基础化工行业深度报告：气凝胶或迎来放量元年，驶向千亿星辰大海

气凝胶是处于成长周期初期的新材料大单品，具备优异的防火隔热性能 气凝胶是一种性能优良、应用广泛的纳米级多孔固态材料，在新能源、石油化工、工业隔热、建筑建造等领域具有广泛应用场景，具有低热导率、低折射率、低声阻抗等多种优异性能。气凝胶的生产过程包括凝胶制备和干燥，干燥方法分为常压干燥法和超临界干燥法。超临界 CO2 干燥法工艺较为成熟，工艺包完善，为市面上较多采用的气凝胶生产工艺，如爱彼爱和、晨光新材、宏柏新材等。常压干燥是常见的干燥方法中操作简单经济的方法，可降低气凝胶的生产成本，但是工艺难度较大，目前纳诺科技等采用此方法。气凝胶毡是气凝胶终端的产品形态，是指使用纤维增强法以改善气凝胶脆性、增强力学性能制备的气凝胶复合材料，在实际应用时气凝胶制品以胶毡形态使用。 新老应用领域同步发力，气凝胶剑指千亿星辰大海 （1）新能源车：动力电池及整车的新型防火隔热材料，有望加速渗透。电池厂、主机厂一般在电芯之间、模组和PACK的上盖使用防火隔热材料，从而延缓或者阻止电池组热扩散以及火焰的蔓延。中性假设，2025年，在国内新能源领域气凝胶渗透率为30%，对应市场规模可达26亿元。（2）建筑保温：传统的建筑保温材料是千亿级市场，气凝胶制品凭借优异的性能、轻薄的结构有望加速替代。 气凝胶复合产品的导热系数与燃烧等级均占优势，气凝胶可用更薄的厚度达到更优异的保温效果，还有效提高房屋使用面积。中性假设，2025年，在国内建筑领域气凝胶渗透率为1%，对应市场规模可达57亿元。（3）石化管道保温：气凝胶毡作为一种新型绝热材料可广泛应用于石化油气传输、蒸汽管道和工艺管道，市场潜力大。中性假设，2025年，石化管道领域气凝胶渗透率为5%，则对应的总市场规模可达41亿元。综上，以上合计对应的总市场规模可达124亿元。 当前气凝胶渗透率较低的主要原因是售价较高，未来成本有较大下探空间 目前气凝胶售价相对传统材料较高，但原材料成本占比仅48%，综合成本仍有较大下探空间。以管道保温领域为例，若我们按照气凝胶当前均价10000元/立方米计算，则我们可测算得出：管道保温领域采用传统方案的成本约为126元/平米，而采用气凝胶方案的成本约为212元/平米。若我们假设气凝胶成本、售价下探30%，采用气凝胶方案的成本下降至152元/平米，竞争力明显增强。此外，采用气凝胶方案可有效减少管道使用中的热量损失、节省管道空间使用，在能耗节约和空间占用上优势明显，有望加速替代。未来随着气凝胶企业的规模化量产及工艺路线的优化，综合成本的下探弹性较大，从而打开广阔的市场空间。 受益标的 晨光新材（规划产能约33.5万立方米）、宏柏新材（规划产能1万立方米）、中国化学（投产5万立方米，在建25万立方米）、江瀚新材（规划产能2000吨，折合约1万立方米）。 风险提示：产品渗透率不及预期、产能释放不及预期、下游需求萎靡等。 1、气凝胶是一种性能优良、应用广泛的纳米级多孔固态材料 1.1、气凝胶种类多样，目前主要以SiO2为主，下游应用场景广阔 气凝胶是一种在新能源、石油化工、工业隔热、建筑建造等领域具有广泛应用价值的纳米级多孔固态材料，独特的纳米多孔结构使其具有低热导率、低折射率、低声阻抗等多种优良的物理性能。 气凝胶种类多样，发展至今已由单一组分的SiO气凝胶形成了包括氧化物气凝胶、有机气凝胶、碳气凝胶、复合气凝胶在内的多种类型。其中Si O2 气凝胶是最早制得，同时也是目前研究时间最长、溶胶-凝胶机理最为成熟、制备工艺最为完善的气凝胶。据PRnob数据，2021年全球气凝胶市场规模为8.35亿美元，其中Si O2 气凝胶占比近7成。 图1：SiO2气凝胶是目前市场的主流产品 表1：不同种类的气凝胶具有不同的优缺点、制备方法以及相关应用场景 从硅基气凝胶产业链来看，硅源材料主要分为无机硅源和有机硅源，无机硅源包括四氯化硅和水玻璃，有机硅源包括正硅酸甲酯（TMOS）、正硅酸乙酯（TEOS）、烷氧基硅烷等功能性硅烷。而下游的气凝胶制品包括气凝胶毡、气凝胶纸、气凝胶布、气凝胶板材、气凝胶粉末等，下游应用场景广泛，涉及石油化工、建筑建造、工业隔热、交通等领域，其中石油化工为最大应用领域，消费占比达到56%，其次应用于工业隔热，占比为18%。在新能源领域，气凝胶则主要应用于动力电池电芯之间的隔热阻燃、模组与壳体之间的隔热防震层、电池箱的外部防寒层和高温隔热层等。未来随着气凝胶技术的进步，我们认为其应用场景十分广阔，是具备成长空间的大赛道和大单品。 图2：石油化工为气凝胶最大的应用领域，消费占比达到56% 1.2、气凝胶干燥方法分为常压干燥法和超临界干燥法 气凝胶的生产制备主要分为两步：第一步通过溶胶-凝胶过程制得凝胶；第二步通过一定的干燥方法将凝胶内的液态物质替换为气态从而制得气凝胶。溶胶-凝胶过程是制备气凝胶最核心的过程，它通常是指前驱体在催化剂（酸或碱）的作用下进行水解缩聚反应后形成溶胶，进而通过老化形成凝胶的过程。通过改变前驱体种类、催化剂浓度、体系温度及pH等参数，可实现对凝胶骨架微观结构的调控。而材料的结构往往决定其所具有的功能，因而通过调节溶胶凝胶参数可制得具有特定功能的气凝胶。 图3：溶胶-凝胶过程是制备气凝胶最核心的过程 以市场占比最高的硅基气凝胶为例，其生产成本主要集中在原材料硅源、设备折旧以及能耗方面。据21世纪经济报道新闻，Aspen Aerogels数据显示，材料成本约占气凝胶总成本的48%，制造成本约占44%。因此，有效降低成本一方面依赖于制备工艺的突破，另一方面通过低成本原材料大规模产业化或者进一步降低原料单耗实现。其中干燥工艺是制约制备流程成本的主要因素。通常制备气凝胶的干燥方法主要分为4类：超临界干燥、亚临界干燥、冷冻干燥及常压干燥。 超临界干燥法是最早提出、应用最为广泛的干燥方法。它是指将干燥溶剂的温度、压强均提升至其超临界点以上，从而消除凝胶孔洞内的气液界面，是对样品进行干燥的方法。为了避免溶剂的蒸发，在超临界干燥前会预先向高压釜内充入一定量的 N2 ，从而达到预增压的效果。通常被用于超临界干燥的试剂包含以乙醇为代表的有机溶剂与液态 CO2 两类，与有机溶剂相比，选用液态 CO2 作干燥介质操作更为安全，同时较低的超临界温度及压力会使凝胶骨架在干燥过程中基本保持不变，凝胶表面的化学基团也会相对稳定存在，但 CO2 超临界干燥存在漫长的溶剂替换过程，同时要求被替换的溶剂能够与液态 CO2 互溶，因此时间成本较高。但是超临界CO2 干燥法工艺较为成熟，工艺包完善，为市面上较多采用的气凝胶生产工艺，如爱彼爱和、晨光新材、宏柏新材等公司均采用此方法。 常压干燥不需要超临界干燥所使用的高压釜，但需要漫长的溶剂替换过程，从而避免在干燥过程中凝胶吸水以及气液界面张力对凝胶骨架造成破坏。通常在进行常压干燥前需要将凝胶内的溶剂替换为表面张力较小的试剂，之后对凝胶表面进行修饰处理，即将凝胶表面亲水的羟基替换为疏水的甲基，最后再进行干燥。相对于超临界干燥而言，常压干燥在保持气凝胶微观结构的同时也有效地降低了干燥过程的危险性，是4种常见的干燥方法中操作最简单、使用最经济的方法。常压干燥工艺可降低气凝胶的生产成本，但是工艺难度较大。 表2：常压干燥有一定成本优势，但是超临界 CO2 法更加成熟和普遍 1.3、气凝胶毡是气凝胶终端的产品形态 气凝胶毡是指使用纤维增强法以改善气凝胶脆性、增强力学性能制备而成的气凝胶复合材料。其原理是将纤维作为支撑骨架，支撑具有纳米孔结构的气凝胶，使制得的复合材料更适用于多领域的应用。制备气凝胶毡最简单的方法是将短纤维（后来发展到预制纤维毡）在凝胶之前加入到溶胶中，使得两者能够充分结合以生成复合材料。制备使用的纤维分两大类：一类是有机纤维（聚丙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维等）；另一类是无机纤维（硅酸铝纤维、陶瓷微纤维和玻璃纤维等）。各种研究表明使用纤维增强制备气凝胶复合材料可以加强气凝胶的力学性能，使二氧化硅气凝胶的实用性进一步增强。目前市场上尤其以二氧化硅气凝胶毡应用最为广泛，纳诺科技、爱彼爱和等公司正在致力于气凝胶毡的研发与市场推广。 图4：使用纤维增强制备气凝胶毡可以加强气凝胶的力学性能 2、新老领域同步发力，千亿级大市场蓄势待发 2.1、新能源车：动力电池及整车的新型防火隔热材料，有望加速渗透 气凝胶毡可制成各类复合产品，用于新能源车动力电池及整车的防火隔热系统。 随着新能源汽车产业的快速发展，动力电池的热安全问题引起相关部门的关注：高温、过充、内短路以及机械破坏均可能引发动力电池组的热失控，造成火灾甚至爆炸，威胁驾乘人员的安全。2020年5月，工信部发布的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》提出：电池单体发生热失控后，电池系统需在5分钟内不起火不爆炸，为乘员安全逃生提供时间。电池厂、主机厂一般在电芯之间、模组和PACK的上盖使用防火隔热材料，从而延缓或者阻止电池组热扩散以及火焰的蔓延。目前常用的防火隔热材料包括：玻璃纤维棉、硅酸铝棉、复合隔热板等。然而传统防火隔热材料存在导热系数高、厚度大、防火防水性能一般、保温性能衰减快等缺陷。根据中国科学技术大学论文《二氧化硅气凝胶及其在保温隔热领域应用进展》：相较于传统保温材料，二氧化硅气凝胶只需1/5-1/3的厚度即可达到同等的隔热效果，为动力电池及整车节省更多空间。目前，河南爱彼爱和新材料有限公司的气凝胶隔热垫、气凝胶防火毯、防火涂料、防火绝缘复合带等气凝胶系列产品已构建起电芯模组、PACK及整车级别的立体式防火隔热系统，以使电动汽车满足GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中的热扩散防护标准。 图5：气凝胶复合产品可用于动力电池的防火隔热 图6：气凝胶制品可用于新能源车整车的防火隔热系统 表3：气凝胶毡可制成多类复合产品，应用于新能源汽车电芯模组、PACK及整车的防火隔热系统 价格：据全球气凝胶龙头企业Aspen Aerogel发布的2021年度报告，2021年Aspen Aerogel气凝胶制品的销售均价约为3.46美元/平方英尺，按1平方米=10.7639平方英尺换算，2021年Aspen Aerogel气凝胶制品的销售均价约为240元/平方米。 用量：据国家新材料产业发展战略咨询委员会发布的《2022气凝胶行业研究报告》，平均每辆新能源汽车需要2-5平方米的气凝胶复合材料，若我们取中间值3平米/辆，则气凝胶制品在新能源汽车中的单车价值量约为720元。 需求量：据Wind统计，2022年国内新能源车产量约为721.90万辆，若我们假设2022年气凝胶制品在国内新能源车领域的渗透率为10%，则2022年国内新能源汽车行业对气凝胶制品的需求量约为325万平米，市场规模约为7.80亿元。据全球新能源网预测，2025年我国新能源车销量有望达到1200万辆，若我们假设2025年气凝胶制品在国内新能源车领域的渗透率提升至50%，则2025年国内新能源汽车行业对气凝胶制品的需求量将增长至1800万平米，市场规模将达到43.20亿元。 表4：以2025年为例，气凝胶制品在国内新能源车领域渗透率的提升，将带动其市场规模快速增长 2.2、建筑节能：传统的建筑保温材料是千亿级市场，替代空间广阔 传统的建筑保温材料是千亿级市场，气凝胶制品凭借优异的性能、轻薄的结构有望加速替代。在办公室、洁净室、冷库、工厂、家庭取暖制冷等场合，日常需要耗费大量电能来维持建筑内特定的温度，使之达到相应的使用条件。因此在建筑的内外墙使用保温隔热材料，可减少建筑内部空间与外界温差而造成的能量损失，有利于节能、降耗。据西安市建筑节能协会数据，2021年我国外墙保温材料的市场规模已达到1718.70亿元，2015-2021年的年均复合增速高达20%。相较于传统的墙体保温材料，气凝胶制品具备性能好、厚度薄、节省建筑空间等优势。据论文《SiO气凝胶纤维复合材料制备及其在建筑节能领域应用的进展》，相较于传统的墙体保温材料（聚氨酯发泡板、岩棉板、石膏保温砂浆、玻