这种材料还在被国外“卡脖子”?光伏产业的崛起触发POE国产替代“钱”景

材料技术观察 2022-09-20
2863 字丨阅读本文需 7 分钟

聚烯烃弹性体(Polyolefin Elastomer,POE)是一种乙烯/α-烯烃两种单体的无规共聚物,技术上来看,POE的诞生和发展与茂金属催化剂和溶液聚合工艺的发展密不可分。由于具有高α-烯烃比例,且有特殊的两相结构,POE拥有良好的低温韧性、易于热塑加工、密度低、耐候性好等特点。广泛应用于聚烯烃材料增韧改性、发泡、胶粘剂等领域。近年来成为光伏胶膜领域的关键材料。

POE生产壁垒很高,目前全部被跨国公司垄断。目前POE的生产主要被陶氏化学、埃克森美孚、三井、沙比克/SK、LG化学等跨国公司所掌握。国内POE的工业化生产面临高碳α-烯烃供应、单活性中心茂金属催化剂的开发、以及溶液聚合技术突破三个技术和产业壁垒,目前暂无国内企业能够工业化生产。

供需矛盾进一步扩大,胶膜需求有望驱动POE需求快速增长。POE在光伏领域有体积电阻率低、水汽透过率低、耐老化性能好,电势诱导衰减小等优点,在光伏胶膜领域渗透率将进一步提高。从国内2017-2020年的POE需求情况来看,需求增速CAGR达到27.3%,2021-2022H1年进口增速放缓,但产品价格出现76%的涨幅,表明POE原料相关产品供应严重不足,供需结构失衡矛盾突出。受益于光伏领域需求增长和渗透率提升,预计到2025年有新增POE需求31-47万吨,届时国内POE需求有望突破百万吨。

POE应用百花齐放,需求迅速增长

POE市场规模迅速增长。POE可用于热塑性聚烯烃弹性体(TPO)及聚合物改性、电线电缆、光伏、热熔胶、发泡材料、建筑工程材料等诸多领域。2007年POE全球消费量为40万吨左右,2011年增长至60万吨,2019年POE全球年产量已经超过了100万吨,并且需求量仍然保持快速增长。根据隆众资讯数据,2019年我国的POE消费量2019年达到45万吨,且未来需求增速有望保持在10%以上。

光伏需求持续增长,POE占比不断提升

POE材料适用于光伏胶膜。POE树脂可以与各种改性助剂均匀搅拌成混合料,经流延挤出成熔融态胶膜,再经过一系列商业化加工以后形成POE胶膜,后续再应用于组件的封装。POE材料由于表现出良好的耐候性、耐紫外老化性能以及优异的耐热、耐低温性能,被认可为光伏胶膜的主流材料之一。POE胶膜市场仍处于初级发展阶段,陶氏化学最早提出ENGAGE™POE胶膜,其被广泛用于中国市场。

光伏胶膜是重要的光伏辅材,市场主要以EVA、POE胶膜为主。光伏胶膜主要用于光伏组件的封装环节,光伏胶膜的损耗问题会直接影响组件发电,其是光伏组件的关键材料。相比光伏主产业链环节不断的技术变革,光伏胶膜的技术路线相对为稳定,主要为透明EVA胶膜、白色EVA胶膜、POE胶膜(包括多层共挤POE胶膜)三种类别。透明EVA胶膜是最传统的光伏胶膜,至今一直为市场的主流产品,2020年约占光伏胶膜整体市场的56.7%,白色EVA胶膜与POE胶膜分别占17.6%与25.5%的市场份额。

相比EVA胶膜,POE胶膜各性能皆更为优异。通过POE与EVA进行性能上的对比可以发现,POE胶膜的电阻率、水汽阻隔率等各项性能都相对优于EVA胶膜,此外长久使用EVA胶膜会有腐蚀性物质醋酸的产生,会直接影响到整体组件的效率。

POE可以有效提高组件效率。总体来看,POE胶膜由于性能上的优异性,可以给组件带来更好的能量效率。根据陶氏的测算,在组件使用25年后,配套POE胶膜的组件在能量效率方面比配套EVA胶膜的组件要高出37%,其中9.1%是由于POE胶膜相较于EVA胶膜不会产生醋酸,27.9%是由于POE胶膜拥有更好的抗PID能力。

遍布汽车全身,保险杠空间广阔

POE在汽车多部件均有应用。国内POE汽车领域的应用比例最高,目前汽车行业愈加追求轻量化、高性能属性的材料,POE在高温下可以像热塑性塑料一样加工,而在常温下又呈现橡胶弹性,且具有价格低、密度小、弯曲弹性模量高、低温抗冲击性能好、流动性好、易加工和可重复使用等性能,因此已得到广泛的应用。外部构件包括保险杠、散热器格栅等;作内饰件主要用于仪表板、仪表板蒙皮、内饰板蒙皮、安全气囊外皮层材料等;另外底盘、转向机构、发动机室内部件及其它方面也得到丰富应用。

汽车轻量化打开新空间。目前汽车行业愈加追求轻量化、高性能属性的材料,通过减少汽车的整体重量,达到节省燃油目的,从而促进企业销售的增长。POE在轻量化中的表现极为出色,在多个方面都大大超过满意标准。中国汽车工程学联合行业500余位专家发布《节能与新能源汽车技术路线图》,将“汽车轻量化技术”列为七大技术路线之一,并提出2020年、2025年、2030年整车比2015年减重10%、20%和35%的目标,汽车轻量化已然成为汽车行业重要发展趋势之一,而在此趋势的推动下,POE凭借其优异的特性将在轻量化材料中占据一席之地。

保险杠领域将成为重要驱动力。热塑性弹性体TPO占世界汽车保险杠原料市场的85%,其中欧洲TPO占比达到90%,美国占比达75%,日本占比达95%。作为新一代TPO,在全球范围内用于制造共混型TPO的EPDM有70%已经被POE替代,而在国内,只有20%左右的保险杠材料采用POE弹性体,POE在保险杠渗透空间巨大。

国产替代一触即发

2021年,中国POE消费量约64万吨,其中光伏领域反超汽车市场,成为最大单一市场。2021年光伏占国内 POE需求比列为40%,汽车市场退居第二,占比为26%。而在2021年之前,汽车一直是POE国内最大的需求市场,以2017 年为例,全年22万吨需求中,汽车领域需求占比达 65%。

根据中国光伏行业协会数据显示,截至2021年中国光伏组件产量已经达 182GW,目前 POE及共挤EPE 胶膜的市场渗透率已经在27%-30%之间,截至2021年国内光伏胶膜 POE需求在25-30万吨。根据亚化咨询对2022-2025年光伏组件产量逐年增长至 325GW的增速预期,按POE(含 EPE)的渗透率逐年提升至 35%和45%两种情形进行了测算。

在保守情形下,国内 POE胶膜需求将从2021年的 26 万吨左右增长至 2025 年的 57万吨左右,在乐观情形下,POE胶膜需求量将达到 73万吨左右。与 2021年相比,POE在光伏市场需求增量分别为31万吨和47万吨。这意味着光伏领域2025年POE需求量分别是2021年需求的 2.2倍和2.8倍。

经过多年布局,目前国内企业在POE已经进入突破期。

除中石化和中石油体系外,万华化学是在相关领域的专利布局数量最多、范围最广、自主开发工作的启动时间最早的企业之一。

根据 2020 年11月万华化学聚氨酯产业链一体化-乙烯二期项目环境影响报告披露,20万吨/年 POE项目作为该一体化项目配套项目之一建设。

2021年9月,万华化学完成中试POE装置建设,2022年3月公司在投资者问答平台宣布产出合格中试产品,目前在下游各领域进行应用开发。8月,万华公告显示乙烯二期项目正式获得国家发改委和工信部批准,新的建设方案中将 POE产能规模提升至了2*20万吨/年。京博石化650吨/年中试装置已经建设完成,后续规划5万吨/年POE项目。

2020 年 5月,滨州市行政审批服务局对公司5万吨/年高性能 POE 弹性体及配套项目环境影响报告书进行了批复。该项目以乙烯、1-辛烯为原料、合成聚烯烃类树脂 POE,年产POE弹性体5万吨/年。在实际规划建设过程中,项目分三期建设,一期工程新建 650吨/年POE装置,以乙烯、1-辛烯为原料,年产650吨/年,一期工程于2021年5月开工建设,至 2021年10月已基本建成。

茂名石化 1000 吨/年中试装置已在实施中。2021年9月,茂名市生态环境局对中石化茂名分公司 1000吨/年聚烯烃弹性体(POE)中试项目做出了批示。相关公示显示,茂名石化主要建设内容为一套 1000 吨/年聚烯烃弹性体(POE)中试装置。今年5月27日,广东省能源局公布中石化茂名分公司5万吨/年聚烯烃弹性体(POE)工业试验装置项目采用的主要技术标准和建设方案符合国家相关节能法规及节能政策的要求,原则同意该项目节能报告。这标志着茂名石化正式进军POE产业。

国内 POE需求在光伏等新能源领域的带动下,2025 年与2021年相比需求有望从64万吨增加到98—115万吨。国内目前 POE 生产能力,产品供应不足,价格持续上涨。但上述多家企业经过多年研发公关,有望在近 2 年内实现工业化突破,值得关注。

文章来源: 每日财报,未来智库,中国化工信息周刊

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