评级（增持）化工行业专题报告：气凝胶：最高效隔热材料，契合碳中和节能大趋势

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报告名称 ：化工行业专题报告：气凝胶：最高效隔热材料，契合碳中和节能大趋势
评级 ：增持
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行业专题报告 | 化工

强烈，同时，在当前双碳政策下，节能将成为化工、能源、建筑行业未

气凝胶行业处于拐点向上的飞速发展阶段，原因在于气凝胶在石化管道、

建议关注：晨光新材（605399.SH）、中国化学（601117.SH）、泛亚微透（688386.SH）、宏柏新材(605366.SH)、华阳新材（600281.SH）、华昌 化工（002274.SZ）

风险提示：气凝胶新进入企业技术突破低于预期和产能投放低于预期导致 供给端产能释放缓慢；下游对气凝胶的切换诉求低于预期。

1| 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明

内容目录

一、气凝胶是当前最高效节能隔热材料 ................................................................................... 4 二、气凝胶行业需求拐点向上发展期来临................................................................................ 8 2.1 过去 5 年国内气凝胶市场已经初具规模 ....................................................................... 8 2.2 碳中和背景下气凝胶需求将快速提升 ........................................................................ 10 2.2.1 管道保温材料：到 2025 年，国内管道用气凝胶的需求空间将达 154 亿元 ...... 10 2.2.2 锂电池：系统安全考核加严提升气凝胶渗透率.................................................. 13 2.2.3 建筑保温市场：当前需求增速慢，远期市场空间广阔 ....................................... 14 三、化工企业入局气凝胶材料，推动气凝胶降本 ................................................................... 16 3.1 多方企业入局气凝胶材料，行业扩产加速 ................................................................. 16 3.2 玩家竞争力分析：看好擅长降本的大化工企业入局后推动气凝胶成本下降............... 17 四、相关公司 ......................................................................................................................... 19 五、风险提示 ......................................................................................................................... 19

图表目录

图 1：气凝胶实物图 ................................................................................................................. 4 图 2：气凝胶保温原理 ............................................................................................................. 5 图 3：相同保温性能情况下，气凝胶毡用量最少 ..................................................................... 5 图 4：气凝胶制品形态 ............................................................................................................. 6 图 5：气凝胶分类 .................................................................................................................... 6 图 6：2019 年二氧化硅气凝胶在全球气凝胶市场占比约 69% ................................................... 6 图 7：二氧化硅气凝胶产业链 .................................................................................................. 7 图 8：气凝胶合成工艺 ............................................................................................................. 7 图 9：气凝胶产业化历程 .......................................................................................................... 8 图 10：国内气凝胶产量 ........................................................................................................... 9 图 11：国内气凝胶销售额 ........................................................................................................ 9 图 12：2019 年国内气凝胶行业下游市场应用占比 .................................................................. 9 图 13：管道用气凝胶复合保温方案 ....................................................................................... 10 图 14：煤炭价格在 2021 年大涨（元/吨） ............................................................................ 12 图 15：原油和天然气价格在 2021 年大涨（美元/桶，美元/mmbtu） ..................................... 12 图 16：气凝胶阻止热失控单体电芯和模组之间的热扩散 ...................................................... 14 图 17：气凝胶插片用在电芯之间进行隔热 ............................................................................. 14 图 18：我国建筑业能源消耗总量占比超过 25% ...................................................................... 15 图 19：传统建筑保温材料构成 ............................................................................................... 15

表 1：气凝胶参数 .................................................................................................................... 4 表 2：气凝胶比传统保温材料隔热性好、防水性好、使用寿命长、用量小 ............................. 5 表 3：超临界干燥和常压干燥路线对比 .................................................................................... 8 表 4：国内技术降本时间线 ...................................................................................................... 9 表 5：气凝胶应用领域及其优势 ............................................................................................. 10 表 6：气凝胶复合保温方案与传统保温方案参数对比 ............................................................ 11 表 7：气凝胶复合保温方案的初始投资高 .............................................................................. 11 表 8：气凝胶保温材料使用年限长 ......................................................................................... 11 表 9：能源价格对气凝胶方案的经济性影响测算 ................................................................... 12 表 10：中国 2025 年油气管道和集中供热管道对气凝胶的需求空间将达 154 亿元 ............... 12 表 11：预计到 2025 年，全球锂电池用气凝胶市场空间为 35 亿元 ....................................... 14 表 12：到 2025 年国内建筑保温外墙市场对气凝胶的需求空间为 7.3 亿元 ........................... 15 表 13：预计到 2025 年国内气凝胶需求将达 184 亿元 .......................................................... 16 表 14：国内企业及产能（单位：万方） ................................................................................ 16 表 15：主流气凝胶企业的技术路线及技术来源 ..................................................................... 17 表 16：二氧化碳超临界干燥技术综合性能最佳 ..................................................................... 17 表 17：二氧化硅气凝胶单方成本约为 0.85 万元 ................................................................... 18 表 18：上市公司当前市值/权益产能 ...................................................................................... 19

一、气凝胶是当前最高效节能隔热材料

气凝胶是新一代高效节能隔热材料。气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、并在孔隙中充 满气态分散介质的固体材料，是世界上最轻的固体。由于独特的结构，气凝胶在热学、声 学、光学、电学、力学等多个领域都展示出优异的性能。目前商业化应用的气凝胶主要围 绕其高效的阻热能力展开，下游用于石油化工、热力管网、锂电池、建筑建材、户外服饰、航天、军工等多个领域。

图 1：气凝胶实物图

图 2：气凝胶保温原理

资料来源：头豹研究院、西部证券研发中心

目前商用的气凝胶通常为复合材料制品，且具有多种形态。气凝胶存在强度低、韧性差等 缺点，因此需要通过添加颗粒、纤维等增强体提高强度和韧性，也可以通过添加炭黑、陶 瓷纤维等遮光剂提高遮挡辐射能力。因此当前在售气凝胶制品往往是由气凝胶材料与基材 复合制得。根据制品形态，气凝胶制品可以分为气凝胶毡、气凝胶纸、气凝胶布、气凝胶 板材、气凝胶粉末、气凝胶浆料、气凝胶涂料等。

图 4：气凝胶制品形态

资料来源：岩拓官网，中凝科技官网，西部证券研发中心
气凝胶材料种类繁多，其中 SiO2 气凝胶的商业化应用最成熟。气凝胶按照前驱体可分为 氧化物、碳化物、聚合物、生物质、半导体、非氧化物、金属七大类。众多不同的前驱体 可制备出具有不同性能的气凝胶，极大丰富了气凝胶品种的多样性，拓展了气凝胶的应用 范围。目前市场上SiO2气凝胶的应用最成熟，2019年全球二氧化硅气凝胶占比高达69%。

图 5：气凝胶分类

资料来源：CNKI、西部证券研发中心

图 6：2019 年二氧化硅气凝胶在全球气凝胶市场占比约 69%

二氧化硅

碳材料

铝

其他

资料来源：Allied Market Research、西部证券研发中心

二氧化硅气凝胶前驱体可分为有机硅源和无机硅源。常用的有机硅源是正硅酸甲酯、正硅 酸乙酯等功能性硅烷，无机硅源包括四氯化硅和水玻璃等。与无机硅源相比，有机硅源价 格较为昂贵，但是纯度高，工艺适应性好，可以适应超临界干燥和常压干燥。无机硅源水 玻璃价格虽然较低，但是杂质较多，目前主要用于常压干燥中。

图 7：二氧化硅气凝胶产业链

发出以二氧化碳为干燥介质的低温环境超临界干燥工艺，通过降低干燥时的临界温 度和压力，来改善干燥条件，降低危险性。

⚫常压干燥的原理是利用低表面张力的干燥介质和相关改性剂来置换湿凝胶中的溶剂，以减小干燥时产生的毛细管作用力，避免在去除溶剂时凝胶结构发生破坏，从而实现 常压干燥。常压干燥前通常需要对湿凝胶进行长时间的透析和溶剂置换处理。常压干 燥设备成本与能耗成本相对较低、设备简单，但是对配方设计和流程组合优化要求高，而且制备非二氧化硅气凝胶尚不成熟。

表 3：超临界干燥和常压干燥路线对比

表 5：气凝胶应用领域及其优势

资料来源：CNKI、西部证券研发中心
2.2 碳中和背景下气凝胶需求将快速提升

目前气凝胶行业已经初具规模，我们认为当前时点将是气凝胶行业起飞的拐点期，原因在 于：1）随着二氧化碳超临界技术的成熟以及行业的快速扩产，其成本相比 10 年前已经下 降约 80%，经济性逐步提升；2）减少高温油气管道热量流失契合碳减排大趋势，中石化 于 2021 年发布 10 万方气凝胶招标框架协议可以看作行业切换风向标；3）新能源车与储 能锂电池系统对锂电池安全性有较高要求，因此需要使用阻热性能优异的气凝胶作为锂电 池的隔热材料，锂电装机的快速提升将快速拉动气凝胶需求。

2.2.1 管道保温材料：到2025年，国内管道用气凝胶的需求空间将达154亿元

我国于 2020 年提出“30·60”双碳目标，减少高温管道的热量流失是契合碳减排大趋势 的重要一环。炼化企业的高温管道外侧通常包覆较厚的保温材料，对管道保温可以有效降 低企业能源消耗，减少碳排放。而使用硅酸钙、复合硅酸盐、岩棉、矿渣棉等常规保温材 料的管道在长周期的运行后，一方面热损失增加导致装置能耗上升，另一方面管道外表面 的高温增加了烫伤事故的可能性，此外，岩棉、硅酸铝等材料容易吸水导致保温失效，聚 氨酯等有机绝热材料阻燃性差，影响项目正常运行。虽然气凝胶相对于其他保温材料而言 价格仍相对较贵，但是从长周期经济性考虑，气凝胶使用寿命更长、使用量更少、不易吸 水、阻燃性能好，更契合节能减排大趋势。

图 13：管道用气凝胶复合保温方案

同时，管线的每公里温降由原来的 6.9℃降至 4.8℃，可以大大降低热损。

由于气凝胶毡生产成本高，气凝胶复合保温方案的初始投资成本较高。以 1km 蒸汽管道 施工测算，方案 1、2、3 的总造价分别在 99.3、70.4、44.9 万元，方案 1、2 分别比方案 3 贵 54.4、25.5 万元，对应于上述的每年节省 16.9 万、10.4 万的能源成本，则方案 1、2 分别将于 3、2 年后收回增加的初始投资成本。

表 6：气凝胶复合保温方案与传统保温方案参数对比

资料来源：CNKI、西部证券研发中心

表 7：气凝胶复合保温方案的初始投资高

资料来源：CNKI、西部证券研发中心

气凝胶保温材料的替换周期长，经济性进一步提升。以长度为 100m（管道平均外径 D0= 0.60 m，冷油管道与热油管道的长度各为 50 m）的地上保温管道为例，气凝胶保温材料 与传统保温材料的投资施工成本来看，单次人工材料总费用分别是 3.44 万、1.15 万，而 两种方案的使用年限分别为 10-15 年、3-4 年，即在 12 年内，气凝胶保温材料无需更换，而传统保温材料需要更换三次。此外，在保温层均为 2cm，冷油温度 20℃，热油温度 50℃的前提下，全年节约热量 23746kWh，按 0.16 元/kWh（煤炭价格为 900 元/吨时对应的热 价）的热价折算，全年节约总能量费用为 3692 元。

表 8：气凝胶保温材料使用年限长

资料来源：CNKI、西部证券研发中心

继续以上述案例为例探讨能源价格对气凝胶方案经济性的影响：在上述案例中，气凝胶方

案将比传统方案节省热量 23.746MWh/年，我们分别将煤炭价格在 300-1500 元/吨、天然 气价格在 2-8 美元/mmbtu、原油价格在 50-110 美元/桶之间波动的情景下测算气凝胶方案 相对于传统方案的经济性，得出的结论是气凝胶方案大概率在 4-7 年的时间内比传统方案

更具经济性。考虑到双碳背景下能源价格持续上涨，我们认为气凝胶方案的经济性拐点已

经来临。

表 9：能源价格对气凝胶方案的经济性影响测算

资料来源：Wind、西部证券研发中心

图 14：煤炭价格在 2021 年大涨（元/吨）
秦皇岛港:平仓价:动力末煤(Q5500):山西产 秦皇岛港:平仓价:动力末煤(Q5500):山西产

图 15：原油和天然气价格在 2021 年大涨（美元/桶，美元/mmbtu） 期货结算价(连续):布伦特原油

期货收盘价(连续):NYMEX天然气-右

资料来源：Wind、西部证券研发中心 资料来源：Wind、西部证券研发中心

到 2025 年，国内油气管道和集中供热管道对气凝胶的需求空间将达 154 亿元。当前国内 约有油气管道 14.5 万千米，集中供热管道 50.73 万千米，假设存量保温管道的保温材料 替换周期为 4 年、中高温管道占比 30%、长输蒸汽管道占比在 60%，同时根据 2020 年气 凝胶制品产值 15.9 亿及石化与工业领域 82%的市场占比锚定，预计 2021-2025 年油气管 道和集中供热管道对气凝胶的需求空间分别为 18.74/43.86/75.76/114.47/153.92 亿元。

表 10：中国 2025 年油气管道和集中供热管道对气凝胶的需求空间将达 154 亿元

资料来源：国家统计局、西部证券研发中心
2.2.2 锂电池：系统安全考核加严提升气凝胶渗透率

热失控是动力电池安全事故的主要原因，碰撞、针刺、过充过放等都会引起锂电池热失控，如何控制热失控是衡量锂电池企业制造水平的关键因素。锂电池企业通常从两种思路解决 锂电池热失控问题：1）通过优化电池制造过程控制遏制热失控诱因的发生；2）在电芯热 失控已经发生的情况下，通过系统层面的手段将热失控遏制在模组、Pack 层面或延缓蔓 延时间。其中第一条思路较为考验电池企业的综合制造能力，目前大多数电池企业的安全 制造能力均不过关，第二条解决思路主要依赖隔热材料的选择，对电池企业的制造门槛要 求相对较低，因此将是多数电池企业解决热失控的主要选择。

国家自 2021 年开始从系统层面考核锂电池安全性，第二条思路成为大多数车企和电池长 的主流选择。《电动汽车用动力蓄电池安全性要求》于 2021 年 1 月 1 日起正式实施，该 文件将锂电池系统安全作为考核重点，并新增系统热扩散测试，要求电池单体发生热失控 后，电池系统在 5 分钟内不起火不爆炸。而要实现“5min 的安全逃逸时间”，则需要对电 池包的隔热材料多做改进，延缓故障电池包的爆炸时间。

图 16：气凝胶阻止热失控单体电芯和模组之间的热扩散

资料来源：CNKI、西部证券研发中心

图 17：气凝胶插片用在电芯之间进行隔热

资料来源：国家知识产权局、西部证券研发中心

锂电池系统对隔热材料的要求是隔热性能优异的同时需要具备优异的阻燃性能，传统隔热 材料聚氨酯由于在环境温度超过 140℃后容易燃烧，因此不适合作为锂电池的阻燃材料。此外，出于对体积能量密度的追求，锂电池厂在 Pack 设计时给电芯之间隔热层预留的空 间并不大，相比于常规材料云母片而言，气凝胶兼具阻燃性能好及用量少的特点，成为锂

电池电芯隔热材料的最佳选择。根据宁德时代等专利显示，目前较为主流的隔热方案是在

电芯之间放置气凝胶插片，同时在模组和上盖之间设置云母片。

由于气凝胶目前相对于普通隔热材料价格相对较贵，因此目前气凝胶主要用于更易发生热 失控的高镍三元锂电池。根据鑫椤锂电数据，2021 年高镍三元锂电池占比约 17%左右，则以气凝胶的单车价值量 500 元测算，预计到 2025 年，全球锂电池用气凝胶市场空间为 35 亿元。

表 11：预计到 2025 年，全球锂电池用气凝胶市场空间为 35 亿元

资料来源：Marklines、鑫椤锂电、西部证券研发中心
2.2.3 建筑保温市场：当前需求增速慢，远期市场空间广阔

根据《2020 年中国统计年鉴》，我国建筑业能源消耗占国内能源消耗总量超过 25%，因此 在双碳目标的大背景下，节能成为建筑行业亟待解决的问题。在建筑物保温中，墙体承担 整个建筑物节能保温任务的 50%，因此开发合适的墙体保温材料成为重要课题。

图 18：我国建筑业能源消耗总量占比超过 25%

资料来源：国家统计局、西部证券研发中心

综合来看，在双碳政策的催化下，气凝胶在节能保温材料市场的渗透率将有显著提升。预

计 2021-2025 年国内气凝胶行业的需求空间合计为 22.8/49.7/84.9/130.1/183.8 亿元，同 比增速分别为 44%/118%/71%/53%/41%。

表 13：预计到 2025 年国内气凝胶需求将达 184 亿元

资料来源：国家统计局、鑫椤锂电、Marklines、西部证券研发中心

三、化工企业入局气凝胶材料，推动气凝胶降本

3.1 多方企业入局气凝胶材料，行业扩产加速

多家企业入局气凝胶行业，推动行业产能加速扩充。根据各企业目前披露的数据，目前国

内约有 16.75 万方气凝胶产能。随着下游需求的快速提升，多种背景的企业开始入局气凝

胶行业：目前新进的企业的背景包括工程装备企业中国化学、传统煤化工企业华阳新材、

化肥企业华昌化工、汽车制品企业泛亚微透、有机硅企业晨光新材和宏柏新材等。目前生

产 1 万方的气凝胶约需投资 1~1.8 亿元，新入局企业大多为上市公司，均有一定的资金实 力，加速了气凝胶行业产能扩张速度，根据我们的统计，目前主流企业的扩产合计约 23.56 万方，以 2 年的投产周期来算，预计未来 2 年的产能年均增速将在 55%。

由于气凝胶材料具有较强的技术壁垒，目前大多数的新入局者均采用股权投资的形式进入

气凝胶行业。中国化学子公司华陆工程于 2015 年开始便与中国航天科工十院航天乌江公 司开展战略合作协议，作为化学工程 EPC 企业，中国化学通过布局气凝胶保温材料，可 以同时为客户提供 EPC 方案及关键材料。阳煤集团（现更名为华阳新材）于 2018 年参股 气凝胶企业深圳中凝、华昌化工于 2021 年参股气凝胶企业爱彼爱和、泛亚微透于 2021 年收购气凝胶企业大音希声 60%股权。

表 14：国内企业及产能（单位：万方）

资料来源：公司官网、公司公告、西部证券研发中心
3.2 玩家竞争力分析：看好擅长降本的大化工企业入局后推动气凝胶成本下降

（1）短期看干燥技术的突破与优势竞争：CO2 超临界技术成熟&落地最快

在气凝胶的合成过程中，干燥步骤具有较强的技术壁垒，干燥技术路线的选择直接影响气 凝胶性能。由于国内企业大多以与学校合作的方式引入干燥技术而起家，因此也根据各家 技术来源进行划分。国内最早的气凝胶企业纳诺科技在 2004 年通过引入清华大学的二氧 化碳超临界技术起家，随后又在 2007 年与同济大学合作开发常压干燥技术。目前最大的 气凝胶厂商广东埃力生的技术来源于国防科技大学，以二氧化碳超临界技术为主。中国化 学参股的贵州航天乌江以设备起家，2011 年开始从气凝胶设备提供商转向气凝胶生产，其二氧化碳超临界技术来自于航天三院，华陆新材的工艺技术也由航天乌江提供。厦门纳 美特、安徽弘辉、华夏特材等一些中小企业则使用厦门大学的酒精超临界技术。

表 15：主流气凝胶企业的技术路线及技术来源

纳诺科技

资料来源：各公司官网、西部证券研发中心

当前国内三种干燥路线并行发展，由于二氧化碳超临界干燥技术综合性能最佳，目前大多 数产能以二氧化碳超临界干燥为主，采用二氧化碳超临界干燥路线的企业在当前阶段具有 一定优势。当前常用的三种干燥工艺有二氧化碳超临界干燥、乙醇超临界干燥和常压干燥。从设备投资来看，常压干燥的成本最低，从安全性来看，常压干燥的安全性最高，而从生 产效率来看，乙醇超临界的生产效率最高，从产品性能来看，乙醇超临界的产品性能稍弱 于二氧化碳超临界和常压干燥。

表 16：二氧化碳超临界干燥技术综合性能最佳

资料来源：CNKI、西部证券研发中心注：星号越多表示相关指标越高
（2）中期看产业链分工：客户资源优势更为重要

在全行业大多数玩家突破干燥过程中的壁垒并产出相对均质化的产品后，我们认为届时产 业链分工决定企业竞争力。气凝胶细分环节分为生产企业、加工企业以及生产加工一体化 企业，目前国内除了纳诺科技和爱彼爱和既可以生产又可以加工气凝胶制品外，埃力生等 企业则只提供气凝胶材料给加工厂，通过加工企业进一步加工成制品。加工企业通常外购 气凝胶材料，再根据下游客户的定制化需求加工成特定形态。在气凝胶行业发展初期，各 厂商的产品具有较大差异，产业链话语权掌握在生产企业手中，即为当前气凝胶行业现状。而在生产环节技术取得突破即全行业大多数企业产出相对均质化的产品后，客户资源将成 为各个企业角逐的重点。生产和加工环节一体化布局的企业一方面掌握生产环节，另一方 面直接与下游客户对接，具有较强的渠道壁垒，我们认为该类企业将在气凝胶行业发展中 期最具优势。

（3）长期看原料自给优势：具有硅烷产能企业最具成本优势

由于原料成本占比超过 50%，当气凝胶行业产能开始过剩时，原料自给能力成为气凝胶 企业竞争力的重要考量。我们根据华陆新材 5 万方硅基气凝胶复合材料项目合成成本进行 拆分。该项目采用二氧化碳超临界干燥技术，根据我们的测算，单方总成本为 8541 元，其中原材料成本占比 55%、能源成本占比 15%、人工成本占比 5%、折旧成本占比 26%。从气凝胶成本结构中可以看出，原材料占较大比例，对于二氧化硅气凝胶而言，硅化工企 业在这一段的成本优势凸显。此外，根据我们的测算，如果实现原材料自给及辅料循环，预计单方合成成本将降低 3000-4000 元。

表 17：二氧化硅气凝胶单方成本约为 0.85 万元

西部证券—行业投资评级说明
超配：行业预期未来 6-12 个月内的涨幅超过大盘（沪深 300 指数）10%以上
中配：行业预期未来 6-12 个月内的波动幅度介于大盘（沪深 300 指数）-10%到 10%之间 低配：行业预期未来 6-12 个月内的跌幅超过大盘（沪深 300 指数）10%以上

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