化工深度报告：崛起气凝胶助力碳中和.pdf

敬请参阅末页重要声明及评级说明 1 / 52 证券研究报告 崛起 气凝胶， 助力 碳中和 Table_IndNameRptType化工 行业研究 /深度报告 Table_IndRank 行业评级：增持 报告日期： 2021-08-31 Table_Chart 行业指数与沪深 300走势比较 Table_Author 分析师：刘万鹏 执业证书号： S0010520060004 电话： 18811591551 邮箱： 联系人：王鹏 执业证书号： S0010121020019 电话： 18810636601 邮箱： Table_Report 相关报告 1.碳中和解决方案提供商 2021-08- 30 2.尼龙 66 东风已来，中国化学乘势 而上 2021-06-26 3.塑料系列之一：百年尼龙，二次腾 飞 2021-06-18 主要观点： Table_Summary 气凝胶： 15项世界之最齐身的材料。 在 20世纪 30年代被发明至今，气凝胶已经创下了 15项目“吉尼斯 世界记录” 。 凭借极轻、隔热、最低介 电常数等硬实力被誉为“改变 世界的十大神奇材料”之一。气凝胶是一个物相状态，包括碳化物、 氧化物、金属、非氧化物、半导体等多种材料都可以制作成气凝胶， 各种气凝胶结构、性质不同。气凝胶可以加工成多样形态以适应不同 的应用，如气凝胶颗粒、气凝胶毡、气凝胶板和气凝胶涂料。 产业链加速脱瓶颈，气凝胶性价比或大幅提高。 过去近九十年里，气凝胶作为研究热点从未停止 。 在二十余年前气凝 胶开始商业化，制约气凝胶产业化主要有两个问题 原料成本高、 干燥技术困难。原料包括四氯化硅、硅酸钠等无机硅源和正硅酸甲酯、 正硅酸乙酯等硅烷交联剂 为代表的有机硅源。干燥技术包括超临界干 燥和常压干燥。如今 两者都取得进展。 一方面，部分公司的超临界干 燥法气凝胶工艺技术已经较为成熟，尤其是关键设备制造方面建立了 壁垒；另一方面在多晶硅高速发展的同时，副产品四氯化硅供应增加， 四氯化硅既是生产气凝胶的无机硅源，也是有机硅源的原料供应，原 料产能增加有望带来成本下降。此外，常压法干燥技术也有一定进展， 常压法对原料适应性更强，综合成本下降空间值得想象。 碳中和助力气凝胶全面崛起。 气凝胶发展的历史和未来都是契合性价比应用的过程 。 气凝胶的理化 性质非常极致，与同类材料相比 较优势显而易见，但是由于气凝胶技 术长期以来不够成熟、成本高昂，曾经仅限应用于航空、军工领域。 随着技术进步，气凝胶的发展向工业领域、民用领域拓展，比如石油 化工领域、交通领域。我们看好气凝胶率先在新能源汽车领域的渗透 率提升。里程焦虑和电池热失控是当下电动汽车发展亟需解决的两大 难题，应用气凝胶后续航和安全都会有极大保障。 因此我们测算十四 五期间 ，仅 汽车 增量需求 及工业管道 存量 替代 两项， 将 使 气凝胶市场 规模 由 约 9亿元增长至 2025年 的 64-77 亿元，实现 六 倍 以上 增长； 到 2030年将达到 二 百 亿元 级 市场规模。 在碳中和长赛道中 ，气凝胶 极佳的节能降耗属性将得到充分发挥，全面崛起几成定势。 投资建议 气凝胶性质极佳，长期以来受制于技术和成本没有普及。替代同类材 料的市场空间巨大，技术护城河高，对于已经掌握关键技术、设备、 原料等的企业，最有可能带来产业链成本下降、终端市场的普及。我 们建议关注气凝胶赛道的领先公司，包括中国化学（超临界设备、产 -17% -1% 15% 30% 46% 61% 8/20 11/20 2/21 5/21 化工 沪深 300 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 2 / 52 证券研究报告 能规模、智能化）、泛亚微透（研发、渠道）、华昌化工（参股传统气 凝胶企业爱彼爱和）、华阳股份（母公司华阳集团发展气凝胶产业）、 宏柏新材（原料、在建项目）等。 风险提示 气凝胶产品市场推广不及预期；生 产工艺技术泄密导致技术扩散风险； 超临界装置运行安全风险；需求爆发产能投放不及预期；电池技术路 线更新换代进度超预期；常压法技术产业化进度不及预期；其他同类 材料的技术突破超预期；原料价格大幅波动风险。 建议关注公司盈利预测与评级： Table_IndProfit 公司 EPS（元） PE 评级 2020A 2021E 2022E 2020A 2021E 2022E 中国化学 0.74 0.93 1.19 7.91 13.41 10.41 买入 泛亚微透 0.79 1.44 2.29 77.94 45.16 28.51 买入 华昌化工 0.19 1.05 1.12 24.82 13.81 12.94 买入 华阳股份 0.63 0.93 0.96 8.96 15.06 14.48 买入 宏柏新材 0.37 0.63 0.82 33.02 27.80 21.28 买入 资料来源： wind一致预期 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 3 / 52 证券研究报告 正文 目录 1 气凝胶： 15 项世界之最齐身的材料 . 6 1.1 气凝胶是改变世界的神奇材料 . 6 1.2 气凝胶族谱丰富，二氧化硅气凝胶最成熟 . 9 1.3 气凝胶形态多样，应用广阔 . 12 2 产业链或加速脱瓶颈 . 19 2.1 原料成本 有望下降 . 19 2.2 干燥工艺取得进步 . 25 2.3 市场需求增长突出 . 28 2.4 新增供给有利市场 . 31 3 崛起重点在于存量替代和增量拓展 . 33 3.1 技术升级和应用拓展成就气凝胶 . 33 3.2 气凝胶替代传统材料是 “ 降维打击 ” . 35 3.3 汽车领域是气凝胶最具确定性的增量领域 . 38 4 建议关注公司 . 42 4.1 中国化学 . 42 4.2 泛亚微透 . 44 4.3 华昌化工 . 46 4.4 华阳股份 . 47 4.5 宏柏新材 . 49 4.6 其他公司 . 50 风险提示： . 51 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 4 / 52 证券研究报告 图表目录 图表 1 气凝胶的常见形态和微观形态 . 6 图表 2 气凝胶创下 15 项 “ 吉尼斯世界纪录 ” . 6 图表 3 气凝胶是世界上迄今最轻的材料 . 7 图表 4 气凝胶的隔热原理：从热传导、热对流、热辐射三个方面 . 7 图表 5 气凝胶保温隔热能力极其优异 . 8 图表 6 碳气凝胶的电性能优异 . 9 图表 7 气凝胶还具有优秀的防火、疏水、抗拉抗压性能 . 9 图表 8 硅基气凝胶制备过程 . 10 图表 9 气凝胶形态多样 . 10 图表 10 气凝胶类型多样 . 11 图表 11 气凝胶形态多样 . 12 图表 12 气凝胶的主要应用领域 . 13 图表 13 气凝胶在石化领域的应用 . 13 图表 14 SIO2气凝胶应用 于水体净化 . 14 图表 15 气凝胶毡在建筑工业领域的应用 . 14 图表 16 气凝胶在军工领域的应用 . 15 图表 17 气凝胶在航天领域的应用 . 15 图表 18 气凝胶在电池中的隔热原理 . 16 图表 19 利用气 凝胶构造汽车防火隔离墙 . 16 图表 20 气凝胶材料与常见衣服保温材料对比 . 17 图表 21 气凝胶在生活中的应用 . 18 图表 22 硅基气凝胶产业链 . 19 图表 23 气凝胶产业 链成本分布 . 19 图表 24 无机硅源的原料成本更低 . 20 图表 25 有机硅源和无机硅源对比 . 20 图表 26 正硅酸甲酯和正硅酸乙酯是常见的两种有机硅源 . 21 图表 27 功能性硅烷全球消费结构 . 21 图表 28 我国是世界最大的功能性硅烷生产、出口与消费国 . 22 图表 29 我国是世界最大的功能性硅烷生产、出口与消费国 . 22 图表 30 含硫硅烷是我国功能性硅烷产量最大的品种 . 23 图表 31 出口硅烷情况 . 23 图表 32 进口硅烷情况 . 23 图表 33 国内外主要硅烷生产企业如下： . 24 图表 34 多晶硅的生产路线副产 SICL4 . 24 图表 35 中国和世界多晶硅产量 . 25 图表 36 超临界流体的概念 . 26 图表 37 气凝胶两种 干燥路线对比 . 26 图表 38 气凝胶两种干燥路线一直在进步 . 27 图表 39 近年来国内气凝胶干燥路线取得明显进展 . 27 图表 40 我国气凝胶市场主要分为气凝胶制品和气凝胶材料 . 28 图表 41 2014-2020年我国气凝胶市场规模稳步增长 . 28 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 5 / 52 证券研究报告 图表 42 全球气凝胶市场规模增长快于隔热材料 . 29 图表 43 2021、 2026 年气凝胶下游需求结构变化 . 29 图表 44 全球及中国新能源汽车销量及预测 . 30 图表 45 汽车与工业管道领域气凝胶需求量预测展望 . 30 图表 46 国内气凝胶主要生产企业 . 31 图表 47 气凝胶发展历程 . 33 图表 48 气凝胶发展就是应用拓展的过程 . 34 图表 49 我国对气凝胶产业发展有相关政策导向 . 34 图表 50 气凝胶技术标准不断完善 . 35 图表 51 气凝胶在很多领域中替代传统材料 . 35 图表 52 气凝胶与传统隔热材料的比较 . 36 图表 53 建筑领域气凝胶与常用保温材料隔热性能对比 . 36 图表 54 达到相同传热系数下各材料所需厚度及成本 . 37 图表 55 工业管道领域气凝胶保温材料对传统保温材料的替代 . 37 图表 56 工业管道保温解决方案测算气凝胶具有经济效益 . 38 图表 57 从铅酸电池、镍镉电池到磷酸铁锂、三元电池，能量密度 越来越高 . 38 图表 58 2014-2019年年新能源汽车起火原因 . 39 图表 59 锂离子动力电池在发生热失控的过程中，随着温度不断升高将会依次经历一系列过程 . 39 图表 60 国标要求电池系统在热失控 5 分钟内不起火不爆炸 . 40 图表 61 宁德时代选择在电芯之间放置气凝胶进行电池热管理 . 41 图表 62 气凝胶材料与电池领域采用的传统材料对比 . 41 图表 63 中国化学气凝胶规划项目 . 42 图表 64 中国化学气凝胶项目建设单位 . 42 图表 65 华陆新材气凝胶项目应用一系列技术有望大幅降低成本 . 43 图表 66 中国化学气凝胶产品发展历程 . 43 图表 67 中国化学气凝胶相关专利 . 43 图表 68 华陆新材气凝胶生产线 . 44 图表 69 泛亚微透公司气凝胶相关产品及产能 . 45 图表 70 泛亚微透气凝胶产品历程 . 45 图表 71 泛亚微透气凝胶相关专利 . 45 图表 72 华昌化工参股公司爱彼爱和的气凝胶产品规划 . 46 图表 73 华昌化工参股公司爱彼爱和的专利布局 . 47 图表 74 华阳股份气凝胶发展历程 . 48 图表 75 阳中新材气凝胶产品 . 48 图表 76 阳中新材及股东中凝科技的专利布局 . 48 图表 77 宏 柏新材气凝胶规划产品 . 49 图表 78 宏柏新材气凝胶专利布局 . 50 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 6 / 52 证券研究报告 1 气凝胶 ： 15 项世界之最齐身的材料 1931年 气凝胶 被 发明 出来， 由于 各类 性质非常极致 ， 在过去的近百年里 一直 吸 引了 众多 的目光 。 气凝胶 凭借 极低的密度、极小的孔径、极低的隔热系数、极低的 声音传播速度等创下 15项世界之最。 同时， 气凝胶 作为 一类材料的统称， 随着科 研人员研究的深入，陆续制备了多种气凝胶 。同时，气凝胶方便加工，制品形态多 样 。综上，气凝胶的 应用场景众多 ， 从航天、军工等要求严苛的高科技领域到工 业、交通、日用等领域，都 有气凝胶发挥性能的地方。 1.1 气凝胶是改变世界的神奇材料 气凝胶是一种固体物质形态，也是世界上密度最小的固体 ，被称为“凝固的烟” 、 “蓝烟” 。曾被科学杂志誉为 “可以改变世界的神奇材料”。 气凝胶 之所以 “神奇”， 是因为自身具有很多极致的性质。气凝胶曾经因性质优 异创下 15项 “ 吉尼斯世界纪录 ” 。 图表 1 气凝胶 的 常见 形态 和微观形态 资料来源： cnki， 华安证券研究所 图表 2 气凝胶 创下 15项 “ 吉尼斯世界纪录 ” 记录 详情 最 低密度 的固体 “固体烟” ,气凝胶 90%以上的体积都是空气，密度 最 低至 0.12 mg/cm 3，大约为空气 密度的 1/10。 最宽的密度范围 因成分不同、工艺差异，密度变化范围非常广， 0.0012-0.500 g/m 3范围内可调 。应用 更加广泛。 最小的孔径 孔径一般在 50nm左右，最小的孔径甚至可小于 1nm。 隔绝能力强 的主要原因。 最高的孔洞率 孔洞率高达 99.9%， 因此 比表 面积 积 特别大。 最低的介电常数 介电常数小于 1.003，是一种良好的介电材料，可以降低集成电路的漏电电流，降低导 线之间的电容效应，降低集成电路发热等。 最低的损耗角正 切 具有极低的损耗角正切 （ 即 为获得给定的存储电荷要消耗的能量的大小） ，其损耗角 正切值小于 10-4，因此其透波性非常好，是一种良好的透波材料。 最低的杨氏模量 杨氏模量 （ 抵抗形变的能力 ） 小于 106 N/m 2，比相应非孔性玻璃态材料低 4个数量 级。 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 7 / 52 证券研究报告 气凝胶超级轻，是目前已知最轻的固体材料。 在一些 对重量要求苛刻同时对 绝 热 要求极高的 场景，气凝胶是唯一选择。 据新华网，“天问一号”火星探测器中，“祝融号”火星车 表面铺设了大面积的气 凝胶板。 超轻的特性极大地减小了火星车的负担，让它跑得更快，跑得更远。 同时， 在“天问一号” 着陆阶段 ， 周围的温度超过 1000 ， 而 10mm 左右的 气凝胶 材料就能 够 使 温度处于可接受的范围 ， 在火星车巡视阶段，气凝胶 能够确保 火星车 在 -130 的环境正常工作 。 最低的导热系数 导热系数可 低于 0.016 W/(m K)。通过掺杂还可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导， 常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达 0.013 W/(mK)，是目前导热系数最低的固态 材料。 最宽的压缩 模量 压缩模量可在 6个数量级的范围内变化 ， 决定了气凝胶材料的密度可调节性，从而可实现不同密度要求的功能应用。 最低的声传播速 度 声阻抗可变范围较大 (10 3-107 kg/m2 s)，是一种较理想的超探测器的声阻耦合材料 。 最高的声阻抗 声阻抗 可 高达 10 6 kg/m2 s， 而空气的声阻 400 kg/m2 s。 气凝胶的纵向声传播速率 极低，而声阻随密度变化范围大，因此，它是一种理想的声阻抗耦合材料 。 最低的折射率 因气凝胶内空气占比率极高，所以折射率可 低至 1.007，非常接近空气的折射率1.0。 最宽的 折射率范 围 气凝胶的透光性非常好 ,通过调控气凝胶密度 ,折射率可在 1.007-1.24之间连续调 节，可用来制作探测器。而且，用气凝胶制备的探测器，结构简单，造价较低。 第一次实现从彗 星采集样品 人类第一次从彗星收集到样本，就是使用了“气凝胶手套”。 密度最小 的 3D打 印结构 材料 法罗大学、堪萨斯州立大学和中国兰州大学 的 三位研究员 开发的 3D 打印石墨烯气凝 胶，已被吉尼斯世界纪录评为“ 密度最小的的 3D打印结构材料 ” 资料来源： 气凝胶产业联盟 ,华安证券研究所 图表 3 气凝胶是世界上迄今最轻的材料 资料来源： 百度图片， 华安证券研究所 图表 4 气凝胶的隔热原理 ：从热传导、热对流、热辐射三个方面 “无穷长路径”效应 几乎 无穷多 的 纳米孔 让 热流在固体中传递时只 能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构成 了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导 的能力下降到接近最低极限 。 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 8 / 52 证券研究报告 二氧化硅气凝胶是迄今为止保温性能最好的材料 。 热的传递有三种方式：热对 流、热传导、热辐射。最好的保温绝热材料需要是木桶型的。尽管空气的热导率很 低，但是我们能 在一定距离内感受到空调、火炉的温度，是因为 空气 热传导和热辐 射的存在。 而气凝胶 凭借极低的体积密度及纳米网格结构的弯曲路径阻止了气态和 固态热传导 的同时，由于 其孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程，气凝胶 空隙 中 的 空气分子近似静止，从而空气 的 对流传热 得到限制 ， 趋于“无穷多”的空隙壁使 热辐射降至最低。 气凝胶完美对抗了三种热的传递方式， 导热系数 甚至 达到 0.013 W/m.K以下， 比 常温下静态空气 0.025 W/m.K还低 ，因此是迄今为止最完美的隔热材 料 。 在管道包裹保温方面，达到相同的隔热效果，气凝胶毡的厚度仅为岩棉的三分 之一厚， 膨胀珍珠岩的五分之一。 气凝胶 多孔的 3D 互连网络结构使得离 子、分子能够容易地进入内部，而分层多 孔结构提供了高比表面积和高反应活性接触面， 这些 结构特性使碳气凝胶作为超级 电容器和电池中的非均相催化剂载体、吸附剂和电极材料有很好的应用前景。 除此 之外，气凝胶还有憎水率高、使用寿命长等 性质 特点。 “零对流”效应 当气凝胶材料中的气孔直径小于 70nm时，气孔 内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对 地附着在气孔壁上，这时材料处于近似真空状 态 。 “无穷多遮热板”效应 材料内部气孔壁数日趋于“无穷多”，对于每 一个气孔壁来说都具有遮热板的作用 ，从而使 辐射传热下降到近乎最低极限。 另外 在 400以 上使用时，需要加入遮光剂来增强气凝胶对高 温红外线辐射的抵抗 。 资料来源： cnki,华安证券研究所 图表 5 气凝胶 保温隔热能力 极其 优异 资料来源： 中国粉体网， 华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 9 / 52 证券研究报告 1.2 气凝胶 族谱丰 富，二氧化硅气凝胶最成熟 气凝胶 是通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成 的一种纳米级多孔固态材料。 目前主流的 气凝胶制备过程就是 溶胶 -凝胶法与超临界 干燥相结合。 图表 6 碳气凝胶的电性能优异 电极材料 比电容 /（ F g-1） 测试材 料 倍率特性 /% 循环 功率密度 /（ Kw kg-1） 能量密度 /（ Wh kg-1） 次数 稳定性 CA 268 2mV/s - 5000 94% 0.5 19.7 CFA 283 1A/g 79 20000 97% - - CA/MnCo2O4.5 386 2mV/s 71 5000 86% 20 37.8 N-CA/CoO4 616 1A/g 72 5000 94% 4.5 23.8 备注： CA:活性炭； CFA：碳纤维气凝胶； CNF：纳米纤维素 资料来源： cnki,华安证券研究所 图表 7 气凝胶还具有优秀的防火、疏水、抗拉抗压性能 资料来源：搜狐网，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 10 / 52 证券研究报 告 不同的化合物 通过气凝胶的制备过程形成了各种各样的气凝胶，丰富了气凝胶 的 品种 、 完善了气凝胶性能 、让气凝胶能在更多应用中 。 图表 8 硅基 气凝胶制备过程 资料来源： 爱彼爱和官网 ，华安证券研究所 图表 9 气凝胶形态多样 资料来源 ： cnki，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 11 / 52 证券研究报 告 目前 最常见也是发展最为成熟的 气凝胶 是二氧化硅气凝胶 ， 二氧化硅气凝胶属 于氧化物气凝胶，除此之外，还有碳化物气凝胶、氮化物气凝胶、有机气凝胶、碳气 凝胶、生物质气凝胶、 复合气凝胶及其他气凝胶 。各个分类中中已经合成了多 种化 合物气凝胶 ， 结构性质各异。 图表 10 气凝胶类型多样 大类 主要类型 性能 氧化物气凝胶 2气凝胶 力学性能、高温隔热性能和吸附效果 很好 23气凝胶 优异的高温热稳定性 2气凝胶 高化学稳定性和热稳定性，同时具有氧化和还原位点 25气凝胶 比电容高、比表面积大， 但 电导率低、离子扩散性能差 2气凝胶 独特的 光催化性能 过渡金属氧化物 惯性约束聚变、强激光等性能优良 碳化物气凝胶 气凝胶 低热膨胀系数、高耐磨性和化学性能稳定 气凝胶 较高的力学性能、化学耐久性和气体敏感性 气凝胶 高熔点、高硬度、高化学稳定性 氮化物气凝胶 34气凝胶 耐腐蚀、抗热震性好、耐高温、膨胀系数低 气凝胶 高导热性、良好的电绝缘性 34气凝胶 光催化性能 气凝胶 良好的导电性、电化学活性 有机气凝胶 聚酰亚胺气凝胶 良好热稳定性和力学性能、低介电常数 聚氨酯气凝胶 较低的热导率，灵活的分子设计性 聚脲气凝胶 网络结构随密度而变化，力学稳定性和热稳定性良好 聚苯并噁嗪气凝胶 收缩率低，碳产率高 间规聚苯乙烯气凝胶 含有不同晶型，疏水性良好 聚间苯二胺气凝胶 超低的密度、优异的吸附性能 聚酰 胺气凝胶 接近聚酰亚胺的性能，合成成本 相对 低 聚偏二氯乙烯气凝胶 生物相容性 聚吡咯气凝胶 电磁吸收性能 碳气凝胶 碳气凝胶 更高的孔隙率及比表面积、电导率，密度范围、应用范围 更广 石墨烯气凝胶 具有优良的导电性及多孔网络 生物质气凝胶 纤维素气凝胶 吸油性能好 蛋白质气凝胶 生物相容性、生物降解性食品及药物的载体 复合气凝胶 掺杂气凝胶 向前驱体溶液中掺入特定物质 二元及多元复合气凝胶 吸附催化、隔热隔音、高效催化 与基材复合的气凝胶 纤维 -SiO2气凝胶绝热毡、绝热板，硬硅 钙石 气凝胶绝热板，气凝胶砂浆、涂料、混凝土等 其他气凝胶 单质气凝胶 结合了单质特有的化学性质和气凝胶独特的结构特性 硫族气凝胶 独特的吸附性、光活化性 资料来源： cnki,华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 12 / 52 证券研究报 告 1.3 气凝胶形态多样， 应用广阔 气凝胶的形态多样，包括毡、板、颗粒和涂料等。多样化的产品形式使得气凝胶 的应用更加灵活广泛，下游市场需求空间巨大。 气凝胶 性质优异， 应用 已经 遍布于石 化、军工、航天、电池、环保、建筑、交通 等 各个 领域 。气凝胶对 这些领域中的原始材料有明显优势，因此 替代空间巨大 。 图表 11 气凝胶形态多样 资料来源： cnki，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 13 / 52 证券研究报 告 在石化领域， 气凝胶凭借极佳的隔热保温性能可以作为 外保温材料， 如 蒸馏塔、 反应管道、储罐、泵、阀门 、 天然气和 LNG 液化气管道 、 深海管道 等等 。在高温蒸 汽、导热油或流体介质管线外包裹气凝胶，一方面减少了管道暴露损失热量，另一 方面这些区域往往受到重量、空间的限制，需要保温材料 轻量又轻薄， 气凝 胶是唯 一完美契合的材料。 同时，在海上漏油事故处理中，气凝胶质量轻、吸附能力极强， 也得到认可。 图表 12 气凝胶的主要应用领域 资料来源：华安证券研究所整理 图表 13 气凝胶在石化领域的应用 资料来源：纳诺科技官网，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 14 / 52 证券研究报 告 在环保领域，纤维素气凝胶可作为 吸附剂 从水中吸附油和其他有毒有机物，被 广泛地应用于吸附脱除染料废水。此外，生物质碳气凝胶可以去除水中的多种重金 属离子，如 Co(II)、 Cd(II)、 Pb(II)和 Sr(II)。 在建筑领域， 房屋门窗、墙壁的隔热保温正越来越被重视 。现有的保温材料或隔 热能力不够理想，或达到理想效果厚度太厚、太重，也有一些隔热能力较好的材料 但阻燃能力不佳，容易引发房屋火灾。 而 气凝胶 既可以 作为现有保温材料的 升级替 代，同时兼顾 防火 、隔声等功能， 有望 颠覆建筑保温材料现有格局 。 在军工领域， 气凝胶的性能得到了充分验证。 在军车上覆盖 6 毫米的 防弹型 气凝胶就能够承受炸药带来的破坏力 。 东风 -17以气凝胶隔热材料作为外衣，使得东 风 -17 在极快加速度的同时不被空气摩擦所产生的高温给破坏 ，而且气凝胶材料良 好的 透波性能不会阻挡东风 -17 内部的制导装置。 另外，气凝胶可以作为 飞机、舰 图表 14 SiO2气凝胶应用于水体净 化 资料来源：华安证券研究所整理 图表 15 气凝胶毡在建筑工业领域的应用 资料来源：爱彼爱和官网，纳诺科技官网，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 15 / 52 证券研究报 告 船 /艇、坦克、导弹等的外层材料 ,起到 防辐射、吸收红外线和漫反射波实现隐形 功能 ， 屏蔽自身电子信号实现反侦察 的功能。 在水下探测 中 气凝胶的低声速和高 孔隙超轻质 特性 使之成为比较理想的超声探测器的声阻耦合材料和最佳水声反声材 料。 当然 ，气凝胶 也用于军用 保温帐篷 等领域 。 在航天领域， 对材料的绝热、轻量、抗压能力要求最为严苛。 俄罗斯“和平”号 空间站 、 美国“火星探路者”探测器 和“火星漫步者”探测车、 我国“长征五号”运 载火箭 和 “祝融号” 火星车都曾使用气凝胶材料进行绝热保温材料， “星辰号”飞船 用来收集彗星尘也使用了气凝胶做的采集“手套”。 2016年 8月，中国航天科工三院 306 所联手华星美科新材料科技（江苏）有限公司举行签约仪式，共同组建成立气凝 胶技术国际研发中心，力图打 造国际先进、国内领先水平的气凝胶技术研发基地。 在电池领域， 目前 锂离子动力电池组热失控事故时有发生， 阻止 热失控电芯向 电池其他系统传热 是 主要解决思路 。气凝胶毡具有防火、隔热、阻燃的特性，而且质 图表 16 气凝胶在军工领域的应用 资料来源：华安证券研究所整理 图表 17 气凝胶在航天领域的应用 资料来源：华安证券研究所整理 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 16 / 52 证券研究报 告 感柔软、易于加工，是非常理想的预防材料；另外在热电池应用领域，气凝胶作为热 电池保温筒的隔热材料能够解决多领域对热电池的高性能、长寿命的要求。目前新 开发的气凝胶玻纤毡能够将电池包高温耐受能力提高至 800 以上，大大提高电池 的耐热性。 在交通领域，气凝胶材料主要应用在汽车防火隔热保温降噪层 ， 大容量电池组 防火防水保温盒 ， 危险化学品运输车、液化天然气运输船等特种运输工具的保温防 火层，高铁和地铁车体保温隔热降噪防火层等。在交通事故引发的火灾中，着火点 一般集中在发动机仓位置。在发动机仓和驾驶舱之间加一层气凝胶防火隔离墙， 可 以阻隔火势蔓延到驾驶舱中。 图表 18 气凝胶在电池中的隔热原理 备注：标红处为气凝胶材料位置。 资料来源：华安证券研究所整理 图表 19 利用气凝胶构造汽车防火隔离墙 资料来源：华安证券研究所整理 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 17 / 52 证券研究报 告 在日常生活中，凡是需要保温的地方， 气凝胶 都具有应用的可能性。 气凝胶滑雪服 ： 超薄的保温厚度和良好的柔韧性， A级防火性能和荷叶般的疏水 性能，使气凝胶防寒服相比传统羽绒服更薄一些，而且保温性能极好。 克罗值是评定衣服保暖效果的重要指标。研究者们总结出了一个服装热阻计算 公式： Iclo=6.45 （ tS-tA） / -0.8 在这一公式中， tS 为人体温度，通常取 33.3； tA为环境温度；为单位面积 的 单层服装在单位时间内传递的热量，一般取 M的 75%， M为人的基础代谢热量 58W/m； Iclo为人体身上穿的所有衣服克罗值（ clo）的总和，检测表明， 0.2cm厚的气凝胶 复合棉纤毡的克罗值为 1.73。理论上，人体单穿一件内衬 0.6cm厚气凝胶复合棉纤 毡的衣服，即可在 -8的环境温度下保证温暖。 气凝胶复合棉纤毡的热导率为 3.77 W/（ m2 K），羽绒的热导率为 5.93 W/（ m2 K）， 仅 0.2cm 厚的气凝胶复合棉纤毡（保温率 74.03%），即可相当于 4cm 厚的羽绒纤维 （保温率 78.12%）的保温效果。 气凝胶网球拍：以气凝胶为填充材料制成的网球拍或羽毛球拍，利用气凝胶的 纳米多孔结构，可以更好地吸能、减震，大大降低了患上“网球肘”的风险。另外， 这种球拍的击球能力更强大。 气凝胶登山靴：气凝胶材料可以应用在鞋垫、鞋面、鞋跟和踝部包裹等部位。通 常的使用方法是在两层面料中间夹一层气凝胶材料。而使用约 2mm 厚的气凝胶材料 即可以满足鞋子的保温性能需求。 图表 20 气凝胶材料与常见衣服保温材料对比 资料来源：岩拓气凝胶官网，华安证券研究所 3.77 5.93 6.986 9.717 0 2 4 6 8 10 12 气凝胶复合棉纤毡 羽绒 羊毛 棉花 热导率 W/ （ K ） Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 18 / 52 证券研究报 告 图表 21 气凝胶在生活中的应用 资料来源： 爱彼爱和官网， 华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 19 / 52 证券研究报 告 2 产业链 或加速脱瓶颈 气凝胶自 20 世纪 30 年代发明以来 一直是 研究 人员的宠儿 ，但在 应用 端 却 并没 有得到普及。 究其原因 是气凝胶的技术 不够成熟、 成本 过高 。 目前我们 看到国内在 气凝胶原料成本和工艺技术上 或 有 巨大 突破 ，因此看好气凝胶这一次的 完全 崛起 。 2.1 原料 成本有望下降 目前产业化程度最高的气凝胶 为硅基气凝胶 ， 其 生产成本主要集中在 原料 硅源、 干燥 设备折旧 和 能耗三块 ，换言之气凝胶的成本下降需要在这三方面发力。 图表 22 硅基气凝胶产业链 资料来源：华安证券研究所整理 图表 23 气凝胶产业链成本分布 资料来源： SAGSI，华安证券研究所 其他成本， 60% 无机硅源， 10%- 20% 功能性硅烷， 20%-30% 原料成本， 40% Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 20 / 52 证券研究报 告 二氧化硅气凝胶的制备过程首先要得到二氧化硅凝胶，再通过干燥手段使气体 取代凝胶中的液相从而形成气凝胶。 目前， 生产原料 有两种。 一种是无机硅源，包括 水玻璃（硅酸钠） 和四氯化硅 ，另一种是有机硅源，包括正硅酸甲酯（ TMOS，又称四 甲氧基硅烷 ）和正硅酸乙酯（ TEOS， 又称 四乙氧基硅烷 ） 等 功能性硅烷 。 其中， 有机硅源纯度高， 工艺适应性好， 可以适配超临界干燥以及常压干燥工 艺， 但有机硅元作 为原料的缺陷是价格高 ，目前国内外采用超临界干燥工艺的企业 基本上都是采用有机硅源。 无机硅源 相对更加廉价，但 长 期以来应用较少。一方面 是由于无机硅源只能应用于常压干燥技术，常压法发展 还较不 成熟 ； 另一方面，以 水玻璃为硅源的气凝胶制备过程中需要大量水洗凝胶中的钠盐，而钠盐的水溶液难 分离，造成大量的废水难以处理，处理不当可能会造成大面积的土地盐碱化。 因此，目前最主流产业化生产路线是正硅酸酯为原料 结合 超临界干燥工艺 的生 产过程 。 正硅酸甲酯、正硅酸乙酯 均 属于功能性硅烷 。通常将主链为 Si-O-C结构的有机 硅小分子统称为功能性硅烷。功能性硅烷按用途分类可以分为硅烷偶联剂和硅烷交 联剂。硅烷交 联剂可以分为脱酸型、脱酮肟型和脱醇型三种。制作气凝胶的 正硅酸 甲酯、正硅酸乙酯 、甲基三甲氧基硅烷等属于脱醇型交联剂。 图表 24 无机硅源的原料成本更低 原材料 原料（元 /kg） 单耗 (kg/kg SiO2) 成本（元 /kg SiO 2) 氯化硅 1.89 2.86 5.40 正硅酸乙酯 10.08 3.45 34.76 硅酸钠 (水玻璃 ) 2.52 3.57 9.00 资料来源： LOW COST SILICA AEROGEL PRODUCTION，华安证券研究所 图表 25 有机 硅源 和无机硅源 对比 两种硅源 优 势 劣势 有机硅源 正硅酸甲酯 纯度高，可同时满足超临界干燥以及常压 干燥 工艺 有机溶剂成 本 高，国内产能 低，且价格波动较大 正硅酸乙酯 其他烷氧基 硅烷 无机硅源 水玻璃 成本低，来源广泛 生产过程需要大量水洗和有机 溶剂置换，劳动强度大、制备 周期长、污染严重 四氯化硅 多晶硅的副产物 资料来源：专利报告，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 21 / 52 证券研究报 告 据 MarketsandMarkets 报告，全球功能性硅烷市场规模从 2015 年的 13.3 亿美 元增至 2020年的 17亿美元， CAGR为 5%。其中亚太地区硅烷需求强劲，是推动全球 硅烷市场增长的主要因素。中国作为世界主要硅烷消费国，将引领亚太地区硅 烷市 场的发展。 2019年全球功能性硅烷产能约为 62.1万吨 /年，产量约为 43.9万吨。功 能性硅烷主要用于橡胶加工、粘合剂、复合材料等领域 。 我国是世界最大的功能性硅烷生产、出口与消费国。 尽管中国功能性硅烷 2019 年 产能占全球功能性硅烷产能的 69.1%，位居第一，也是最大的出口国以及主要硅烷 消费国 。 图表 26 正硅酸甲酯和正硅酸乙酯是常见的两种有机硅源 资料来源：盖德化工网，华安证券研究所 图表 27 功能性硅烷 全球消费结构 资料来源： SAGSI，华安证券研究所 名称 正硅酸甲酯 正硅酸乙酯 化学结构式 价格(9 9% 纯度) 17 50 0元 /吨 11000-15000元/吨 橡胶加工领域 38% 复合材料 16% 粘合剂 16% 塑料加工 15% 涂料及表面处 理 10% 其他 5% Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 22 / 52 证券研究报 告 但我国硅烷以含硫硅烷为主。交联剂主要依赖进口，因此导致有机硅源成本高 昂。随着中国未来硅烷交联剂产能的大幅提升，自给率将会逐渐提升，从而降低气 凝胶的生产成本 。 图表 28 我国是世界最大的功能性硅 烷生产、出口与消费国 资料来源： SAGSI，华安证券研究所 图表 29 我国是世界最大的功能性硅烷生产、出口与消费国 资料来源： SAGSI，华安证券研究所 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 产能（万吨） 产量（万吨） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 出口（万吨） 进口（万吨） Table_CompanyRptType 行业研究 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 23 / 52 证券研究报 告 2019 年，我国出口的硅烷品种主要为含硫硅烷，主要出口 去向 为美国、印度、 韩国、日本