氣凝膠產(chǎn)業(yè)深度研究報告：崛起氣凝膠-助力碳中和

1、氣凝膠產(chǎn)業(yè)深度研究報告：崛起氣凝膠_助力碳中和1 氣凝膠：15 項世界之最齊身的材料1931 年氣凝膠被發(fā)明出來，由于各類性質(zhì)非常極致，在過去的近百年里一直吸 引了眾多的目光。氣凝膠憑借極低的密度、極小的孔徑、極低的隔熱系數(shù)、極低的 聲音傳播速度等創(chuàng)下 15 項世界之最。同時，氣凝膠作為一類材料的統(tǒng)稱，隨著科 研人員研究的深入，陸續(xù)制備了多種氣凝膠。同時，氣凝膠方便加工，制品形態(tài)多 樣。綜上，氣凝膠的應(yīng)用場景眾多，從航天、軍工等要求嚴苛的高科技領(lǐng)域到工 業(yè)、交通、日用等領(lǐng)域，都有氣凝膠發(fā)揮性能的地方。1.1 氣凝膠是改變世界的神奇材料氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，也是世界上密度最小的固體，被稱為“

2、凝固的煙”、 “藍煙”。曾被科學(xué)雜志譽為“可以改變世界的神奇材料”。氣凝膠之所以“神奇”，是因為自身具有很多極致的性質(zhì)。氣凝膠曾經(jīng)因性質(zhì)優(yōu) 異創(chuàng)下 15 項“吉尼斯世界紀錄”。氣凝膠超級輕，是目前已知最輕的固體材料。在一些對重量要求苛刻同時對絕 熱要求極高的場景，氣凝膠是唯一選擇。在“天問一號”火星探測器中，“祝融號”火星車表面鋪設(shè)了大面積的氣 凝膠板。超輕的特性極大地減小了火星車的負擔，讓它跑得更快，跑得更遠。同時， 在“天問一號”著陸階段，周圍的溫度超過 1000，而 10mm 左右的氣凝膠材料就能 夠使溫度處于可接受的范圍，在火星車巡視階段，氣凝膠能夠確?；鹦擒囋?130 的環(huán)境正常工作

3、。二氧化硅氣凝膠是迄今為止保溫性能最好的材料。熱的傳遞有三種方式：熱對 流、熱傳導(dǎo)、熱輻射。最好的保溫絕熱材料需要是木桶型的。盡管空氣的熱導(dǎo)率很 低，但是我們能在一定距離內(nèi)感受到空調(diào)、火爐的溫度，是因為空氣熱傳導(dǎo)和熱輻 射的存在。而氣凝膠憑借極低的體積密度及納米網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的彎曲路徑阻止了氣態(tài)和 固態(tài)熱傳導(dǎo)的同時，由于其孔徑尺寸低于常壓下空氣分子平均自由程，氣凝膠空隙 中的空氣分子近似靜止，從而空氣的對流傳熱得到限制，趨于“無窮多”的空隙壁使 熱輻射降至最低。氣凝膠完美對抗了三種熱的傳遞方式，導(dǎo)熱系數(shù)甚至達到 0.013 W/m.K 以下，比常溫下靜態(tài)空氣 0.025 W/m.K 還低，因此是迄今

4、為止最完美的隔熱材 料。在管道包裹保溫方面，達到相同的隔熱效果，氣凝膠氈的厚度僅為巖棉的三分 之一厚，膨脹珍珠巖的五分之一。氣凝膠多孔的 3D 互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得離子、分子能夠容易地進入內(nèi)部，而分層多 孔結(jié)構(gòu)提供了高比表面積和高反應(yīng)活性接觸面，這些結(jié)構(gòu)特性使碳氣凝膠作為超級 電容器和電池中的非均相催化劑載體、吸附劑和電極材料有很好的應(yīng)用前景。除此 之外，氣凝膠還有憎水率高、使用壽命長等性質(zhì)特點。1.2 氣凝膠族譜豐富，二氧化硅氣凝膠最成熟氣凝膠是通過溶膠凝膠法，用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成 的一種納米級多孔固態(tài)材料。目前主流的氣凝膠制備過程就是溶膠-凝膠法與超臨界 干燥相結(jié)合。不

5、同的化合物通過氣凝膠的制備過程形成了各種各樣的氣凝膠，豐富了氣凝膠 的品種、完善了氣凝膠性能、讓氣凝膠能在更多應(yīng)用中。目前最常見也是發(fā)展最為成熟的氣凝膠是二氧化硅氣凝膠，二氧化硅氣凝膠屬 于氧化物氣凝膠，除此之外，還有碳化物氣凝膠、氮化物氣凝膠、有機氣凝膠、碳氣 凝膠、生物質(zhì)氣凝膠、復(fù)合氣凝膠及其他氣凝膠。各個分類中中已經(jīng)合成了多種化 合物氣凝膠，結(jié)構(gòu)性質(zhì)各異。1.3 氣凝膠形態(tài)多樣，應(yīng)用廣闊氣凝膠的形態(tài)多樣，包括氈、板、顆粒和涂料等。多樣化的產(chǎn)品形式使得氣凝膠 的應(yīng)用更加靈活廣泛，下游市場需求空間巨大。氣凝膠性質(zhì)優(yōu)異，應(yīng)用已經(jīng)遍布于石化、軍工、航天、電池、環(huán)保、建筑、交通 等各個領(lǐng)域。氣凝膠

6、對這些領(lǐng)域中的原始材料有明顯優(yōu)勢，因此替代空間巨大。在石化領(lǐng)域，氣凝膠憑借極佳的隔熱保溫性能可以作為外保溫材料，如蒸餾塔、 反應(yīng)管道、儲罐、泵、閥門、天然氣和 LNG 液化氣管道、深海管道等等。在高溫蒸 汽、導(dǎo)熱油或流體介質(zhì)管線外包裹氣凝膠，一方面減少了管道暴露損失熱量，另一 方面這些區(qū)域往往受到重量、空間的限制，需要保溫材料輕量又輕薄，氣凝膠是唯 一完美契合的材料。同時，在海上漏油事故處理中，氣凝膠質(zhì)量輕、吸附能力極強， 也得到認可。在環(huán)保領(lǐng)域，纖維素氣凝膠可作為吸附劑從水中吸附油和其他有毒有機物，被 廣泛地應(yīng)用于吸附脫除染料廢水。此外，生物質(zhì)碳氣凝膠可以去除水中的多種重金 屬離子，如 Co

7、(II)、Cd(II)、Pb(II)和 Sr(II)。在建筑領(lǐng)域，房屋門窗、墻壁的隔熱保溫正越來越被重視?，F(xiàn)有的保溫材料或隔 熱能力不夠理想，或達到理想效果厚度太厚、太重，也有一些隔熱能力較好的材料 但阻燃能力不佳，容易引發(fā)房屋火災(zāi)。而氣凝膠既可以作為現(xiàn)有保溫材料的升級替 代，同時兼顧防火、隔聲等功能，有望顛覆建筑保溫材料現(xiàn)有格局。在軍工領(lǐng)域，氣凝膠的性能得到了充分驗證。在軍車上覆蓋 6 毫米的防彈型 氣凝膠就能夠承受炸藥帶來的破壞力。東風-17 以氣凝膠隔熱材料作為外衣，使得東 風-17 在極快加速度的同時不被空氣摩擦所產(chǎn)生的高溫給破壞，而且氣凝膠材料良 好的透波性能不會阻擋東風-17 內(nèi)部

8、的制導(dǎo)裝置。另外，氣凝膠可以作為飛機、艦船/艇、坦克、導(dǎo)彈等的外層材料,起到防輻射、吸收紅外線和漫反射波實現(xiàn)隱形 功能，屏蔽自身電子信號實現(xiàn)反偵察的功能。在水下探測中氣凝膠的低聲速和高 孔隙超輕質(zhì)特性使之成為比較理想的超聲探測器的聲阻耦合材料和最佳水聲反聲材 料。當然，氣凝膠也用于軍用保溫帳篷等領(lǐng)域。在航天領(lǐng)域，對材料的絕熱、輕量、抗壓能力要求最為嚴苛。俄羅斯“和平”號 空間站、美國“火星探路者”探測器和“火星漫步者”探測車、我國“長征五號”運 載火箭和“祝融號”火星車都曾使用氣凝膠材料進行絕熱保溫材料，“星辰號”飛船 用來收集彗星塵也使用了氣凝膠做的采集“手套”。2016 年 8 月，中國航

9、天科工三院 306 所聯(lián)手華星美科新材料科技（江蘇）有限公司舉行簽約儀式，共同組建成立氣凝 膠技術(shù)國際研發(fā)中心，力圖打造國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先水平的氣凝膠技術(shù)研發(fā)基地。在電池領(lǐng)域，目前鋰離子動力電池組熱失控事故時有發(fā)生，阻止熱失控電芯向 電池其他系統(tǒng)傳熱是主要解決思路。氣凝膠氈具有防火、隔熱、阻燃的特性，而且質(zhì)感柔軟、易于加工，是非常理想的預(yù)防材料；另外在熱電池應(yīng)用領(lǐng)域，氣凝膠作為熱 電池保溫筒的隔熱材料能夠解決多領(lǐng)域?qū)犭姵氐母咝阅堋㈤L壽命的要求。目前新 開發(fā)的氣凝膠玻纖氈能夠?qū)㈦姵匕邷啬褪苣芰μ岣咧?800以上，大大提高電池 的耐熱性。在交通領(lǐng)域，氣凝膠材料主要應(yīng)用在汽車防火隔熱保溫降噪層，

10、大容量電池組 防火防水保溫盒，危險化學(xué)品運輸車、液化天然氣運輸船等特種運輸工具的保溫防 火層，高鐵和地鐵車體保溫隔熱降噪防火層等。在交通事故引發(fā)的火災(zāi)中，著火點 一般集中在發(fā)動機倉位置。在發(fā)動機倉和駕駛艙之間加一層氣凝膠防火隔離墻，可 以阻隔火勢蔓延到駕駛艙中。在日常生活中，凡是需要保溫的地方，氣凝膠都具有應(yīng)用的可能性。 氣凝膠滑雪服：超薄的保溫厚度和良好的柔韌性，A 級防火性能和荷葉般的疏水 性能，使氣凝膠防寒服相比傳統(tǒng)羽絨服更薄一些，而且保溫性能極好?？肆_值是評定衣服保暖效果的重要指標。研究者們總結(jié)出了一個服裝熱阻計算 公式： Iclo=6.45（tS-tA）/-0.8 在這一公式中，tS

11、 為人體溫度，通常取 33.3；tA 為環(huán)境溫度；為單位面積 的單層服裝在單位時間內(nèi)傳遞的熱量，一般取M的75%，M為人的基礎(chǔ)代謝熱量58W/m； Iclo 為人體身上穿的所有衣服克羅值（clo）的總和，檢測表明，0.2cm 厚的氣凝膠 復(fù)合棉纖氈的克羅值為 1.73。理論上，人體單穿一件內(nèi)襯 0.6cm 厚氣凝膠復(fù)合棉纖 氈的衣服，即可在-8的環(huán)境溫度下保證溫暖。氣凝膠復(fù)合棉纖氈的熱導(dǎo)率為 3.77 W/（m 2K），羽絨的熱導(dǎo)率為 5.93 W/（m 2K）， 僅 0.2cm 厚的氣凝膠復(fù)合棉纖氈（保溫率 74.03%），即可相當于 4cm 厚的羽絨纖維 （保溫率 78.12%）的保溫效果

12、。氣凝膠網(wǎng)球拍：以氣凝膠為填充材料制成的網(wǎng)球拍或羽毛球拍，利用氣凝膠的 納米多孔結(jié)構(gòu)，可以更好地吸能、減震，大大降低了患上“網(wǎng)球肘”的風險。另外， 這種球拍的擊球能力更強大。氣凝膠登山靴：氣凝膠材料可以應(yīng)用在鞋墊、鞋面、鞋跟和踝部包裹等部位。通 常的使用方法是在兩層面料中間夾一層氣凝膠材料。而使用約 2mm 厚的氣凝膠材料 即可以滿足鞋子的保溫性能需求。2 產(chǎn)業(yè)鏈或加速脫瓶頸氣凝膠自 20 世紀 30 年代發(fā)明以來一直是研究人員的寵兒，但在應(yīng)用端卻并沒 有得到普及。究其原因是氣凝膠的技術(shù)不夠成熟、成本過高。目前我們看到國內(nèi)在 氣凝膠原料成本和工藝技術(shù)上或有巨大突破，因此看好氣凝膠這一次的完全崛

13、起。2.1 原料成本有望下降目前產(chǎn)業(yè)化程度最高的氣凝膠為硅基氣凝膠，其生產(chǎn)成本主要集中在原料硅源、 干燥設(shè)備折舊和能耗三塊，換言之氣凝膠的成本下降需要在這三方面發(fā)力。二氧化硅氣凝膠的制備過程首先要得到二氧化硅凝膠，再通過干燥手段使氣體 取代凝膠中的液相從而形成氣凝膠。目前，生產(chǎn)原料有兩種。一種是無機硅源，包括 水玻璃（硅酸鈉）和四氯化硅，另一種是有機硅源，包括正硅酸甲酯（TMOS，又稱四 甲氧基硅烷）和正硅酸乙酯（TEOS，又稱四乙氧基硅烷）等功能性硅烷。其中，有機硅源純度高，工藝適應(yīng)性好，可以適配超臨界干燥以及常壓干燥工 藝，但有機硅元作為原料的缺陷是價格高，目前國內(nèi)外采用超臨界干燥工藝的企

14、業(yè) 基本上都是采用有機硅源。無機硅源相對更加廉價，但長期以來應(yīng)用較少。一方面 是由于無機硅源只能應(yīng)用于常壓干燥技術(shù)，常壓法發(fā)展還較不成熟；另一方面，以 水玻璃為硅源的氣凝膠制備過程中需要大量水洗凝膠中的鈉鹽，而鈉鹽的水溶液難 分離，造成大量的廢水難以處理，處理不當可能會造成大面積的土地鹽堿化。 因此，目前最主流產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)路線是正硅酸酯為原料結(jié)合超臨界干燥工藝的生 產(chǎn)過程。正硅酸甲酯、正硅酸乙酯均屬于功能性硅烷。通常將主鏈為 Si-O-C 結(jié)構(gòu)的有機 硅小分子統(tǒng)稱為功能性硅烷。功能性硅烷按用途分類可以分為硅烷偶聯(lián)劑和硅烷交 聯(lián)劑。硅烷交聯(lián)劑可以分為脫酸型、脫酮肟型和脫醇型三種。制作氣凝膠的正硅酸

15、 甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷等屬于脫醇型交聯(lián)劑。全球功能性硅烷市場規(guī)模從 2015 年的 13.3 億美 元增至 2020 年的 17 億美元，CAGR 為 5%。其中亞太地區(qū)硅烷需求強勁，是推動全球 硅烷市場增長的主要因素。中國作為世界主要硅烷消費國，將引領(lǐng)亞太地區(qū)硅烷市 場的發(fā)展。2019 年全球功能性硅烷產(chǎn)能約為 62.1 萬噸/年，產(chǎn)量約為 43.9 萬噸。功 能性硅烷主要用于橡膠加工、粘合劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域。我國是世界最大的功能性硅烷生產(chǎn)、出口與消費國。盡管中國功能性硅烷 2019 年產(chǎn)能占全球功能性硅烷產(chǎn)能的 69.1%，位居第一，也是最大的出口國以及主要硅烷 消費國。但我

16、國硅烷以含硫硅烷為主。交聯(lián)劑主要依賴進口，因此導(dǎo)致有機硅源成本高 昂。隨著中國未來硅烷交聯(lián)劑產(chǎn)能的大幅提升，自給率將會逐漸提升，從而降低氣 凝膠的生產(chǎn)成本。2019 年，我國出口的硅烷品種主要為含硫硅烷，主要出口去向為美國、印度、 韓國、日本、荷蘭等國家或地區(qū)。同時，我國進口的硅烷品種主要為環(huán)氧基硅烷及交 聯(lián)劑，主要來自美國、日本和德國。未來，在安全和環(huán)保要求持續(xù)收緊、供給側(cè)改革持續(xù)推進的背景下，硅烷企業(yè)將 朝著大型化、一體化和區(qū)域化的趨勢發(fā)展。隨著新能源汽車、復(fù)合材料和表面處理 等新興市場需求的壯大成熟，預(yù)計到 2023 年，我國硅烷總產(chǎn)量將達到 39 萬噸，與 2019 年相比，年均復(fù)合增

17、長率為 9.6%。另外國內(nèi)常壓干燥技術(shù)也在進步，未來不再是制約無機硅源的瓶頸。四氯化硅 大部分為多晶硅副產(chǎn)物。據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)顯示，每生產(chǎn) 1 千克多晶硅將產(chǎn)生 10-15 千克四氯化硅。而四氯化硅隨著多晶硅產(chǎn)能的陸續(xù)投放，原料供給充足。中國多晶硅產(chǎn)量連續(xù)七年位居全球首位。2020 年中國多晶硅產(chǎn)量為 39.2 萬噸， 同比增長 14.6%，約占全球產(chǎn)量的 73%。由于下游光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，硅料長期處于 供不應(yīng)求的局面，自 2017 年起多家硅料企業(yè)均開啟多晶硅產(chǎn)能擴張，2015-2020 年 中國多晶硅年產(chǎn)量從 16.5 萬噸增長至 39.2 萬噸，復(fù)合增速 18.9%，同時中國多晶硅產(chǎn) 量

18、占全球比例連年上升。預(yù)計在 2021-2025 年間，多晶硅料產(chǎn)量仍將處于高速增長期。按照復(fù)合增長率 20%,預(yù)計到 2025 年我國多晶硅年產(chǎn)量將達近 100 萬噸，副產(chǎn)的四氯化硅就將達 1000 萬1500 萬噸。原材料充足以及產(chǎn)業(yè)鏈一體化的形成將有效降低氣凝膠材料成本中樞， 在市場上的替代效應(yīng)更為明顯。2.2 干燥工藝取得進步氣凝膠的生產(chǎn)首先是溶膠-凝膠反應(yīng)過程，然后是利用干燥工藝去除孔內(nèi)液體。 為了去除溶劑而不會使孔隙塌陷，干燥工藝對于氣凝膠的合成至關(guān)重要，而干燥工 藝在氣凝膠成本中也占有絕對分量。干燥工藝可分為超臨界干燥、亞臨界干燥、冷凍干燥以及常壓干燥。目前超臨界 干燥工藝和常壓干

19、燥工藝是主流干燥工藝。超臨界干燥技術(shù)率先實現(xiàn)批量制備氣凝 膠技術(shù),目前已經(jīng)較為成熟。超臨界干燥是通過對壓力和溫度的控制使溶劑在干燥過 程中達到其本身的臨界點，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態(tài)的溶劑無明顯表 面張力，從而可以實現(xiàn)凝膠在干燥過程中保持完好骨架結(jié)構(gòu)。由于超臨界干燥工藝技術(shù)成熟、生產(chǎn)產(chǎn)品純度高，因此被廣泛應(yīng)用于軍工、航天 等領(lǐng)域，但超臨界設(shè)備屬于特種設(shè)備，制造有門檻、投入高，使得成本承壓。而常壓 干燥工藝的設(shè)備投入較低，對廉價硅源接納能力強，但由于常壓干燥工藝對配方設(shè) 計和流程組合優(yōu)化要求高，目前工藝不夠成熟。超臨界干燥包括高溫超臨界干燥、二氧化碳超臨界干燥。1984 年，瑞典隆德集

20、 團以正硅酸甲酯為硅料、采用高溫超臨界干燥生產(chǎn)二氧化硅氣凝膠的工程中，因高 壓釜泄漏甲醇蒸汽發(fā)生爆炸。美國 Arlon Hunt 發(fā)明了以正硅酸乙酯為硅源，搭配超 臨界二氧化碳干燥技術(shù)（以二氧化碳作為干燥介質(zhì)），一方面正硅酸乙酯毒性較正硅 酸甲酯更低，更一方面由于二氧化碳的臨界點溫度和壓力更低，使得干燥過程的盡管目前超臨界干燥工藝日益成熟、產(chǎn)品質(zhì)量滿足產(chǎn)業(yè)化要求，但是超臨界干 燥設(shè)備制造具有一定門檻，且原料有機硅源價格較高。而根據(jù) NASA 數(shù)據(jù)顯示，常壓 干燥的制造成本是超臨界工藝的 1/20。因此，常壓干燥工藝仍然一直被生產(chǎn)廠家、 研究機構(gòu)所關(guān)注的。常壓干燥原理是采用疏水基團對凝膠骨架進行

21、改性，避免凝膠孔洞表面的硅羥 基相互結(jié)合并提高彈性，同時采用低表面張力液體置換凝膠原來高比表面積的水或 乙醇從而可以在常壓下直接干燥獲得性能優(yōu)異的氣凝膠材料。但常壓干燥對前期處 理要求很高，且在干燥過程中由于孔隙中固液界面的表面張力非常大，易發(fā)生收縮 和開裂。因此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。此外，研究員也在研究其他創(chuàng)新性方法生產(chǎn)氣凝膠。根據(jù)研究團隊介紹，當蜻蜓從幼蟲中脫殼而出時，翅膀像果凍一樣，但在很短的 時間內(nèi)會膨脹變硬并變得完全干燥，變成類似于氣凝膠的多孔分層結(jié)構(gòu)。原因是蜻 蜓身體會產(chǎn)生碳酸氫鹽分子，釋放二氧化碳氣體，調(diào)節(jié)身體壓力并同時干燥翅膀， 這

22、會”吹出“水分，讓它們的翅膀變得干燥，穩(wěn)定，輕盈且結(jié)實。實驗人員受此啟發(fā)， 通過在硅膠中加入碳酸氫鹽溶劑，并采用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳從內(nèi)向外干燥凝膠， 同時，二氧化碳被鎖在孔質(zhì)結(jié)構(gòu)中，防止了氣凝膠的塌陷。研究人員宣稱，這項技術(shù)將使生產(chǎn)成本降低 96，從每公斤 100 美元左右降至 4 美元。2.3 市場需求增長突出過去七年，我國氣凝膠市場規(guī)模穩(wěn)步高速增長。我國氣凝膠市場主要分氣凝膠 制品和氣凝膠材料兩部分。氣凝膠制品的市場規(guī)模從 2014 年 2.07 億元增長到 2020 年的 14.1 億元，復(fù)合 增長率達到 37.7%；氣凝膠材料的市場規(guī)模從 2014 年 1.83 億元增長到 2020

23、 年的 15.9 億元，復(fù)合增長率達到 43.4%。從全球市場看，與隔熱材料整體市場比較，氣凝膠市場規(guī)模雖然目前占比不是 很大，但增長尤為迅速。目前氣凝膠下游需求結(jié)構(gòu)有 56%來自油氣項目，18%用于工 業(yè)隔熱，9%用于建筑建造，8%用于交通。而在 2026 年，將有 14%用于建筑，而交通 領(lǐng)域的需求將增至 13%。目前眾多研究機構(gòu)報告都表明，未來全球范圍內(nèi)的新能源汽車高速增長幾乎已 經(jīng)成為共識，對于新能源汽車來說續(xù)航里程的提升需要高能量密度的動力電池支持， 但高能量密度電池的安全性是目前需要解決的難題。氣凝膠作為電池熱管理的關(guān)鍵材料將扮演重要角色。根據(jù)我們?nèi)A安團隊預(yù)測，2025 年我國汽車

24、與工業(yè)管道領(lǐng)域氣凝膠的市場規(guī)模將 達到 64-77 億元，2030 年市場規(guī)模將達到 183-234 億元。如考慮在建筑建材、航天 軍工、日常生活等其他領(lǐng)域氣凝膠需求增長，以及碳中和加速帶來爆發(fā)性增長，市 場規(guī)模增長空間會更大。2.4 新增供給有利市場目前國際上關(guān)于氣凝膠的研究主要集中在德、美、法、日等國，而在國內(nèi)，氣凝 膠也已經(jīng)有超過二十年的研究歷史，主要研究單位以國家納米中心、中科院、國防 科大、同濟大學(xué)等為代表?？梢哉f，氣凝膠是我國少數(shù)從工藝到產(chǎn)業(yè)化都能與國際 水平相提并論的頂級新材料，未來氣凝膠產(chǎn)業(yè)有望成為我國的王牌產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)全球 發(fā)展。目前我國氣凝膠產(chǎn)業(yè)代表性的生產(chǎn)企業(yè)有數(shù)十家，技術(shù)

25、路線主要以成熟的二氧 化碳超臨界萃取工藝為主，而超臨界萃取工藝的壁壘之一是干燥設(shè)備。其中，貴州 航天烏江機電設(shè)備有限責任公司是國內(nèi)唯一集超臨界萃取裝備設(shè)計、制造為一體的 生產(chǎn)廠家，具有較強的超臨界萃取成套裝備開發(fā)設(shè)計和超臨界流體技術(shù)應(yīng)用研究能 力，與國內(nèi)外設(shè)備相比更加節(jié)能。近年也有企業(yè)新建產(chǎn)能采用常壓干燥工藝、減壓干燥工藝。納諾科技現(xiàn)有 1 萬方氣凝膠超級絕熱材料中 5000 方是常壓法，5000 方是超臨 界，新建 12000 方也將采用常壓法。根據(jù)弘大科技官網(wǎng)介紹，弘大科技自主設(shè)計研 發(fā)的低成本減壓干燥技術(shù)能夠使年產(chǎn) 100 立方米氣凝膠的生產(chǎn)設(shè)備投資由 5000 萬元 降到 200 萬元

26、。隨著以華陸新材為代表等在建產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)，此外還有宏柏新材等公司準備量 產(chǎn)，我們認為供給端的擴大將有利于氣凝膠的市場滲透率的提升和成本下降。3 崛起重點在于存量替代和增量拓展長期以來，氣凝膠的技術(shù)成果層出不窮，但我們認為，在繼續(xù)探索新技術(shù)、低成 本技術(shù)手段生產(chǎn)氣凝膠的同時，后續(xù)更應(yīng)注重氣凝膠的應(yīng)用開發(fā)。簡言之，對于具 有極致性質(zhì)的氣凝膠材料，尋找性價比契合的市場領(lǐng)域比做好氣凝膠更重要。3.1 技術(shù)升級和應(yīng)用拓展成就氣凝膠氣凝膠的發(fā)展歷史就是一個技術(shù)進步和應(yīng)用拓展互相促進的過程。自 1931 年氣 凝膠誕生以來，氣凝膠歷經(jīng)四次產(chǎn)業(yè)化。第一次產(chǎn)業(yè)化是美國孟山都公司主導(dǎo)，但 由于成本過高、應(yīng)用開發(fā)滯

27、后而失??；第二次產(chǎn)業(yè)化在 20 世紀 80 年代，因高溫超 臨界爆炸以及新技術(shù)經(jīng)營不善而告終；第三次產(chǎn)業(yè)化中美國 Aspen Aerogel 成功將 氣凝膠商業(yè)化，將其應(yīng)用于航天軍工、石化領(lǐng)域，受到市場青睞；目前氣凝膠處于我 國主導(dǎo)的第四次產(chǎn)業(yè)化過程中，新增眾多產(chǎn)能的同時進一步將氣凝膠的應(yīng)用拓展到 了電池、交通等民用領(lǐng)域?；仡櫄饽z的產(chǎn)業(yè)化歷程，數(shù)次受挫都與市場需求開發(fā)不足和價格過高有關(guān)。 作為絕熱材料，氣凝膠必須直面其他廉價材料的競爭。而技術(shù)進步、產(chǎn)能擴大、市場 認識的提高、需求升級將有助于這一市場的發(fā)展。因此，氣凝膠的必經(jīng)之路是普及 應(yīng)用的過程。近年來，我國陸續(xù)推出有關(guān)氣凝膠的政策文件，對

28、氣凝膠的產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行指導(dǎo) 和促進。3.2 氣凝膠替代傳統(tǒng)材料是“降維打擊”在純粹追求性能的前提下，氣凝膠對同類材料相比是“降維打擊”。目前除了在一些領(lǐng)域氣凝膠不夠經(jīng)濟，在隔熱、防水、防火、耐壓、透氣等多個 維度，氣凝膠都很能打。在耐久性方面，硅基氣凝膠本身是很脆，但通過與增強纖維 等材料的復(fù)合制備，硅基氣凝膠材料耐用性已經(jīng)足夠，理論使用年限約為 20 年（與 一般建筑物的壽命相當）,最低使用年限 15 年。在工業(yè)管道領(lǐng)域替代硅酸鹽氈等傳統(tǒng)保溫材料。為在油氣開采中需盡可能做好注 汽管道的保溫、盡可能縮小注汽鍋爐與井口間的蒸汽溫降，在電力行業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)中 做好管道保溫方可提高熱電聯(lián)產(chǎn)的輻射范圍。長期

29、以來，工業(yè)管道采用硅酸鹽氈等 做保溫材料，其使用壽命短、結(jié)構(gòu)松散，而且吸水導(dǎo)致管道表面腐蝕嚴重。替代品氣 凝膠氈具有柔韌度高，導(dǎo)熱系數(shù)低，疏水性能好，經(jīng)久耐用等優(yōu)點，應(yīng)用在工業(yè)管道 既可有效降低能源損耗，又可延長管道使用壽命。根據(jù)實際案例分析，管道外徑為 88.9mm，蒸汽溫度 350C，1000m 長，氣凝膠 與傳統(tǒng)保溫材料的使用厚度、保溫效果對比如下：方案一：氣凝膠氈作為保溫材料，內(nèi)層用鋁箔降低熱輻射，保溫層外用彩鋼板防 護；方案二：氣凝膠氈作為主體保溫材料，復(fù)合硅酸鹽氈輔助保溫，內(nèi)層用鋁箔降低 熱輻射，保溫層外用彩鋼板防護；方案三：復(fù)合硅酸鹽氈作為保溫材料，內(nèi)層用鋁箔降低熱輻射，保溫層外

30、用彩鋼板防護。3.3 汽車領(lǐng)域是氣凝膠最具確定性的增量領(lǐng)域在汽車領(lǐng)域，氣凝膠材料既可以用于整車制造，又可以用于新能源汽車電池。 整車方面，氣凝膠材料可以起到防火、隔熱、保溫、降噪等作用，在駕駛倉和發(fā) 動倉間加一層氣凝膠防火隔離墻，汽車著火點一般集中在發(fā)動機，汽車內(nèi)飾多是織 物等易燃物，氣凝膠防火隔離墻可阻止火勢進入駕駛倉，為司機和乘客的撤逃留有 更多寶貴時間。電池方面，目前新能源汽車的動力源主要來自于以鋰離子電池為主的動力電池 系統(tǒng)。應(yīng)消費者對電動汽車里程的需求，動力電池的能量密度在不斷提高。根據(jù)中 國制造 2025關(guān)于動力電池的發(fā)展規(guī)劃：2020 年，單個電芯級別的能量密度達到 300Wh/

31、kg；2025 年，達到 400Wh/kg；2030 年，達到 500Wh/kg。在能量密度不斷提高的同時，動力電池的安全性成為新的瓶頸。近年來，屢有新能源車起火新聞見之報端。其中電池自燃占起火原因的比例高達 38%。鋰離子動力電池在發(fā)生熱失控是一個連鎖放熱過程，不是瞬間完成的。隨著溫 度不斷升高依次是：高溫容量衰減SEI 膜分解負極電解液反應(yīng)隔 膜熔化過程正極分解反應(yīng)電解質(zhì)溶液分解反應(yīng)負極與粘接劑反應(yīng) 電解液燃燒等。這為我們解決動力電池熱失控提供了思路。通過在電池組內(nèi)增加隔 熱層，阻斷熱失控從失控單體向周圍傳播，從而可以降低電池組的損害以及附帶的 破壞作用。2020 年 5 月 12 日，G

32、B 38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求發(fā)布。 這是我國電動汽車領(lǐng)域首批強制性國家標準之一，于 2021 年 1 月 1 日實施。該標準 在優(yōu)化電池單體模組安全要求的同時，重點強化了電池系統(tǒng)熱安全、機械安全、電 氣安全以及功能安全要求，試驗項目涵蓋系統(tǒng)熱擴散、外部火燒、機械沖擊、模擬碰 撞、濕熱循環(huán)、振動、泡水、外部短路、過溫、過充等。特別要求電池單體在熱失控 后，電池系統(tǒng)在 5 分鐘內(nèi)不起火不爆炸，為成員安全預(yù)留逃生時間。做好電池組熱管理至關(guān)重要，寧德時代、上汽通用、宇通客車等公司的解決方案 是在電芯之間放置氣凝膠。氣凝膠材料導(dǎo)熱系數(shù)低，防火、防水性能優(yōu)異，占用空間 小，壽命長，

33、且對環(huán)境無污染，是最佳的汽車電池隔熱材料。同時，動力電車的性能 受溫度影響較大，溫度過低會影響到再生制動系統(tǒng)的性能，充電速度過慢而且充不 滿電，氣凝膠也能保障電池溫度不會過低。根據(jù)上汽通用公司介紹，公司在純電動 MAV 別克微藍的電芯之間加入了納米級 氣凝膠，為別克微藍 410KM 版 140Wh/kg 的高電池能量密度和 13.1kWh 的低能耗做 出了貢獻，強化了別克微藍電池組的安全性，為別克微藍的高壓系統(tǒng)能滿足系統(tǒng)安 全 ASIL D（汽車安全性等級最高等級）標準奠定了基礎(chǔ)。4 重點企業(yè)分析4.1 中國化學(xué)中國化學(xué)是一家集勘察、設(shè)計、施工為一體，知識技術(shù)相對密集的工業(yè)工程公 司，是我國化

34、學(xué)工業(yè)工程領(lǐng)域內(nèi)資質(zhì)最為齊全、功能最為完備、業(yè)務(wù)鏈較為完整的 工業(yè)工程公司之一。公司開展“三年五年規(guī)劃，十年三十年愿景目標”中長期發(fā)展戰(zhàn) 略，以人才技術(shù)優(yōu)勢為依托，實現(xiàn)研發(fā)和實業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，使實業(yè)成為推動企業(yè)發(fā)展 的重要板塊，其中氣凝膠項目的建設(shè)是一項重大突破。當前公司氣凝膠產(chǎn)品的在建 項目位于重慶。中國化學(xué)氣凝膠項目建設(shè)單位是中化學(xué)華陸新材料有限公司，建成后中國化學(xué) 氣凝膠項目將成為中國領(lǐng)先、世界一流的集研發(fā)、生產(chǎn)、上下游供應(yīng)鏈為一體的氣 凝膠新材料產(chǎn)業(yè)基地。中化學(xué)華陸新材料有限公司（簡稱“華陸新材”）于 2020 年 09 月 23 日成立， 由華陸工程科技有限責任公司（簡稱“華陸科技”）控

35、股。2018 年 12 月，華陸科技 投資參股中國航天科工集團貴州航天烏江機電設(shè)備有限責任公司（簡稱“航天烏江”）。 航天烏江是國內(nèi)唯一集超臨界萃取裝備設(shè)計、制造為一體的生產(chǎn)廠家，具有較 強的超臨界萃取成套裝備開發(fā)設(shè)計和超臨界流體技術(shù)應(yīng)用研究能力，與國內(nèi)外設(shè)備 相比更加節(jié)能。華陸科技對航天烏江原氣凝膠復(fù)合材料生產(chǎn)線進行改造和技術(shù)升級，聯(lián)合航天 烏江進行大規(guī)模、連續(xù)化生產(chǎn)氣凝膠復(fù)合材料全過程工藝流程開發(fā)，新增了溶劑高 效回收系統(tǒng)、智能行車機器人與超臨界干燥設(shè)備快開裝置協(xié)同控制系統(tǒng)，成功實現(xiàn) 軍用技術(shù)轉(zhuǎn)民用。在此之前，中國化學(xué)也曾助力陽煤集團建成投產(chǎn)亞洲最大氣凝膠項目。2018 年， 陽煤集團與深

36、圳中凝科技有限公司達成戰(zhàn)略合作，合資成立了陽中新材氣凝膠生產(chǎn) 企業(yè)。擬建設(shè)項目為 30 萬立方米/年氣凝膠絕熱氈、2 萬噸/年氣凝膠粉體、5 萬噸/ 年功能性聚酯纖維。項目分三期建設(shè)，一期項目建設(shè)產(chǎn)能為2萬立方米/年氣凝膠氈、 1000 噸/年氣凝膠粉體。中國化學(xué)旗下賽鼎公司作為一期項目的總承包單位，實現(xiàn)了 當年開工、當年建成、當年投產(chǎn)的“氣凝膠速度”，幫助陽煤集團實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展。4.2 泛亞微透公司通過對 ePTFE（膨脹聚四氟乙烯）膜的改性及與基礎(chǔ)吸音棉、高性能干燥劑、 SiO2氣凝膠等材料復(fù)合，不斷開發(fā)具有特殊聲、電、磁、熱、防水透氣、氣體管理、 耐候耐化學(xué)等特性的組件產(chǎn)品。公司生產(chǎn)的氣凝

37、膠產(chǎn)品應(yīng)用于航天、集中供熱、集 中供冷、石油、天然氣、化工、建筑、交通、冶金、電子、環(huán)保等領(lǐng)域，氣凝膠材料 在高鐵列車保溫隔聲、汽車發(fā)動機保溫、冷庫、冷藏車保冷、太陽能集熱器、帳篷、 鞋墊、羽絨服、登山鞋等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。2019 年公司開建年產(chǎn) 1604 立方米 SiO2氣凝膠與 24 萬平方米 ePTFE 膜復(fù)合材料 產(chǎn)業(yè)化項目，產(chǎn)品為常壓法 SiO2氣凝膠 1520m3 /a、超臨界法 SiO2氣凝膠 84m3 /a、常 壓法 SiO2氣凝膠與 ePTFE 膜復(fù)合材料 20 萬 m 3 /a、超臨界法 SiO2氣凝膠與 ePTFE 膜 復(fù)合材料4萬 m 3 /a。其中氣凝膠生產(chǎn)項目為公

38、司與浙江大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的產(chǎn)學(xué)研項目， 此前已經(jīng)通過了小試及中試。2021 年公司以 1.56 億元收購上海大音希聲新型材料有限公司 60%的股權(quán)。大音 希聲生產(chǎn)的無機固態(tài)氣體超效絕緣材料（氣凝膠）通過遠東防火試驗中心“A-60”級 艙壁及甲板耐火試驗、取得中國船級社工廠認可及型式認可證書。同時大音希聲認 真貫徹武器裝備質(zhì)量管理體系，公司生產(chǎn)的無機固態(tài)氣體超效絕熱材料（氣凝膠） 通過了海裝鑒定、裝艦201211 號和海裝艦201875 號，經(jīng)過軍方嚴格審核后獲得 了中央軍委裝備發(fā)展部頒發(fā)的裝備承制單位注冊證書。 公司收購大音希聲使得公司具有實現(xiàn)氣凝膠產(chǎn)業(yè)在軍用、民用高端領(lǐng)域的快速 增長的能力，進一

39、步提高了公司的綜合競爭力。2020 年 11 月，泛亞微透在互動平臺上稱，公司募投項目產(chǎn)品 SiO2 氣凝膠玻纖 氈復(fù)合材料主要應(yīng)用于三元鋰電池包電芯間隔斷，與寧德時代在洽談合作。4.3 華昌化工公司目前已經(jīng)已經(jīng)形成了煤化工、鹽化工、石油化工等多產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)格局。2021 年 3 月 4 日，公司公告增資參股愛彼愛和新材料有限公司（簡稱“愛彼愛和”）7.04%。愛彼愛和是國內(nèi)一家氣凝膠材料生產(chǎn)企業(yè)，在河北滄州、河南許昌建立了兩個 生產(chǎn)基地。滄州基地主要生產(chǎn)氣凝膠粉和氣凝膠復(fù)合氈系列產(chǎn)品，主要為石油煉化、 火力發(fā)電、原油開采、化工等領(lǐng)域企業(yè)提供高效節(jié)能產(chǎn)品，并為許昌基地提供氣凝 膠主材；許昌基地主要負責氣凝膠材料深加工，產(chǎn)品包括車用氣凝膠防火毯系列、 電池用氣凝膠隔離片系列，氣凝膠防火毯提供給宇通客車（根據(jù)公司介紹，2018 年 成為成為宇通客車氣凝膠最大供應(yīng)商）、吉利汽車、申龍客車等知名客車企業(yè)，氣凝 膠隔離片則主要供給寧德時代（根據(jù)公司介紹，2019 年成為寧德時代、鋒巢等動力 電池的主要供應(yīng)商）、國軒高科、天津力神、中航鋰電等企業(yè)。愛彼愛和于 2019 年 10 月與北京