二、气凝胶行业需求拐点向上发展期来临

2.1 过去5年国内气凝胶市场已经初具规模

气凝胶发展至今近 90 年，国内于 2012 年将其产业化。气凝胶诞生于 1931 年，但直到 20 世纪 90 年代国外才开始将其产业化。但由于干燥过程成本较高，早期气凝胶只能用于 航天军工和石化领域。国内气凝胶行业起步于 21 世纪 10 年代。2012 年国内首套 1000L 超临界二氧化碳气凝胶干燥设备投产，标志着气凝胶的规模化生产，随后经过多次技术迭 代，生产成本逐步降低。

图9：气凝胶产业化历程

表4：国内技术降本时间线

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。中国气凝胶市场目前还处于 起步阶段，但过去 5 年的技术进步已经实现了较大比例的降本，2015-2020 国内气凝胶材 料产量年均复合增速为 38.5%、气凝胶制品产量年均复合增速为 38.8%。

图10：国内气凝胶产量

图11：国内气凝胶销售额

气凝胶具有非常好的隔热性能、透光性、隔音性以及绝缘性，但目前工业界主要对其隔热 性能开展一系列应用。目前成熟的下游市场主要有石油化工行业、工业隔热行业、建筑建 材行业、航空航天、锂电池行业等，其中石油化工占比 56%、工业隔热占比 26%。

图12：2019年国内气凝胶行业下游市场应用占比

表5：气凝胶应用领域及其优势

2.2 碳中和背景下气凝胶需求将快速提升

目前气凝胶行业已经初具规模，我们认为当前时点将是气凝胶行业起飞的拐点期，原因在 于：1）随着二氧化碳超临界技术的成熟以及行业的快速扩产，其成本相比 10 年前已经下 降约 80%，经济性逐步提升；2）减少高温油气管道热量流失以及提升高温反应釜的保温 效率契合碳减排大趋势，气凝胶凭借优异的阻热性能，将逐步替代传统保温材料，市场空 间广阔；3）新能源车与储能锂电池系统对锂电池安全性有较高要求，因此需要使用阻热 性能优异的气凝胶作为锂电池的隔热材料，锂电装机的快速提升将快速拉动气凝胶需求。

2.2.1 管道保温材料：到2025年，国内管道用气凝胶的需求空间将达155亿元

我国于 2020 年提出“30·60”双碳目标，减少高温管道的热量流失是契合碳减排大趋势 的重要一环。炼化企业的高温管道外侧通常包覆较厚的保温材料，对管道保温可以有效降 低企业能源消耗，减少碳排放。而使用硅酸钙、复合硅酸盐、岩棉、矿渣棉等常规保温材 料的管道在长周期的运行后，一方面热损失增加导致装置能耗上升，另一方面管道外表面 的高温增加了烫伤事故的可能性，此外，岩棉、硅酸铝等材料容易吸水导致保温失效，聚 氨酯等有机绝热材料阻燃性差，影响项目正常运行。虽然气凝胶相对于其他保温材料而言 价格仍相对较贵，但是从长周期经济性考虑，气凝胶使用寿命更长、使用量更少、不易吸 水、阻燃性能好，更契合节能减排大趋势。

图13：管道用气凝胶复合保温方案

以 350℃、4.5Mpa、流量 80t/h、外径为 325mm 的长输蒸汽管道项目为例，将传统保温 方案与气凝胶复合保温方案对比可以发现，方案 1 和方案 2 比方案 3 每公里每年分别节能 3127.6GJ、1937.0GJ，以热价 53.89 元/GJ 进行测算，折算后将节省 16.9 万、10.4 万元。同时，管线的每公里温降由原来的 6.9℃降至 4.8℃，可以大大降低热损。

由于气凝胶毡生产成本高，气凝胶复合保温方案的初始投资成本较高。以 1km 蒸汽管道 施工测算，方案 1、2、3 的总造价分别在 99.3、70.4、44.9 万元，方案 1、2 分别比方案 3 贵 54.4、25.5 万元，对应于上述的每年节省 16.9 万、10.4 万的能源成本，则方案 1、2 分别将于 3、2 年后收回增加的初始投资成本。

表6：气凝胶复合保温方案与传统保温方案参数对比

表7：气凝胶复合保温方案的初始投资高

气凝胶保温材料的替换周期长，经济性进一步提升。以长度为 100m（管道平均外径 D0= 0.60 m，冷油管道与热油管道的长度各为 50 m）的地上保温管道为例，气凝胶保温材料 与传统保温材料的投资施工成本来看，单次人工材料总费用分别是 3.44 万、1.15 万，而 两种方案的使用年限分别为 10-15 年、3-4 年，即在 12 年内，气凝胶保温材料无需更换， 而传统保温材料需要更换三次。此外，在保温层均为 2cm，冷油温度 20℃，热油温度 50℃ 的前提下，全年节约热量 23746kWh，按 0.16 元/kWh（煤炭价格为 900 元/吨时对应的热 价）的热价折算，全年节约总能量费用为 3692 元。

图14：煤炭价格在2021年大涨（元/吨）

继续以上述案例为例探讨能源价格对气凝胶方案经济性的影响：在上述案例中，气凝胶方 案将比传统方案节省热量 23.746MWh/年，我们分别将煤炭价格在 300-1500 元/吨、天然 气价格在 2-8 美元/mmbtu、原油价格在 50-110 美元/桶之间波动的情景下测算气凝胶方案 相对于传统方案的经济性，得出的结论是气凝胶方案大概率在 4-7 年的时间内比传统方案 更具经济性。考虑到双碳背景下能源价格持续上涨，我们认为气凝胶方案的经济性拐点已 经来临。

到 2025 年，国内油气管道和集中供热管道对气凝胶的需求空间将达 120 亿元。当前国内 约有油气管道 14.5 万千米，集中供热管道 50.73 万千米，假设存量保温管道的保温材料 替换周期为 4 年，油气管道半径 30cm、集中供热管道半径 85cm，同时根据 2020 年气凝 胶制品产值 15.9 亿及石化与工业领域 80%的市场占比锚定，预计 2021-2025 年存量管道 的 替 代 比 例 分 别 为 1%/2%/3%/5%/8% ， 增 量 管 道 的 替 代 比 例 为 10%/15%/30%/ 50%/80%,2021-2025 年 油 气 管 道 和 集 中 供 热 管 道 对 气 凝 胶 的 需 求 空 间 分 别 为 18.57/32.82/58.40/100.03/154.83 亿元。

2.2.2 锂电池：系统安全考核加严提升气凝胶渗透率

热失控是动力电池安全事故的主要原因，碰撞、针刺、过充过放等都会引起锂电池热失控， 如何控制热失控是衡量锂电池企业制造水平的关键因素。锂电池企业通常从两种思路解决 锂电池热失控问题：1）通过优化电池制造过程控制遏制热失控诱因的发生；2）在电芯热 失控已经发生的情况下，通过系统层面的手段将热失控遏制在模组、Pack 层面或延缓蔓 延时间。其中第一条思路较为考验电池企业的综合制造能力，目前大多数电池企业的安全 制造能力均不过关，第二条解决思路主要依赖隔热材料的选择，对电池企业的制造门槛要 求相对较低，因此将是多数电池企业解决热失控的主要选择。

国家自 2021 年开始从系统层面考核锂电池安全性，第二条思路成为大多数车企和电池长 的主流选择。《电动汽车用动力蓄电池安全性要求》于 2021 年 1 月 1 日起正式实施，该 文件将锂电池系统安全作为考核重点，并新增系统热扩散测试，要求电池单体发生热失控 后，电池系统在 5 分钟内不起火不爆炸。而要实现“5min 的安全逃逸时间”，则需要对电 池包的隔热材料多做改进，延缓故障电池包的爆炸时间。

图16：气凝胶阻止热失控单体电芯和模组之间的热扩散

锂电池系统对隔热材料的要求是隔热性能优异的同时需要具备优异的阻燃性能，常规隔热 材料聚氨酯由于在环境温度超过 140 摄氏度后容易燃烧，因此不适合作为锂电池的阻燃材 料。此外，出于对体积能量密度的追求，锂电池厂在 Pack 设计时给电芯之间隔热层预留 的空间并不大，气凝胶兼具阻燃性能好及用量少的特点，成为锂电池电芯隔热材料的最佳 选择。根据宁德时代和上汽集团等专利显示，目前较为主流的隔热方案是在电芯之间放置 气凝胶插片，同时在模组和上盖之间设置云母片。

由于气凝胶目前相对于普通隔热材料价格相对较贵，因此目前气凝胶主要用于更易发生热 失控的高镍三元锂电池。展望未来，为提升电池包能量密度，普通三元及磷酸铁锂电池有 望使用更薄的气凝胶隔热垫以提升电池包的成组效率，因此气凝胶在锂电池的渗透率将进 一步提升。根据鑫椤锂电数据，2021 年高镍三元锂电池占比约 17%左右，则以气凝胶的 单车价值量 500 元测算，预计到 2025 年，全球锂电池用气凝胶市场空间为 35 亿元。

2.2.3 建筑保温市场：当前需求增速慢，远期市场空间广阔

根据《2020 年中国统计年鉴》，我国建筑业能源消耗占国内能源消耗总量超过 25%，因此 在双碳目标的大背景下，建筑节能成为亟待解决的问题。在建筑物保温中墙体承担整个建 筑物节能保温的 50%以上的认为，因此开发合适的墙体保温材料成为重要课题。

传统保温材料一般分为两类：以珍珠岩、岩棉类为代表的无机保温材料、以聚苯乙烯、聚 氨酯为代表的有机保温材料。无机材料保温隔热性能差，且吸水率高，因此逐渐被隔热性 能更好、抗冲击性能更高的有机保温材料取代。但是几乎所有的有机保温材料都易燃，在 遇到明火后开始燃烧，并且在燃烧过程中会分解出苯、甲苯、甲醛等，即使在聚氨酯材料 中添加阻燃剂，也只能达到国标 GB8624-2012 中的 B 级不燃标准。气凝胶具有优异隔热 性能、不易燃烧、不易吸水，是建筑保温材料的最佳选择之一。

图17：气凝胶插片用在电芯之间进行隔热

气凝胶价格较贵，目前在建筑节能市场渗透率相对降低，但远期空间广阔。根据 2020 年 国内气凝胶行业合计 15.9 亿元的产值及建筑建造行业约占 7%的需求来推算，2020 年建 筑建材用气凝胶的销售额约在 1 亿左右。根据我们对建筑外墙保温材料的测算，则 2020 年气凝胶在建筑保温材料的渗透率仅为 0.02%，我们假设 2025 年气凝胶渗透率提升至 0.12%，则到 2025 年国内建筑保温外墙市场对气凝胶的需求量为 13.7 万方。相比石化、 热网及锂电行业，其需求相对较小。但远期来看，整个建筑建材市场空间广阔。

综合来看，在双碳政策的催化下，气凝胶在节能保温材料市场的渗透率将有显著提升。预 计 2021-2025 年国内气凝胶行业的需求空间合计为 22.6/38.7/67.6/115.7/184.7 亿元，同 比增速分别为 43%/71%/75%/71%/60%。

来源：西部证券，5G行业公众号

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