行業研報丨氣凝膠：改變世界的神奇材料，性能優越用途廣

氣凝膠誕生于1931年， Kistler首次通過乙醇超臨界干燥技術，制備出世界上第一塊氣凝膠——SiO2氣凝膠。至今經歷了四次產業化。

第一次產業化時間過早，當時應用缺乏且成本較高，最終宣告失敗。

第二次產業化下氣凝膠制備技術變多，出現了目前使用最多的CO2超臨界干燥技術和常壓干燥技術。

第三次產業化以AspenAerogel和Cabot氣凝膠公司的誕生為標志，重要節點是NASA對氣凝膠材料的需求，開啟了商業化的可能性，應用領域包括航天軍工、石油石化等。

我國在2003年開始相關科研投入增多，2004年出現相關企業，并在2010年至今產業化規模不斷擴大，國家標準、政策扶持和企業數量增多，應用領域進一步開拓表明第四次產業化正在進行時。

干燥工藝是氣凝膠制備的關鍵，超臨界法為主流。氣凝膠的制備包括溶膠-凝膠、老化、改性和干燥，其中干燥是 SiO2氣凝膠由濕凝膠向干凝膠轉變的關鍵步驟。氣凝膠性能主要由其納米孔洞結構決定，獲得所需納米孔洞和相應凝膠骨架后，由于凝膠骨架內部的溶劑存在表面張力，在普通的干燥條件下會造成骨架的坍縮（凝膠內部孔結構的不均勻性使得與孔結構有關的毛細管力產生力量差,巨大的力差將使得凝膠發生變形或碎裂）。

超臨界干燥已成主流。氣凝膠制備技術核心在于避免干燥過程中由于毛細管力導致納米孔洞結構塌陷。目前產業界使用的干燥包括超臨界干燥和常壓干燥，其中超臨界干燥法是最早量產的技術，也最為傳統和主流。盡管超臨界干燥操作過程復雜、使用設備費用高，但是此方法仍然是獲得高品質、高性能 SiO2氣凝膠的最佳選擇。

氣凝膠材料已有產能21.7萬方，在建擬建產能97.5萬方，未來全部達產后產能規模可達119.2萬方。目前技術路線仍以超臨界干燥為主，常壓干燥則僅有納諾科技、中凝控股等少量廠商使用。現有廠商可分為早期玩家和新進入者。早期玩家包括納諾科技、廣東埃力生等， 新進入者包括化學工業工程企業中國化學、有機硅企業晨光新材和宏柏新材等。

下游需求旺盛，油氣、交通和建筑領域最受關注。據IDTechEx數據，2021年全球油氣領域和工業隔熱在氣凝膠材料下游結構中占比為56%和18%，建筑建造和交通領域占比為9%和8%。預計2026年油氣領域和工業隔熱占比將降低至47%和15%，建筑建造和交通領域占比會提升至14%和13%。油氣領域應用場景為管線保溫的氣凝膠隔熱氈，交通領域主要為新能源汽車鋰電池的電芯之間以及模組、PACK的上蓋采用防火保溫材料和電池艙與客艙之間安裝防火層等， 建筑領域則可用于保溫外墻以提高節能效果。

氣凝膠可用于管道保溫，以350°Ｃ，4.5MPa，流量80t/h，外徑為325mm 蒸汽管道為例，在兩種保溫方案中使用氣凝膠后，與傳統保溫方案相比雖然初始造價更高，但氣凝膠的優良保溫性能使每1Km管線每年可分別節能熱量可折合人名幣17.2萬元、10.7萬元，增加的投資成本僅需3.2、2.4年回收，且管線每公里溫降更小，使得用戶端蒸汽溫度的提高，可輸送給用戶的蒸汽熱值增加，同時提高了用戶的產能與生產。

相較其他保溫材料，直徑為150mm的油氣管道如果需要達到相同的保溫效果，對應使用的保溫材料膨脹珍珠巖、硅酸鈣、巖棉、氣凝膠氈的厚度分別為90mm、76mm、64mm、20m，氣凝膠具備保溫層材料用量少、保溫效果更好、使用壽命更長的優點，油氣領域需求預計持續提升。國內中石油、中石化等已采用氣凝膠用于管線保溫。

我國油氣管道應用空間近百億。經過20年的發展，管徑不斷增大。根據《我國長輸天然氣管道現狀及發展趨勢》，我國管徑大多在DN600到DN1000區間，我們選取 DN800作為油氣管道的管徑。管徑DN800管網約需要30mm氣凝膠保溫層，單公里管道的氣凝膠用量約80立方。根據《“十四五”現代能源體系規劃》，截至2020年底油氣管道總里程達到17.5萬公里。根據《中長期油氣管網規劃》，2025年我國油氣管網規模有望達到24萬公里。2021-2025年預測數值以平均里程增長計算。預計 2025 年年油氣管道領域氣凝膠用量為101萬方，對應市場空間101億元，2021-2025的CAGR為33%。

鋰電池的防火隔熱需求是最受關注的下游領域之一。目前鋰電池受到擠壓、針刺、短路、過熱等都會導致新能源車起火，起火仍是新能源車痛點。根據AutoInsurance EZ，燃油車著火概率為1.5%，而混動車既裝有高壓電池，又有內燃機，車輛發生火災的可能性為3.4%。現有采用的防護氈結構簡單，容易變形，使其不能很好地與電池組全面接觸，且在電池發熱嚴重時其并不能起到很好的隔熱效果。而 SiO2氣凝膠玻纖氈復合材料的高溫耐受能力高于800℃，能夠抵御電池包短路造成的高溫能量瞬間沖擊，有效防止鋰離子動力電池箱中單塊電池單體過熱造成的連鎖效應。目前，寧德時代、比亞迪等動力電池廠商均有推廣使用氣凝膠產品。

氣凝膠材料可用于鋰電池的電芯之間以及模組、PACK的上蓋采用防火保溫材料，延緩或者阻止電池組的熱擴散；還可用于電池艙與客艙之間的防火層，能夠有效減緩火勢的蔓延。此外，氣凝膠還可以應用于汽車的整車結構，如車頂、門框、發動機罩等，可以起到車廂內保溫、節能減排的效果。據我們謹慎測算，目前氣凝膠單車價值量約為 500元，未來隨著氣凝膠規模化后價格將有所下降。我們根據IDC和Navigant的 2022-2025年全球和中國新能源車產量數據，預測2025年全球和中國新能源氣凝膠市場空間為58億元和31億元，2021-2025年的CAGR均高達80%以上。

在建筑的內墻或外墻使用保溫隔熱材料，可減少因內部空間與外界溫差而造成的能量損失，有利于節能降耗。達到同樣建筑節能設計標準，氣凝膠氈/板保溫層一般需要15mm～25mm, 市售其他材料需要40mm～50mm。根據《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》，到2025年我國既有建筑節能改造面積將達3.5億平方米以上，保溫材料需求廣闊。我們假設建筑面積未來五年不變，氣凝膠滲透率持續提升，預計2025年中國建筑材料氣凝膠市空間將達5.41億元。

其他應用方面，2021年氣凝膠其他領域占比9%，市場空間約1.58億元，假設該領域規模不變，通過估算得到2025年國內氣凝膠主要應用市場規模需求有望超百億。