气凝胶行业专题报告：硬需求驱动放量，强降本拓宽空间

本文重点探讨气凝胶的上量契机，以及观测潜在需求弹性的关键变量。我们认为电池隔热需求的崛起，将推动气凝胶的规模化进程，而规模化后的市场竞争有望促成工艺优化+技术路线迭代两阶段降本，随成本的进一步下降，气凝胶对其他传统绝热材料的替代有望加速。 相关标的：晨光新材、江瀚新材、宏柏新材、兴发集团等。 引领绝热新纪元，气凝胶正处于规模化的关键时点。气凝胶是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料，众多种类中Si O2 气凝胶最为成熟。对比传统绝热材料，气凝胶的等效用量少、使用年限长，等效条件下所需厚度仅为传统材料的1/3~1/4，间接减轻其他成本项；寿命可达传统材料的3~4倍，减少维护成本或重复投资。虽然当前其初期投资成本仍较高，但全生命周期性价比或已显现。气凝胶诞生至今已有超90年历史，经历多轮产业化尝试，于21世纪初得到商业化运作，应用于能化等领域，但高昂的成本限制了其在油气管道等场景中对传统材料的大批量替代，而当前电池领域的新应用场景或将成为其规模放量的真正驱动。 分两阶段看降本潜力：工艺优化和技术路线迭代。影响气凝胶性能与成本的关键在于硅源和干燥工艺的选择。当前的主流路线是对厂商技术能力要求较低而成本较高的有机硅源+超临界干燥，更易实现落地，帮助企业率先卡位占据份额。而从理论成本来看，无机硅源+常压干燥或许是大规模工业化生产的优选。因而，短期内降本关键在于当前主流工艺的优化，中长期大幅降本需关注技术路线的更迭。 电池隔热“硬需求”催化放量，降本进度决定潜在替换空间。气凝胶主要用于锂电池电芯间隔热，电池安全性要求的提升为其打开的广阔空间，中性假设下2025年动力电池隔热片空间或超40亿元。而在能化、建筑等众多领域中的渗透率提升，仍有待成本的进一步下降。当前，国内迎来竞争性扩产潮，入局玩家多元化。从规划层面看，产能的扩大、竞争的加剧无疑有助于气凝胶的降本和市场的拓宽，但鉴于需求释放节奏仍有不确定性，以及行业存在一定技术门槛，后续需关注产能落地的实际进展。 风险提示：需求释放不及预期、降本不及预期、产品开发不及预期 1.投资故事 从行业内近两年掀起的“扩产潮”，以及下游“硬需求”的崛起之中，我们可以看到气凝胶的规模化进程正在加速，在当前节点对气凝胶的全方位梳理，有助于我们把握气凝胶规模化的契机，以及观测气凝胶未来潜在需求弹性的关键变量。 引领绝热新纪元，气凝胶正处于规模化的关键时点。气凝胶是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料，众多种类中SiO2气凝胶最为成熟。对比传统绝热材料，气凝胶的等效用量少、使用年限长，等效条件下所需厚度仅为传统材料的1/3~1/4，间接减轻其他成本项；寿命可达传统材料的3~4倍，减少维护成本或重复投资。虽然当前其初期投资成本仍较高，但全生命周期性价比或已显现。气凝胶诞生至今已有超90年历史，经历多轮产业化尝试，于21世纪初得到商业化运作，应用于能化等领域，但高昂的成本限制了其在油气管道等场景中对传统材料的大批量替代，而当前电池领域的新应用场景或将成为其规模放量的真正驱动。 分两阶段看降本潜力：工艺优化和技术路线迭代。影响气凝胶性能与成本的关键在于硅源和干燥工艺的选择。当前的主流路线是对厂商技术能力要求较低而成本较高的有机硅源+超临界干燥，更易实现落地，帮助企业率先卡位占据份额。而从理论成本来看，无机硅源+常压干燥或许是大规模工业化生产的优选。因而，短期内降本关键在于当前主流工艺的优化，中长期大幅降本需关注技术路线的更迭。 电池隔热“硬需求”催化放量，降本进度决定潜在替换空间。气凝胶主要用于锂电池电芯间隔热，电池安全性要求的提升为其打开的广阔空间，中性假设下2025年动力电池隔热片空间或超40亿元。而在能化、建筑等众多领域中的渗透率提升，仍有待成本的进一步下降。当前，国内迎来竞争性扩产潮，入局玩家多元化。从规划层面看，产能的扩大、竞争的加剧无疑有助于气凝胶的降本和市场的拓宽，但鉴于需求释放节奏仍有不确定性，以及行业存在一定技术门槛，后续需关注产能落地的实际进展。 投资建议：我们认为伴随着电池隔热需求的崛起，电芯间隔热片的应用将推动气凝胶的规模化进程，而规模化后的市场竞争有望促成工艺优化+技术路线迭代两阶段降本，随成本的进一步下降，气凝胶对其他传统绝热材料的替代有望加速。相关标的：晨光新材、江瀚新材、宏柏新材、兴发集团等。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 表1：相关公司估值 2.气凝胶：正处规模放量关键时点 我们观察到，气凝胶的规模化进程正在加速，在当前节点对气凝胶的全方位梳理，有助于我们把握气凝胶规模化的契机，以及观测气凝胶未来潜在需求弹性的关键变量。 本章节中，我们期望说明气凝胶的概念、结构和特性，并对其发展历程中经历的多次产业化尝试进行梳理，有助于我们理解一种新材料在何条件或背景下，能够从实验室走向产业化，而又是什么契机推动其放量。 我们可以看到，气凝胶应用于能化领域的过去二十年里，并没有实现对传统材料的大规模替代，即成本导向的场景中其实没能跑通；而电池安全强制要求带来的新应用（而非传统应用场景下的替换）——电芯间隔热片，才真正为气凝胶的规模化拉开序幕。 2.1.气凝胶材料性能优异，下游应用场景丰富 气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、孔隙中充满气态分散介质的非晶态材料，是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料。气凝胶材料诞生于1931年，由加利福尼亚州太平洋学院Kistler教授以水玻璃为原料，采用乙醇超临界干燥技术制得，其将气凝胶定义为：湿凝胶经超临界干燥所得到的材料，称之为气凝胶。气凝胶具有纳米多孔结构、低密度、低介电常数、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等特点，在保温隔热、吸附分离、吸声隔音、生物医用、光电催化、储能转化等用途中均表现出优异性能。 表2：气凝胶结构和性能参数 气凝胶目前的主流应用即作为隔热材料，其阻热原理在于均匀致密的纳米孔及多级分形孔道微结构可以有效阻止空气对流，降低热辐射和热传导，可广泛应用于航空航天、能源化工、建筑、电池、交通、服装等领域。 表3：气凝胶隔热原理 气凝胶材料已有超90年历史，经历多轮产业化尝试。1）第一次产业化发生于20世纪40至70年代，该阶段美国孟山都公司尝试开拓民用场景，但高昂的成本和应用开发的滞后阻碍了气凝胶的发展，公司于20世纪70年代终止了气凝胶项目。2）第二次产业化发生于20世纪70至80年代，该阶段火箭、科研探测器等非民用需求促进气凝胶的产业化，同时出现了多种硅源及干燥工艺技术路线的持续迭代，为气凝胶的规模化生产奠定技术基础。3）第三次产业化发生于21世纪初，Aspen Aerogels等海外龙头企业诞生，气凝胶开启了在石化等领域的商业化应用，与此同时国内也开始了气凝胶的研究及产业化进程。4）第四次产业化正在进行中，生产成本逐渐降低、应用领域持续扩展，气凝胶正迎来规模化放量的窗口，随电池隔热等新能源领域需求的崛起，中国企业有望引领浪潮。 表4：气凝胶材料已有超90年历史，经历多轮产业化尝试 气凝胶种类多样，Si O2 气凝胶产业化最为成熟。随着研究手段的不断丰富和基础研究的不断深入，气凝胶的结构和种类也得到不断完善。根据气凝胶材料的成分大致可以分为氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、氮化物气凝胶等等。Si O2 气凝胶是研究最多、最为成熟的气凝胶类型。以下我们的讨论均针对Si O2 气凝胶展开。 表5：气凝胶种类多样 SiO气凝胶产业链上游主要为有机或无机硅源，中游包括气凝胶材料、制品，下游涉及有保温、隔热、防火等需求的各应用领域。其中，中游制造环节，由于气凝胶的结构力欠缺，通常需要以纤维增强材料作为支撑骨架，制成气凝胶毡、气凝胶板、气凝胶布等制品使用，常见的是以玻纤、陶瓷纤维、预氧丝等为主的介质。 传统的油气管道隔热等应用中，最常用的气凝胶产品为气凝胶毡；在电池电芯隔热需求这一新应用中，由于气凝胶毡存在掉粉问题，需要增加对气凝胶毡的模切封装环节，制成气凝胶隔热片使用。 图1：气凝胶产业链图 2.2.电池隔热需求正驱动气凝胶规模化应用 气凝胶市场空间正逐步打开。据IDTechEx数据，2022年全球气凝胶市场空间预计略低于4.5亿美元，并预测2034年气凝胶市场规模有望超26亿美元，2022年-CAGR2034为15.8%。据《对我国气凝胶材料产业 发展现状及趋势的思考》，2019年，国内气凝胶制品产能超过5.5万立方，产业规模已突破6亿元（以满足《纳米孔气凝胶复合绝热制品》GB/T 34336—2017标准的产品为统计口径估算），“十三五”期间年复合增长率近20%。假设2019-2022年CAGR维持该水平不变，2022年我国气凝胶市场规模或超10亿元，取气凝胶产品单价15000元/立方米，对应产量约6~7万立方级，仍有较大增长空间。 过去主要用于油气管道等领域，未来电池应用或将成为其规模放量的真正驱动。IDTechEx数据显示，2021年油气及工业隔热对二氧化硅气凝胶的需求占总需求量的比例高达74％，9％用于建筑建造，8％用于交通运输（电池）。而2022年，动力电池对气凝胶的需求可谓异军突起，占比超30%，并且预计将成为未来气凝胶的主要应用。 图2：从气凝胶需求结构来看，电池或将成为主要的下游应用 3.气凝胶vs传统绝热材料：节能+耐用或可构筑全生 命周期性价比 绝热节能材料是用于设备或者建筑围护，阻抗热流传递的材料或者材料复合体，种类多样，适配不同的应用场景。依据材质进行划分，常规/传统绝热材料主要为岩矿棉、玻璃棉、硅酸铝、聚氨酯等，新型绝热材料包括真空绝热版、气凝胶等，各种材料的成本、性能等差异使得其应用领域有所不同。 图3：绝热材料分类（依据材质） 适应绿色低碳发展需求，绝热材料市场稳步增长。绝热材料是我国推进节能减排，实现绿色低碳发展的关键材料。根据中国绝热节能材料协会数据，我国绝热节能材料产量自2016年起逐年增长，2017年绝热节能材料行业受到国家政策影响，产量出现较大幅度增长。2022年，我国绝热节能材料产量达到875万吨，2015-2022年CAGR为6.47%。 图4：我国绝热材料产量逐年提升 表6：气凝胶的潜在替代空间广阔（2020年中国绝热材料产量） 相较传统材料，气凝胶绝热节能效果更佳，所需用量少，间接减轻其他成本项。气凝胶导热系数远低于其他传统材料，达到相同保温效果时，所需气凝胶保温材料的厚度仅为传统材料厚度的1/3~1/4，减少保温材料占用空间，有助于提升场地的有效使用空间。此外，相较于架空管道，气凝胶在直埋管道中更为显著，因为直埋在成本上不仅仅要考虑保温材料费，还要考虑土方开挖与填埋所产生的费用和使用外套钢管所产生的费用，以及其他防腐、施工等费用。使用气凝胶代替硅酸铝等能够减小外套管的规格，由此产生的钢材费、土方费也会随之减少。气凝胶还具备疏水、耐火、抗压、耐老化、尺寸稳定等突出性能，使用年限可达传统材料的3~4倍，有助于降低作业成本以及后续的维护成本或重复投资。 图5：石化厂中压蒸汽管线保温改造，气凝胶替硅酸铝棉后管道保温层体积显著减少 图6：达相同表面温度时，气凝胶厚度仅为传统材料的1/3~1/4 表7：相较传统保温材料，气凝胶在多维度上均显现出更优的性能 气凝胶初期投资成本仍较高，但全生命周期性价比或已优于传统绝热材料。参考《气凝胶高效保温材料在站场地上管道应用的经济性分析》所设计的油气运输管道案例，该研究分别设计气凝胶和传统保温材料相同用量（厚20mm）方案，综合材料及施工成本，计算成本及收益。仅考虑单次初始投资的情况下，气凝胶方案新增投入的回收期为4.6年；综合考虑初始投资和维护成本后，投资回收期仅3.73年。维护成本计算方式为：假定气凝胶使用12年更换，传统保温使用4年更换，则传统保温在12年中需更换2次，将2次更换的费用作为维护费用按12年分摊，则每年气凝胶方案总收益=节能收益+节省维护费用。 表8：气凝胶初期投资成本较高，但全生命周期性价比或已优于传统方案 4.工艺优化与技术