氣凝膠是最新一代高效節(jié)能隔熱材料，是目前世界上導(dǎo)熱率最低的材料。氣凝膠是一種具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、并在孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的固體材料，也是世界上最輕的固體。由于獨特的結(jié)構(gòu)，氣凝膠在熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等多個領(lǐng)域都展示出優(yōu)異的性能。目前商業(yè)化應(yīng)用的氣凝膠主要圍繞其高效的隔熱能力展開，下游用于石油化工、熱力管網(wǎng)、鋰電池、建筑建材、戶外服飾、航天、軍工等多個領(lǐng)域。

圖 1：2021 年氣凝膠消費結(jié)構(gòu)

資料來源：IDTEchEX 

氣凝膠比傳統(tǒng)保溫材料保溫性能好，同等保溫效果下用量最小。與傳統(tǒng)保溫材料相比， 二氧化硅氣凝膠絕熱氈的保溫性能是傳統(tǒng)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 的管道如果需要達到相同的保溫效果，對應(yīng)使用的保溫材料膨脹珍珠巖、硅酸鈣、巖棉、氣凝膠氈的厚度分別為 90mm、76mm、64mm、20mm。

圖 2：氣凝膠與其他保溫材料的性能對比

資料來源：華創(chuàng)證券

氣凝膠使用壽命是傳統(tǒng)保溫材料的 4 倍，因此長周期具備經(jīng)濟性。氣凝膠具有防水性好、阻燃性好、不易被腐蝕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好的特點，其更換周期在 20 年左右，而傳統(tǒng)保溫材料的更換周期在 5 年左右。傳統(tǒng)保溫材料如巖棉、膨脹巖等材料在長期使用過程中容易吸水，一方面影響保溫效果，另一方面在吸水后由于重力作用導(dǎo)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堆積，最終影響使用壽命。聚氨酯材料超過 140℃ 會發(fā)生自燃。氣凝膠則具有優(yōu)異的防水效果及非常高的燃點，其憎水率達 99% 以上，在長期使用過程中仍能保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和隔熱效果。

表 1：傳統(tǒng)保溫材料和氣凝膠材料的性能對比

資料來源：頭豹研究院

二氧化硅氣凝膠的下游應(yīng)用廣泛，包括石油石化、熱力管網(wǎng)、動力電池隔熱、建筑節(jié)能等領(lǐng)域，與多種傳統(tǒng)保溫材料對比性能優(yōu)越。在石化領(lǐng)域，氣凝膠可以用在高壓釜、蒸餾塔與管道保溫層，取代傳統(tǒng)保溫材料巖棉、膨脹巖、硅酸鈣等材料。在熱力管網(wǎng)領(lǐng)域，氣凝膠可以用在長輸熱力掛網(wǎng)外體保溫，取代傳統(tǒng)保溫材料巖棉、聚氨酯等材料。在鋰電池領(lǐng)域，氣凝膠用于電芯間絕熱，取代傳統(tǒng)保溫材料云母片。

表 2：氣凝膠的應(yīng)用場景和取代材料的優(yōu)勢對比

資料來源：愛彼愛和官網(wǎng)

氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。在碳中和背景下，建筑保溫隔熱材料也向節(jié)能、環(huán)保及高效等方向發(fā)展。當(dāng)前市場上主要的建筑保溫材料，如巖棉、玻棉等無機纖維棉，存在纖維結(jié)構(gòu)疏松，易吸濕等問題，使用周期中保溫性能會大幅下降。聚苯乙烯(PS)和聚氨酯(PU)泡沫等有機保溫材料存在火災(zāi)風(fēng)險。

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，通常作為被動式節(jié)能措施的重要原材料，在門窗、建筑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。根據(jù)《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》，到2025年我國既有建筑節(jié)能改造面積將達3.5億平方米以上，保溫材料需求廣闊。我們假設(shè)建筑面積未來五年不變，氣凝膠滲透率持續(xù)提升，預(yù)計2025年中國建筑材料氣凝膠市空間將達5.41億元。

氣凝膠玻璃以其超級絕熱性能、良好透光性及消音降噪等特性，目前在高科技領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，可用做航天、航海的窺視窗，代替汽車的鋼化玻璃，在原子能和激光領(lǐng)域作為可透過各種射線的結(jié)構(gòu)材料，做精密光學(xué)儀器的光學(xué)元件等。限于成本較高、規(guī)?；a(chǎn)程度不高等問題，氣凝膠玻璃尚處于工程示范應(yīng)用階段。

圖 3：氣凝膠中空玻璃結(jié)構(gòu)示意圖

建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氣凝膠中空玻璃》JC/T 2669-2022已正式發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)中給出了常見規(guī)格氣凝膠中空玻璃的傳熱系數(shù)K值，見表 3。

表 3：常見規(guī)格氣凝膠中空玻璃的傳熱系數(shù)K值

資料來源：建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氣凝膠中空玻璃》JC/T 2669-2022

氣凝膠隔熱涂料是一種新型節(jié)能環(huán)保材料，能有效反射太陽光和紅外線，利用氣凝膠超強隔熱性能，通過多種機理協(xié)同作用，降低建筑表面溫度，實現(xiàn)顯著的隔熱和節(jié)能效果。通過對比 3 種典型建筑外墻分別應(yīng)用氣凝膠隔熱涂料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，使用氣凝膠隔熱涂料AC后，建筑的制冷能耗有了顯著降低，如圖 4。

圖 4：三種典型建筑外墻使用不同涂料的全年制冷能耗

資料來源：《氣凝膠反射隔熱涂料在建筑領(lǐng)域的節(jié)能降碳應(yīng)用》張廣鵬等

氣凝膠室內(nèi)凈化涂料是以氣凝膠材料和天然礦物材料為主要原料制成的。氣凝膠具有多孔的3D互連納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予了涂料更大的吸附能力和催化活性，這種結(jié)構(gòu)可以增加氣凝膠材料的比表面積，使其能夠更好地接觸和吸附甲醛、細菌和病毒等有害物質(zhì)。同時，氣凝膠的高反應(yīng)活性接觸面能夠快速、高效地吸附有害物質(zhì)并促進其分解和轉(zhuǎn)化，從而有效凈化室內(nèi)空氣。與普通內(nèi)墻涂料相比，添加了氣凝膠材料的涂料具有更加優(yōu)異的性能，可以更好地實現(xiàn)抗甲醛、抗菌和抗病毒等功能，打造健康舒適安心的宜居環(huán)境，在家裝領(lǐng)域具有廣泛的適用性。

圖 5：氣凝膠的3D網(wǎng)狀納米微觀結(jié)構(gòu)

氣凝膠絕熱氈是采用溶膠-凝膠原位復(fù)合工藝，將氣凝膠與玻璃纖維復(fù)合而成的柔性氈材，相較其他保溫材料，氣凝膠絕熱氈具備保溫層材料用量少、保溫效果更好、使用壽命更長等優(yōu)點，國內(nèi)已有多家石油石化企業(yè)采用氣凝膠絕熱氈用于管線保溫。

圖 6：氣凝膠絕熱氈與傳統(tǒng)保溫材料性能對比

資料來源：德邦證券

氣凝膠保溫板是一種創(chuàng)新型防火保溫材料，具有極佳的保溫性能、防火性能和環(huán)保性能。相較于傳統(tǒng)的保溫材料，它的導(dǎo)熱系數(shù)更低，能夠提供更好的保溫效果。氣凝膠保溫板還具有吸音降噪的功能，輕質(zhì)耐用并且施工簡便。氣凝膠保溫板可廣泛應(yīng)用于建筑隔熱保溫和保溫裝飾一體化等領(lǐng)域，滿足建筑行業(yè)對安全環(huán)保、高效節(jié)能等方面的需求。

圖 7：氣凝膠保溫板與傳統(tǒng)保溫材料性能對比

資料來源：華陽納谷新材料