先进陶瓷材料系列研究之三：尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体是核心部件，市场规模提升空间大.pdf

敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DONGXING SECURITIES 行业研究 东兴证券股份有限公司证券研究报告 尾气处理 用陶瓷材料 行 业： 蜂窝陶瓷载体是核心部件， 市场规模提升空间大 先进陶瓷 材料系列 研究之 三 2020年 06 月 10 日 看好 /维持 基础化工 行业 报告 分析师 罗四维 电话： 010-66554047 邮箱： luoswdxzq 执业证书编号： S1480519080002 分析师 刘宇卓 电话： 010-66554030 邮箱： liuyuzhuodxzq 执业证书编号： S1480516110002 分析师 张明烨 电话： 0755-82832017 邮箱： zhang_mydxzq 执业证书编号： S1480517120002 投资摘要 ： 蜂窝陶瓷载体是汽车尾气后处理系统中的核心部件。 20世纪 70年代，美国康宁公司发明了堇青石蜂窝陶瓷作为尾气后处理催化剂涂覆的载体，为尾气后处理化学反应提供了高效的反应中心。汽车尾气后处理系统以蜂窝陶瓷载体为核心逐渐发展起来。 根据尾气流过方式不同，蜂窝陶瓷载体主要分为直通式载体和壁流式载体。 其中，直通式载体主要包括 SCR载体、 DOC载体、ASC 载体、 TWC 载体；壁流式载体主要包括 DPF 和 GPF。上述载体中， TWC 载体和 GPF 用于汽油车， SCR 载体、 DOC 载体、 ASC载体和 DPF用于柴油车。 国六标准要求汽车尾气处理系统升级，所需蜂窝陶瓷载体种类增加、技术要求提升。 为满足国六标准的排放要求，汽油车需新增 GPF系统；柴油车需升级 SCR系统、新增 ASC系统，重柴车还需新增 DOC、 DPF。此外，各类蜂窝陶瓷载体的技术要求也相应提升。 蜂窝陶瓷载体市场规模提升空间大。 全球 :目前全球汽车尾气处理用蜂窝陶瓷载体的市场规模约 170 亿元，预计 2025 年提升50%至 250亿元。 中国 :在国五升级国六的过程中（ 20182023年），我国汽车尾气处理用蜂窝陶瓷载体的市场规模有望从 2018年的 44亿元提升至 2023年的 200亿元，其中柴油车用蜂窝陶瓷载体的市场规模有望从 22亿元提升至近 80亿 元。 蜂窝陶瓷载体的供应长期处于国外垄断状态， 美国康宁公司和日本 NGK公司的合计市占率高达 85%以上。近年来，以奥福环保、王子制陶、宜兴化机等为代表的国内蜂窝陶瓷厂商才取得技术突破，国内企业在汽油车、轻型柴油车载体市场的竞争力不断增强，但全球汽车尾气处理载体市场（尤其是重型柴油车用大尺寸蜂窝陶瓷载体）由美国康宁和日本 NGK 公司主导的市场格局未发生根本改变。 投资策略： 国内本土企业中，奥福环保、王子制陶（国瓷材料全资子公司）在汽油车、轻型柴油车蜂窝陶瓷载体市场的竞争力不断增强。 风险提示： 下游客户开拓不及预期 ；技术研发风险；市场竞争加剧 。 行业重点公司盈利预测与评级 简称 EPS(元 ) PE PB 评级 2019A 2020E 2021E 2022E 2019A 2020E 2021E 2022E 奥福环保 0.67 0.99 1.58 2.34 117.48 78.98 49.74 33.55 7.30 未评级 国瓷材料 0.52 0.65 0.79 0.94 51.62 41.43 33.97 28.53 7.07 未评级 资料来源：公司财报、东兴证券研究所 注：盈利预测采用万得一致预期 P2 东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES目 录 1. 蜂窝陶瓷载体是汽车尾气后处理系统中的核心部件 . 3 1.1 蜂窝陶瓷应用广泛 . 3 1.2 蜂窝陶瓷载体是尾气处理的核心部件 . 4 1.3 国六标准要求汽车尾气处理系统升级，所需蜂窝陶瓷载体种类增加、技术要求提升 . 5 1.4 蜂窝陶瓷载体产业链分工 . 8 2. 蜂窝陶瓷载体市场规模提升空间大 . 9 2.1 全球市场空间有望提升 50%至 250 亿元 . 9 2.2 中国市场空间有望提升 3.5 倍至 200 亿元 . 9 3. 市场竞争格局：国外长期垄断，国内本土企业在细分领域竞争力增强 . 11 4. 投资建议 .13 5. 风险提示 .14 相关报告汇总 .14 插图目录 图 1： 蜂窝陶瓷的截面具有多种形式 . 3 图 2： 蜂窝陶瓷的应用 . 3 图 3： 直通式载体与壁流式载体对比 . 4 图 4： 国三至国六阶段排放标准变化 . 5 图 5： 各阶段排放法规下汽车尾气处理技术路线 . 6 图 6： 国六标准下尾气处理所需蜂窝陶瓷载体 . 6 图 7： 国六柴油车（上图）、汽油车（下图）尾气后处理系统中蜂窝陶瓷载体的相对位置 . 6 图 8： 国六标准较国五标准对蜂窝陶瓷载体 的技术指标要求提升 . 7 图 9： 内燃机尾气后处理产业链及代表性公司（以柴油车为例） . 8 图 10： 全球汽车尾气处理用蜂窝陶瓷载体市场空间测算 . 9 图 11： 轻型汽车和重型柴油车国六标准执行时间 .10 图 12： 中国汽车尾 气处理用蜂窝陶瓷载体市场空间测算 .10 图 13： 蜂窝陶瓷载体市场竞争格局 .12 图 14： 国内外主要蜂窝陶瓷载体生产企业比较 .12 东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 P3 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES1. 蜂窝陶瓷 载体 是汽车尾气后处理系统中的核心部件 20 世纪 70 年代，美国联邦政府对汽车尾气排放控制标准趋严。在此背景下，美国康宁公司发明了堇青石蜂窝陶瓷作为尾气后处理催化剂涂覆的载体，为尾气后处理化学反应提供了高效的反应中心。 汽车尾气后处理系统以蜂窝陶瓷载体为核心逐渐发展起来。 1.1 蜂窝陶瓷 应用广泛 蜂窝陶瓷是一种新型结构陶瓷产品，因其内部构造类似蜂窝性状而得名。 其均匀分布的蜂孔断面形状可分为六角形、正方形、三角形、圆形等几何图形。 图 1： 蜂窝陶瓷的截面具有多种形式 资料来源： CNKI，东兴证券研究所 蜂窝陶瓷制品由于具有很多平行流通孔道，因此气体流通的压力损失小，在整个构件内流量分布良好，再加上蜂窝陶瓷的薄壁网状结构，因而质量轻、比强度高、比表面积大，广泛应用于热交换器、散热器、催化剂载体、隔音材料等。 图 2： 蜂窝陶瓷的应用 P4 东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源：奥福环保招股说明书，东兴证券研究所 蜂窝陶瓷可由多种材质制成，主要材质有堇青石、钛酸铝、碳化硅、氧化锆、氮化硅等。 其中 堇青石材质的蜂窝陶瓷 具备与各种催化剂活性组分匹配性较好、孔壁薄、比表面积大、热膨胀系数小等特点，应用最为广泛。工业上一般选择高品质的高岭土、滑石、氧化铝等合成堇青石蜂窝陶瓷。 蜂窝陶瓷的 制备 工艺主要以挤压成型为主。 其中，制备的核心技术主要体现在控制热膨胀系数、壁厚、孔密度等，对原料的纯度和配比、成型模具、挤出工艺、烧结工艺均有较高的要求。 1.2 蜂窝陶瓷载体 是尾气处理的核心部件 蜂窝陶瓷载体是汽车尾气后处理系统中的核心部件。 用于内燃机尾气后处理系统中承载涂覆催化剂或捕捉颗粒物的蜂窝陶瓷称为蜂窝陶瓷载体。载体的主要功能是为催化剂提供足够的承载涂覆表面积，将尾气中的NO X、 HC、 CO 等有害物质通过氧化或还原反应转化为无害物质，也可通过载体本身壁内微孔结构过滤尾气中碳烟颗粒（ PM）。 蜂窝陶瓷载体在涂覆催化剂之后，封装并集成于内燃机尾气后处理系统中，随内燃机装配于整车之上。 根据尾气流过方式不同，蜂窝陶瓷载体主要分为直通式载体和壁流式载体。 其中，直通式载体主要包括 SCR载体、 DOC 载体、 ASC 载体、 TWC 载体；壁流式载体主要包括 DPF 和 GPF。上述载体中， TWC 载体和GPF 用于汽油车， SCR 载体、 DOC 载体、 ASC 载体和 DPF 用于柴油车。 直通式载体： 涂覆催化剂的直通式载体对尾气催化转化效率主要与催化剂有关，蜂窝陶瓷载体比表面积大，为催化剂提供足够的涂覆空间，并且其特殊结构的热力学性质也会影响催化剂对尾气的转化效率，即载体的蜂窝薄壁结构和较轻的重量，致使已涂覆的载体达到催化剂高效反应触发温度所需要的热量较少，因而可快速响应发动机启动过程中对尾气处理的要求。 壁流式载体： 碳烟颗粒物的过滤效率主要与壁流式载体的物理结构有关，如孔隙率、中值孔 径与孔分布等，但涂覆催化剂的壁流式载体有助于碳烟颗粒物燃烧并延长载体再生周期。 图 3： 直通式载体与壁流式载体对比 东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 P5 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源：奥福环保招股说明书，东兴证券研究所 1.3 国六标准要求汽车尾气处理系统升级，所需 蜂窝陶瓷载体种类增加、技术要求提升 国六标准是全球范围内最严苛的标准之一。 我国用 19 年时间完成了欧美地区过去约 27 年的汽车尾气排放标准升级历程。从国一至国五，我国的排放限值基本参照欧洲排放标准，但执行时间均较同级别欧洲标准有所延迟。进入国六阶段，我国的排放指标与欧洲、美国、日本等地区的同级别排放标准相当，部分指标甚至更为严苛。 与国五相比，国六标准中轻型车排放指标明显加严，重型车排放加严平均在 50%以上。 轻型车的污染物排放指标中， CO、 THC 的国六 b 限值较国五收紧 50%， NMHC 收紧 49%， NO X收紧 42%， PM 收紧 33%。重柴车的污染物排放指标中， NOX的国六 b 限值较国五收紧 80%， THC 收紧 72%， PM 收紧 50%。 图 4： 国三至国六阶段排放标准变化 资料来源：生态环境部，东兴证券研究所 国六标准 下，汽车尾气处理系统升级 ，相应的陶瓷载体需求增加 。 由于汽油车和柴油车的尾气成分和发动机原理不同，汽油车和柴油车的尾气处理技术具有较大差异。为满足国六标准的排放要求，汽油车和柴油车均载体结构 载体种类 结构差异 结构图示 材料差异直通式载体SC R 载体、 D O C载体、 A SC 载体和 T W C 载体等气流可从载体每一个孔道不受阻拦地直接通过，壁较薄，孔密度较高孔隙率较低壁流式载体柴油机颗粒过滤器（ D PF ）和汽油机颗粒过滤器（ G PF ）在直通式结构的基础上，交替封堵孔道，孔道侧壁上均匀分布众多微孔（ 1 0 1 4 m ），形成一种捕捉、拦截、过滤碳烟颗粒物作用的结构，壁较厚，孔密度较低结构多孔，孔隙率较高N M H C N 2 O NH 3汽油( m g / k m )重柴( m g / k W h )汽油( m g / k m )重柴( m g / k W h )汽油( m g / k m )汽油( m g / k m )重柴( m g / k W h )汽油( m g / k m )汽油( m g / k m )重柴( m g / k W h )汽油( 个 / k m )重柴（个 / k W h )重柴（ p p m )国三 2011 2300 2100 200 660 150 5000 50 100国四 2014 1000 1500 100 460 80 3500 25 20国五 2017 1000 1500 100 460 68 60 2000 4 . 5 20 6 . 0 * 1 0 11国六 a 2019 700 1500 100 130 68 60 400 20 4 . 5 10 6 . 0 * 1 0 11 8 . 0 * 1 0 11 10国六 b 2021 500 1500 50 130 35 35 400 20 3 . 0 10 6 . 0 * 1 0 11 8 . 0 * 1 0 11 10- 5 0 % 不变 - 5 0 % - 7 2 % - 4 9 % - 4 2 % - 8 0 % n . a - 3 3 % - 5 0 % 不变 n . a n . aCO T H C NO X PM PN国六 b 较国五污染物 实施时间P6 东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES需进行尾气处理系统的升级。 汽油车：新增 GPF 系统 在国五标准下：轻型车主要使用 TWC（三 元 催化器）处理装置；在国六标准下，对于汽油发动机的颗粒物排放有严格的限制要求，因此在优化 TWC 的基础上，必须加装 GPF（汽油 机 颗粒 捕集 器）来强化颗粒物处理。 柴油车：升级 SCR 系统、新增 ASC 系统，重柴车 还需 新增 DOC、 DPF 在国五标准下，轻型柴油车主要使用 EGR（废气再循环装置） +DOC+DPF，重型柴油车主要使用钒基SCR 处理装置；在国六标准下，轻型柴油车和重型柴油车须在国五柴油机的基础上加装、升级一系列机内净化、后处理装置，主流技术路径有 EGR 路线（ EGR+DOC +DPF +SCR +ASC）与无 EGR 路线（ DOC+DPF+ SCR(HI)+ASC）两种。 图 5： 各阶段排放法规下汽车尾气处理技术路线 资料来源： CNKI，东兴证券研究所 图 6： 国六标准下尾气处理所需蜂窝陶瓷载体 资料来源：新材料在线，东兴证券研究所 图 7： 国六柴油车（上图）、汽油车（下图）尾气后处理系统中蜂窝陶瓷载体的相对位置 尾气处理路线 车型 国四 国五 国六轻柴 E G R + D O C E G R + D O C + D P F重柴 钒基 S G R 钒基 S G R汽油车 所有车辆 T W C T W C T W C + G P F有 E G R ： E G R + D O C + D P F + 沸石分子筛 S C R + A S C无 E G R ： D O C + D P F + 沸石分子筛 S C R ( H I ) + A S C柴油车车型 尾气处理技术装置 处理对象 所需催化剂材料三元催化器 (T W C ) HC 、 CO 、 NO X 蜂窝陶瓷载体 、氧化铝涂层、铈锆固溶体（助催化剂）、贵金属汽油机颗粒捕集器 (G P F ) PM 、 PN 蜂窝陶瓷载体 、氧化铝涂层柴油氧化催化器 (D O C ) CO 、 HC 蜂窝陶瓷载体 、氧化铝涂层、贵金属柴油机颗粒捕集器（ D P F ） PM 、 PN 蜂窝陶瓷载体 、氧化铝涂层选择性催化还原器 (S C R ) NO X 蜂窝陶瓷载体 、氧化铝涂层、钒基催化剂（国六标准需用铜和沸石）氨泄露催化器 (A S C ) NH 3 蜂窝陶瓷载体 、氧化铝涂层、铜和沸石废气再循环装置 (E G R ) 废气 -汽油车柴油车东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 P7 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源：奥福环保招股说明书，东兴证券研究所 国六标准下，汽车尾气处理 所需 各类 陶瓷载体 的技术要求 相应 提升 。 图 8： 国六标准较国五标准对蜂窝陶瓷载体的技术指标要求提升 蜂窝陶瓷载体 位置 P8 东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源：奥福环保招股说明书，东兴证券研究所 1.4 蜂窝陶瓷载体产业链 分工 内燃机尾气后处理系统 产业链 包括催化剂产业链（载体厂商、催化剂涂覆厂商、封装厂商）、主机厂商、整车厂商。 催化剂产业链的 具体分工如下： 载体厂商： 主要生产用于内燃机尾气后处理系统中承载涂覆催化剂或捕捉颗粒物的各类载体； 催化剂涂覆厂商： 主要对载体进行活性组分及催化剂的涂覆处理，进而完成催化器产品的整体化； 封装厂商： 利用金属外壳和无机纤维衬垫对涂覆后的载体进行包裹，并添加其他组件形成内燃机尾气后处理系统后，销售给主机厂、整车厂商使用。 图 9： 内燃机尾气后处理产业链及代表性公司 （以柴油车为例） 国五阶段直通式载体 壁流式载体 直通式载体汽油车用载体T W C 载体：孔密度更高（ 6 0 0 7 5 0 孔 /平方英寸），壁厚： 2 3 m i l，产品规格尺寸较小（直径一般小于 1 4 3 . 8 m m ），耐热冲击性较高（ 700 ）G PF ：对称孔结构（孔密度： 300 孔 /平方英寸，壁厚 8 m i l）T W C 载体：孔密度较高（ 400 孔 /平方英寸），壁厚： 3 5 m i l，产品规格尺寸较小（直径一般小于 1 4 3 . 8 m m ），耐热冲击性较高（ 700 ）柴油车用载体D O C 载体、 SC R 载体、 A SC 载体：孔密度提高（ 4 0 0 6 0 0 孔 /平方英寸），壁厚： 3 4 m i l，产品规格尺寸较大（直径范围： 1 9 0 m m 3 3 0 m m ），耐热冲击性较高（ 700 ）D PF ：对称孔或非对称孔结构（孔密度： 300 孔 /平方英寸，壁厚9 1 2 m i l）SC R 载体：孔密度较低（ 3 0 0 4 0 0 孔 /平方英寸），壁厚： 5 7 m i l，产品规格尺寸较大（直径范围： 1 9 0 m m 3 3 0 m m ），耐热冲击性较低（ 600 ）类别国六阶段东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 P9 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源：奥福环保招股说明书，东兴证券研究所 2. 蜂窝陶瓷载体 市场 规模提升空间大 2.1 全球市场空间 有望提升 50%至 250 亿元 全球汽车尾气处理用蜂窝陶瓷载体的市场规模约 170 亿元，预计 2025 年提升 50%至 250 亿元。 以全球四大主要汽车市场 欧洲、美国、日本和中国的汽车产量为基础测算， 2017 年全球新车市场及汽车后市场的蜂窝陶瓷载体市场需求量约为 49620 万升，市场需求金额约 170 亿元； 2025 年全球新车市场及汽车后市场的蜂窝陶瓷载体市场需求量预计提升 50%至 74100 万升，市场需求金额提升 50%至 250 亿元。 图 10： 全球汽车尾气处理用蜂窝陶瓷载体市场空间测算 资料来源：奥福环保招股说明书，东兴证券研究所 2.2 中国市场空间 有望提升 3.5 倍至 200 亿元 我国国六排放标准已开始逐步实施。 根据生态环境部要求，我国从 2019 年 7 月 1 日起对 重柴车 燃气汽车、全球汽车尾气处理用陶瓷蜂窝载体市场规模测算（亿元） 2017 年 2025 年新车用蜂窝陶瓷载体市场规模（万升） 3 8 , 1 2 0 5 5 , 4 0 0汽车后市场用蜂窝陶瓷载体市场规模（万升） 1 1 , 5 0 0 1 8 , 7 0 0合计需求量（万升） 4 9 , 6 2 0 7 4 , 1 0 0平均单价（元 /升）合计需求金额（亿元） 1 6 7 . 2 7 2 4 9 . 7 93 3 . 7 1P10 东兴证券深度报告 基础化工 行业： 尾气处理用陶瓷材料行业：蜂窝陶瓷载体 是核心部件， 市场规模提升空间大 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES从 2020 年 7 月 1 日起对 重柴车 城市车辆、 从 2021年 1 月 1 日起对轻型汽车、 从 2021年 7 月 1 日起对所有 重柴车 实施国六 a 标准，从 2021 年 1 月 1 日起对燃气汽车、从 2023年 7 月 1 日起对所有车辆实施国六b 标准。 图 11： 轻型汽车和重型柴油车国六标准执行时间 资料来源：生态环境部，东兴证券研究所 在国五升级国六的过程中 （ 20182023 年） ，我国汽车尾气处理用蜂窝陶瓷载体的市场规模 有望从 2018 年的 44 亿元提升至 2023 年的 200亿元 ，其中柴油车用蜂窝陶瓷载体的市场规模有望从 22 亿元提升至近 80亿元 。 假设 2023 年国六标准全部实施完成，预计 20182023 年国内汽油车、柴油车用蜂窝陶瓷载体市场规模 CAGR 分别约 41%和 29%。 图 12： 中国汽车尾气处理用蜂窝陶瓷载体市场空间测算 资料来源： Wind，奥福环保招股说明书，东兴证券研究所 车辆类型 实施范围 国六 a 阶段实施时间 国六 b 阶段实施时间燃气汽车 2019 年 7 月 1 日 2021 年 1 月 1 日城市车辆 2020 年 7 月 1 日所有车辆 2021 年 7 月 1 日广州等 2019 年 3 月 1 日多数东部地区 2019 年 7 月 1 日全国 2021 年 1 月 1 日重型柴油车 全国 2023 年 7 月 1 日轻型汽车 所有车辆 2023 年 7 月 1 日基础假设 1 ：假设 2 0 1 9 2 0 2 3 年中国汽车产量与 2018 年持平SC R D O C D PF T W C G PF重型商用车 1 7 3 . 6 2 20 7 15轻型商用车 2 5 . 0 9 6 2 . 1 4 . 5乘用车 5 . 5 2 - 1 . 2 6 2 . 7汽油车 乘用车 2 2 1 8 . 3 5 2 . 1 6 2 . 1 6基础假设 2 ：价格假设（元 /升） SC R D O C D PF T W C G PF国五 55 50 140 45 -国六（较国五提价 20% ） 66 60 168 54 200按 2018 年汽车产量测算 国五 国六 增幅 C A G R (2 0 1 8 2 0 2 3 年 )汽油车 2 1 . 5 6 1 2 1 . 7 1 464%T W C 载体 2 1 . 5 6 2 5 . 8 7G PF 载体 9 5 . 8 3柴油车 2 2 . 0 1 7 7 . 4 6 252%SC R 载体 1 9 . 9 3 2 3 . 9 1D O C 载体 0 . 3 0 7 . 6 5D PF 载体 1 . 7 9 4 5 . 9 0合计 4 3 . 5 8 1 9 9 . 1 7 357%41%29%36%国内汽车尾气处理用陶瓷蜂窝载体市场规模测算（亿元）汽车类型柴油车单车使用陶瓷载体的体积（升）中国 2018 年产量（万辆）