建筑保溫節(jié)能領(lǐng)域大有可為。2021年，建筑行業(yè)占全球能源需求的34%以上， 在與能源消耗和工藝流程相關(guān)的二氧化碳排放當(dāng)中，其占比達(dá)到 37%左右。氣凝膠材料具有超低導(dǎo)熱系數(shù)、A 級不燃、超輕質(zhì)等特點(diǎn)，通常作為被動式節(jié)能措施的重要原材料，在門窗、建筑管道、墻面保溫及涂料等領(lǐng)域有望替代傳統(tǒng)保溫材料，在建筑節(jié)能降碳方面具有廣泛的應(yīng)用潛力。據(jù)《氣凝膠反射隔熱涂料在建筑領(lǐng)域的節(jié)能降碳應(yīng)用》一文中闡述，通過對比 3 種典型建筑外墻分別應(yīng)用氣凝膠反射隔熱涂料AC與兩種常用外墻材料WC（白色顆粒漆）、CC（水泥）后的全年制冷能耗，使用氣凝膠反射隔熱涂料AC后，建筑的制冷能耗都有了顯著降低。

圖6   三種典型建筑外墻使用不同涂料的全年制冷能耗

“雙碳”背景下，預(yù)計(jì)氣凝膠在各領(lǐng)域滲透率有望進(jìn)一步提升。我國氣凝膠目前在石化管道、新能源車和建筑保溫材料領(lǐng)域滲透率分別約為1.9%、10%、0.23%，中性測算下，若 2025 年我國氣凝膠在三個主要市場滲透率提升到 5%、35%、1%，則增量空間達(dá)近百億。

表1   2025 年我國氣凝膠主要市場空間測算

//中國引領(lǐng)第四次產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)為看點(diǎn)

氣凝膠處于第四次產(chǎn)業(yè)化時期，我國行業(yè)規(guī)?？焖贁U(kuò)張。氣凝膠最早由美國科學(xué)工作者Kistler 在 1931 年制得，20 世紀(jì) 90 年代國外將其產(chǎn)業(yè)化。從 2001 年美國Aspen 公司成立，開始第三次氣凝膠產(chǎn)業(yè)化至今，20年來全球氣凝膠產(chǎn)業(yè)已走過了研發(fā)期、導(dǎo)入期，目前正處于成長期前期。國內(nèi)氣凝膠行業(yè)則起步于 21 世紀(jì)，隨著 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)，我國氣凝膠生產(chǎn)逐漸規(guī)?；?016 年常州國家高新區(qū)和普禾資本在常州簽署《戰(zhàn)略合作協(xié)議》，正式宣布國內(nèi)第一個氣凝膠新材料產(chǎn)業(yè)集群項(xiàng)目落戶常州國家高新區(qū)。近幾年經(jīng)過多次技術(shù)迭代，生產(chǎn)成本降低，國內(nèi)氣凝膠產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了快速躍升。2015-2020 國內(nèi)氣凝膠材料產(chǎn)量由 1.96 萬立方米增長至 10.00 萬立方米，氣凝膠制品產(chǎn)量由 2.44 萬噸增長至 12.60 萬噸。

圖7   氣凝膠產(chǎn)業(yè)化發(fā)展歷程

成本制約目前滲透率水平，技術(shù)和規(guī)?；瘜⑹峭黄脐P(guān)鍵。Aspen Aerogels 數(shù)據(jù)顯示， 材料成本約占其氣凝膠總成本的 48%，制造成本約占 44%。具體來看，氣凝膠的生產(chǎn)成本主要集中在硅源（原料）、設(shè)備折舊（干燥）及能耗（干燥）方面。因此，有效降低成本一方面依賴于制備工藝的突破，一方面通過低成本原材料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國氣凝膠材料產(chǎn)能達(dá) 38.36 萬立方/年，擬建產(chǎn)能為 137.8 萬立方/年。由于氣凝膠材料具有較強(qiáng)的技術(shù)壁壘，目前大多數(shù)的新入局者均采用股權(quán)投資的形式進(jìn)入氣凝膠行業(yè)。短期內(nèi)，產(chǎn)線落地速度及技術(shù)突破將成為企業(yè)核心競爭力。長遠(yuǎn)來看，產(chǎn)業(yè)鏈布局及原料供給將成為企業(yè)搶占制高點(diǎn)。

圖8   我國主要?dú)饽z企業(yè)產(chǎn)能情況

從制備工藝來看，目前超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝是主流干燥工藝，其中超臨界效果最好，但成本也較高，而常壓干燥的制造成本是超臨界工藝的 1/20，所以兩種方法是齊頭幵進(jìn)，值得一提的是，常壓工藝本身的工藝要求較高，所以只有對常壓工藝成熟的生產(chǎn)企業(yè)才具有競爭優(yōu)勢，否則成本優(yōu)勢并不突出。由于二氧化碳超臨界干燥技術(shù)綜合性能最佳，目前大多數(shù)產(chǎn)能以二氧化碳超臨界干燥為主，采用二氧化碳超臨界干燥路線的企業(yè)在當(dāng)前階段具有一定優(yōu)勢。

從原料端來看，對于二氧化硅氣凝膠而言，原材料一般為無機(jī)硅源和有機(jī)硅源，硅化工 企業(yè)的成本優(yōu)勢凸顯。晨光新材是功能性硅烷行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，擁有正硅酸乙酯產(chǎn)能，具備顯著成本優(yōu)勢；宏柏新材是含硫硅烷細(xì)分龍頭，取得了十多項(xiàng)含硫硅烷領(lǐng)域的核心技術(shù)，憑借上游原料切入氣凝膠賽道。

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，目前國內(nèi)除了納諾科技和愛彼愛和既可以生產(chǎn)又可以加工氣凝膠制品外，埃力生等企業(yè)則只提供氣凝膠材料給加工廠，通過加工企業(yè)進(jìn)一步加工成制品。加工企業(yè)通常外購氣凝膠材料，再根據(jù)下游客戶的定制化需求加工成特定形狀。

氣凝膠作為當(dāng)前最高效節(jié)能隔熱材料，在“雙碳”背景下，隨著技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)有望進(jìn)一步提升下游需求滲透率，未來有望逐步替代傳統(tǒng)絕熱材料，尤其是在工業(yè)和設(shè)備領(lǐng)域發(fā)展速度加快。我國氣凝膠布局企業(yè)有望乘第四次產(chǎn)業(yè)化東風(fēng)，尤其是產(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。

如需完整版PDF報(bào)告，請關(guān)注公眾號「氣凝膠應(yīng)用技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟」，并后臺回復(fù)“020”獲取。