“隔热王者”气凝胶站上风口,谁将是新赛道的优胜者?

材料每日新鲜报 2022-12-05
4310 字丨阅读本文需 10 分钟

由于气凝胶超强隔热等性能,早期主要应用在航天、军工和国防领域,随后逐步扩展至石化、工业、建筑、交通、日用等领域;在电极载体材料、催化材料、传感材料、纳米灭菌材料、药物释放等诸多新兴领域均有广泛研究。根据中国化工新材料产业发展报告数据,2021年全球气凝胶市场规模约8.7亿美元,预计2030年可达到37.43亿美元,未来10年年均复合增长率约17.6%。

一、为何当下节点谈起气凝胶?

气凝胶是一种纳米级的多孔固态新型材料,具有导热系数低、防火等级高、防水效果好、使用温度范围广、使用寿命长等优良性能,是岩棉、硅酸铝针刺毯等传统保温材料的重要替代产品。

初期仅应用于航空航天、国防军工等高端领域,现已全面应用于石油石化、工业、建筑节能、交通运输、电力等领域,应用场景不断拓展,其中油气是当前最主要的下游应用领域。

技术带来成本下降、双碳趋势以及新能源汽车安全需求,都在推动气凝胶市场普及率快速提升。

我国气凝胶产业起步于21世纪,仍处于早期发展阶段。过去5年国内气凝胶市场通过技术进步实现产量的快速跃升及成本的快速下降,目前在石化管道、高温反应釜、热网管道、锂电池方面具有极具竞争力的性价比,且下游龙头企业的切换诉求强烈。

同时, 在“碳达峰、碳中和”的大背景下,油气领域需要减少高温油气管道热量损失、大力发展建筑节能和新能源汽车等碳减排重点领域,有望大幅拉动气凝胶的需求。

在我国建筑业低碳、零碳的产业转型升级的过程中,也对建筑保温材料的节能效果的要求也愈发严格,这将催化对性能更加优异的新型保温材料的需求,并且降低对其成本的敏感性。

而在新能源汽车领域,锂电池安全性能备受重视,但是热安全问题一直以来是锂电池的痛点。

动力电池包的工作温度范围一般在+5℃-+40℃内,高温、过充、内短路以及机械破坏都可能引发锂离子电池组的热失控,从而引发火灾或爆炸,低于此温度范围也会导致锂电池性能不佳。锂电池的安全性能亟待提高,2020年5月,由工信部发布的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》明确提出,在电池单体发生热失控后,电池系统需要在5分钟内不起火、不爆炸。

通常来讲,在锂电池的电芯之间以及模组、PACK的上盖采用防火保温材料,能够延缓或者阻止电池组的热扩散,在电池舱与客舱之间安装防火层,能够有效减缓火势的蔓延,从而减弱电池事故带来的不利影响。

具有导热系数低、不产生有毒气体、质轻、厚度薄等优势的气凝胶,就能够有效解决低温环境下动力电池的保温问题以及高温环境下动力电池的热失控问题、实现对电池组的有效热管理,是单位体积下隔热效果优良、安全性能较佳的动力电池隔热阻燃材料。

例如,SiO 气凝胶玻纤毡复合材料的高温耐受能力高于800℃,能够抵御电池包短路造成的高温能量瞬间冲击,有效防止锂离子动力电池箱中单块电池单体过热造成的连锁效应。

并且,气凝胶还可以应用于汽车的整车结构,如车顶、门框、发动机罩等,可以起到车厢内保温、节能减排的效果,且占用空间可大幅缩小。根据美国航天航空管理局下属公司、全球气凝胶龙头Aspen Aerogel推算,平均每辆新能源到汽车可用到7.32平方米气凝胶产品。

在新能源产业高速发展,锂电池朝着更高的安全性和更高能量密度的方向进步的当下,气凝胶在新能源汽车动力电池包中的需求有望大幅提升。

此外,气凝胶凭借其优异的吸附性能,还是一种极具潜力的储氢材料。

新型纳米多孔碳气凝胶材料具有纳米级孔洞,孔洞率高达80%以上,比表面积可达400-1600m /g,并具有易成型、结构可控、易掺杂等优良特性,是一种极具潜力和竞争力的多孔吸附储氢材料,未来有望应用于氢燃料新能源汽车等领域,需求空间有望拓宽。

二、未来市场空间到底有多大?

随着气凝胶应用技术的不断成熟、产业化的不断推进,叠加政策的大力支持,近年来产量和需求量已经在大幅提升了。

产量方面,2021年我国气凝胶材料和气凝胶制品的产量分别为12.1万立方米、15.4万吨,2016-2021年CAGR分别为20.8%、32.6%。需求方面,2021年我国气凝胶材料和气凝胶制品的需求量分别为11.9万立方米、17.9万吨,2016-2021年CAGR分别为25.1%、21.2%。市场规模方面,2018-2021年,我国气凝胶市场规模由9.25亿元增长至17.56亿元,年增长率均维持在20%以上。

未来在节能减排的大背景下,随着气凝胶产业化的不断推进,其成本有望持续下降,在油气领域作为需求基石的同时,建筑建造、交通运输和其他新兴领域正成为气凝胶需求增长新动能。

根据住建部及国家统计局数据,2021年我国油气管道里程累计达到15万公里,集中供热管道里程50.7万公里。假设2022-2025年每年新增油气和集中管道供热里程为2017-2021年每年新增里程的平均值。机构测算,预计到2025年,我国境内油气长输管道和集中供热管道对气凝胶的总需求量约为92.3万立方米,对应金额约为124.6亿元。

而在新能源车领域,根据中国汽车工业协会数据,2021年我国新能源汽车销量高达352.1万辆,同比增长157.6%。乘联会预测2022年我国新能源汽车销量将达600万辆,IDC预测2025年将增至1300万辆。泛亚微透招股说明书(2020年发布)提到,每辆新能源汽车的SiO 气凝胶复合材料使用量为2-5平方米,售价约为100元/平方米。机构以此基础测算出,到2025年,我国新能源汽车用气凝胶的需求空间有望增至19.5亿元。

根据Aspen Aerogel 2020年年报预测,2025年国内气凝胶需求将达到100万m /年,对应市场空间约150亿元,较2021年增长7.5倍以上;全球需求量将达到160万m /年,市场规模达到46亿美元。

又据艾邦高分子引用的Aspen预测数据,2021至2030年,气凝胶产品在电动汽车隔热领域的市场空间将高达300亿美元,行业成长空间很大。

三、气凝胶产业链

气凝胶产业链包括上游气凝胶前驱体(无机硅源和有机硅源)、中游气凝胶材料制品和气凝胶生产设备、以及下游应用等环节。

上游正硅酸乙酯、功能性硅烷为硅源;玻纤毡或者陶瓷纤维毡为基体;气凝胶中下游:气凝胶基材加工,利用溶胶凝胶工艺将硅源负载在基体上,再利用CO2超临界工艺去除硅胶孔的杂质,进一步形成良好的微孔结构,再进行后处理加工销售给下游客户。

上游:硅源(前驱体)

根据化合物结构、组分不同,硅源可分为有机硅源和无机硅源。

有机硅源包括正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS)等功能性硅烷;无机硅源包括四氯化硅、硅酸钠等。

目前有机硅源为主流路线,主要相关厂商包括晨光新材、宏柏新材、新安股份、金宏气体等。

而其中,具备全产业链显著成本优势的企业包括晨光新材和宏柏新材等。

晨光新材是功能性硅烷行业领先,拥有正硅酸乙酯产能,具备显著成本优势;宏柏新材是含硫硅烷细分龙头,取得了十多项含硫硅烷领域的核心技术,凭借上游原料切入气凝胶赛道,具备全产业链优势;泛亚微透是国内ePTFE引领者,收购大音希声60%股权切入气凝胶领域。

中游:气凝胶产品

气凝胶材料利用通常为气凝胶保温板、毡、垫等复合材料形式。气凝胶材料本身强度低、脆性大,其直接使用受到限制,因此通常将其与有机聚合物、纤维增强材料进行复合,制备得到兼具刚性和柔性的保温材料。

常用的复合材料包括玻璃纤维、预氧丝、陶瓷纤维等。在具体使用过程中,还可以将气凝胶复合材料外表包覆膜材料、玻璃布等,避免气凝胶复合材料掉粉、破碎,进一步地保障其完整性以最大化保温功效。

气凝胶产品主要厂商包括纳诺科技、中科润资、晨光新材、宏柏新材、埃力生、爱彼爱和、东莞硅翔、金纳科技、江瀚新材等。

中游:气凝胶设备

气凝胶制备过程中,干燥步骤最为关键的工艺。

气凝胶由无机硅源或有机硅源前驱体制备而成,通过控制溶剂、温度、催化剂等制备得到湿凝胶,湿凝胶经过老化、改性干燥得到气凝胶。

目前产业化中主要使用的技术是超临界干燥技术和常压干燥技术,其他尚未实现批量生产技术还有真空冷冻干燥、亚临界干燥等。

超临界干燥技术是最早实现批量制备气凝胶的技术,已经较为成熟,也是目前国内外气凝胶企业采用较多的技术。超临界干燥可以实现凝胶在干燥过程中保持完好的骨架结构。

超临界干燥设备主要厂商有航天乌江等。

下游:应用端

在政策支持下,基于气凝胶产品巨大的市场空间,多家企业入局气凝胶行业,推动行业产能加速扩充。

在油气管道保温领域率先入局者包括中国石化和中国石油等企业。

在动力电池领域,宁德时代、中航锂电、国轩高科等全球前十大动力电池厂商均有采购气凝胶产品。

从产业端来看,常州国家高新区和普禾资本2016年在常州签署《战略合作协议》,正式宣布国内第一个气凝胶新材料产业集群项目落户常州国家高新区。

随着行业供给端的陆续投产将有利于气凝胶成本下降和市场渗透率的提升,未来产业链一体化的企业或将凭借成本优势和渠道优势脱颖而出。

随着工艺进步和行业进一步规模化,气凝胶有望逐步替代传统绝热材料,尤其是在工业和设备领域速度加快。行业将整体由导入期向成长期过渡,全产业链有望迎来发展机遇。

四、A股市场中的相关企业:

(一) 金三江 301059

公司亮点:牙膏用二氧化硅行业龙头。

概念解析:公司研发的气凝胶产品目前主要应用于隔热材料领域。

(二) 新亚强 603155

公司亮点:中国氟硅行业十大品牌。

概念解析:2022年5月13日公司互动:公司产品六甲基二硅氮烷和六甲基二硅氧烷是气凝胶的原材料。目前公司在进行气凝胶相关方面的研究。

(三) 裕兴股份 300305

公司亮点:国内规模最大的中厚型特种功能性聚酯薄膜生产企业之一。

概念解析:公司专注于功能聚酯薄膜的研发、生产和销售。公司充分利用“江苏省(裕兴)功能聚酯薄膜工程技术研究中心”平台,以建成BOPET行业一流的功能聚酯薄膜的研发基地。

(四) 和远气体 002971

公司亮点:致力于各类气体的生产、服务、回收的综合解决方案提供商。

概念解析:根据公司2022年半年度报告,公司根据国家产业政策, 利用公司多年在气体分离、 提纯、 合成等方面积累的技术与经验, 以宜昌化工园、 潜江化工园的氟、 硅、 碳、 氢、 氯、 硫等资源为基础原材料, 打造电子特气、 气凝胶等全产业链循环体系, 建设两大电子特气与功能性材料产业园, 打造建设多种电子气体-化学品集中生产基地。

(五) 金银河 300619

公司亮点:公司的锂电设备产品目前主要应用于锂电池生产最前端的电极(极片)制备。

概念解析:公司投资江西安德力有机硅化合物及高分子新材料建设项目,前期投资总额1.71亿元,主要产品为水性聚氨酯树脂、气凝胶纳米超级保温材料。

(六) 鲁阳节能 002088

公司亮点:亚洲地区规模最大的耐火纤维生产企业。

概念解析:公司在投资者关系平台上表示,公司已有气凝胶技术相关方产品投入市场。公司此前发起申请“一种气凝胶绝热复合材料及其制法”发明专利,根据其描述,这属于气凝胶绝热复合材料技术领域,其构成包括二氧化硅气凝胶、红外遮光剂二氧化钛、增强纤维,所述增强纤维不与溶胶反应。

(七) 晨光新材 605399

公司亮点:行业优秀的有机硅烷偶联剂产品制造商之一。

概念解析:"2022 年4 月,公司新签订投资协议建设“年产 30 万吨硅基及气凝胶新材料项目” ,生产三氯氢硅、正硅酸乙酯、乙烯基硅烷、苯基硅烷和气凝胶材料。

江西基地,从硅烷延伸到气凝胶等新材料,进一步拓宽产品矩阵。宁夏基地,完善公司硅基新材料及气凝胶产业链布局,提高公司的核心竞争力。"

(八) 宏柏新材 605366

公司亮点:拥有全球产量最大的含硫硅烷(含固体硅烷)生产线。

概念解析:招股说明书披露:公司取得了十多项含硫硅烷领域的核心技术,还掌握了新型氨基硅烷和气凝胶的生产技术。

(九) 兴发集团 600141

公司亮点:开采磷矿石,生产磷化工产品的领先企业。

概念解析:兴发集团全资控股子公司兴瑞硅材料的5000立方米/年气凝胶项目立项备案。

文章来源: 全景网,股市动态分析周刊,骑马找牛记

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