氣凝膠是一種具有納米多孔網絡結構、并在孔隙中充滿氣態分散介質的固體材料，氣凝膠比傳統保溫材料隔熱性好、使用壽命長、防水性與耐燃性能優異，是目前最高效的隔熱材料，契合節能減排大趨勢。氣凝膠目前主要的應用領域包括石化油管和高溫反應裝置保溫、鋰電池Pack外保溫、鋰電池電芯間隔熱、建筑保溫外墻保溫、戶外體育用品等。

相對于傳統材料，氣凝膠節能效果顯著，行業需求將在雙碳政策的推動下快速提升。與傳統保溫材料相比，有以下優點：

雙碳政策加持，氣凝膠的未來會怎么樣？哪些應用領域會成為“造富機”？我們一起來看看吧！

氣凝膠是新一代高效節能隔熱材料。氣凝膠是一種具有納米多孔網絡結構、并在孔隙中充滿氣態分散介質的固體材料，是世界上最輕的固體。由于獨特的結構，氣凝膠在熱學、聲學、光學、電學、力學等多個領域都展示出優異的性能。目前商業化應用的氣凝膠主要圍繞其高效的阻熱能力展開，下游用于石油化工、熱力管網、鋰電池、建筑建材、戶外服飾、航天、軍工等多個領域。

氣凝膠參數

氣凝膠的阻熱原理是其獨立的結構帶來的無對流效應、無窮多遮擋板效應、無窮長路徑效應。氣凝膠的導熱系數在 0.012~0.024W/(m·K)，比傳統的隔熱材料低 2~3 個數量級，其隔熱的原理在于均勻致密的納米孔及多級分形孔道微結構可以有效阻止空氣對流，降低熱輻射和熱傳導：1）無對流效應：氣凝膠氣孔為納米級，內部空氣失去自由流動能力；2）無窮多遮擋板效應：納米級氣孔，氣孔壁無窮多，輻射傳熱降至最低；3）無窮長路徑效應：熱傳導沿著氣孔壁進行，而納米級氣孔壁無限長。

與傳統保溫材料相比，二氧化硅氣凝膠絕熱氈的保溫性能是傳統材料的 2-8 倍，因此在同等保溫效果下氣凝膠用量更少。以管道為例，直徑為 150mm 的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、20mm。根據中石化塔河煉化的測算，將常壓焦化裝置從傳統保溫材料改造成“二氧化硅氣凝膠保溫毛氈+單面鋁箔玻纖布保溫材料”組合保溫的方式后，熱損失降低了 34.7%，保溫層厚度較傳統保溫材料降低 50%以上。

相同保溫性能情況下，氣凝膠氈用量最少

此外，氣凝膠具備較長的使用壽命的優勢，其使用壽命約為傳統保溫材料的 4 倍左右。傳統保溫材料如巖棉、聚氨酯等在長期使用過程中容易吸水，一方面影響保溫效果，另一方面在吸水后由于重力作用導致保溫材料分布不均勻，尤其是在管道保溫的使用場景下，容易造成保溫材料在管道下部堆積，最終影響使用壽命。氣凝膠則具有優異的防水效果，其憎水率達 99%以上，在長期使用過程中仍能保持穩定的結構和隔熱效果。

目前商用的氣凝膠通常為復合材料制品，且具有多種形態。氣凝膠存在強度低、韌性差等缺點，因此需要通過添加顆粒、纖維等增強體提高強度和韌性，也可以通過添加炭黑、陶瓷纖維等遮光劑提高遮擋輻射能力。因此當前在售氣凝膠制品往往是由氣凝膠材料與基材復合制得。根據制品形態，氣凝膠制品可以分為氣凝膠氈、氣凝膠紙、氣凝膠布、氣凝膠板材、氣凝膠粉末、氣凝膠漿料、氣凝膠涂料等。

氣凝膠材料種類繁多，其中 SiO2 氣凝膠的商業化應用最成熟。氣凝膠按照前驅體可分為氧化物、碳化物、聚合物、生物質、半導體、非氧化物、金屬七大類。眾多不同的前驅體可制備出具有不同性能的氣凝膠，極大豐富了氣凝膠品種的多樣性，拓展了氣凝膠的應用范圍。目前市場上SiO2氣凝膠的應用最成熟，2019年全球二氧化硅氣凝膠占比高達69%。

二氧化硅氣凝膠前驅體可分為有機硅源和無機硅源。常用的有機硅源是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯等功能性硅烷，無機硅源包括四氯化硅和水玻璃等。與無機硅源相比，有機硅源價格較為昂貴，但是純度高，工藝適應性好，可以適應超臨界干燥和常壓干燥。無機硅源水玻璃價格雖然較低，但是雜質較多，目前主要用于常壓干燥中。

氣凝膠的制備過程主要包括溶膠-凝膠、老化、改性、濕凝膠的干燥處理過程。溶膠-凝膠過程指前驅體溶膠聚集縮合形成凝膠的過程。但由于剛形成的濕凝膠三維強度不夠而容易破碎坍塌，因此需要在母體溶液中老化一段時間提高強度或者利用表面改性減小或消除干燥應力。干燥過程即用空氣取代濕凝膠孔隙中的溶液并排出。

干燥工藝是合成步驟的關鍵。濕凝膠在干燥過程中需要承受高達100Mpa-200MPa 的干燥應力，該應力會使凝膠結構持續收縮和開裂，容易導致結構塌陷。目前主流干燥工藝路線有超臨界干燥、常壓干燥。

超臨界干燥的原理是當溫度和壓力達到或超過液體溶劑介質的超臨界值時，濕凝膠孔洞中的液體直接轉化為無氣液相區的流體，孔洞表面氣液界面消失，表面張力變得很小甚至消失。當超臨界流體從凝膠排出時，不會導致其網絡股價的收縮及結構坍塌，從而得到具有凝膠原有結構的塊狀納米多孔氣凝膠材料。早期的干燥介質主要采用甲醇、乙醇、異丙醇、苯等，但是該技術具備一定危險，且設備復雜，因此近年來又開發出以二氧化碳為干燥介質的低溫環境超臨界干燥工藝，通過降低干燥時的 臨界溫度和壓力，來改善干燥條件，降低危險性。

常壓干燥的原理是利用低表面張力的干燥介質和相關改性劑來置換濕凝膠中的溶劑，以減小干燥時產生的毛細管作用力，避免在去除溶劑時凝膠結構發生破壞，從而實現常壓干燥。常壓干燥前通常需要對濕凝膠進行長時間的透析和溶劑置換處理。常壓干燥設備成本與能耗成本相對較低、設備簡單，但是對配方設計和流程組合優化要求高，而且在制備非二氧化硅氣凝膠時尚不成熟。

氣凝膠發展至今近 90 年，國內于 2012 年將其產業化。氣凝膠誕生于 1931 年，但直到20 世紀 90 年代國外才開始將其產業化。但由于干燥過程成本較高，早期氣凝膠只能用于航天軍工和石化領域。國內氣凝膠行業起步于 21 世紀 10 年代。2012 年國內首套 1000L超臨界二氧化碳氣凝膠干燥設備投產，標志著氣凝膠的規模化生產，隨后經過多次技術迭代，生產成本逐步降低。

過去 5 年國內氣凝膠市場通過技術進步實現產量的快速躍升。中國氣凝膠市場目前還處于起步階段，但過去 5 年的技術進步已經實現了較大比例的降本，2015-2020 國內氣凝膠材料產量年均復合增速為 38.5%、氣凝膠制品產量年均復合增速為 38.8%。

氣凝膠具有非常好的隔熱性能、透光性、隔音性以及絕緣性，但目前工業界主要對其隔熱性能開展一系列應用。目前成熟的下游市場主要有石油化工行業、工業隔熱行業、建筑建材行業、航空航天、鋰電池行業等，其中石油化工占比 56%、工業隔熱占比 26%。

目前氣凝膠行業已經初具規模，我們認為當前時點將是氣凝膠行業起飛的拐點期，原因在于：

而且，生產方面已經有了長足的進步。

2月27日，伴隨著年產5萬方硅基納米氣凝膠復合材料項目在中化學華陸新材料有限公司一次性開車成功，產出第一批合格硅基納米氣凝膠復合絕熱氈產品，標志著中國化學工程以實業強國為己任，邁出了加快打造原創技術策源地、現代產業鏈鏈長的重要步伐。

2015-2020年國內氣凝膠材料產量年均復合增速為38.5%，過去5年國內氣凝膠市場通過技術進步實現產量的快速躍升及成本的快速下降，當前成本相比10年前已經下降超80%。

在當前雙碳政策下，節能將成為化工、能源、建筑行業未來的發展的主旋律，氣凝膠行業處于拐點向上的飛速發展階段。目前，氣凝膠在石化管道、高溫反應釜、熱網管道、鋰電池方面具有極具競爭力的性價比，中石油、寧德時代等龍頭企業已經從傳統隔熱材料切換至氣凝膠，頭部企業的標桿效應將帶來氣凝膠行業量的起飛。

根據Aspen預測，未來10年全球市場空間合計在7000億元。估算到2025年國內石化管道和集中供熱管道對氣凝膠的需求將達155億元，鋰電池對氣凝膠的需求將達20億元，建筑建材對氣凝膠的需求將達7.3億元，合計需求在185億。而2020年國內氣凝膠產值約16億元，未來5年年均增速將達63.6%。

多家企業入局氣凝膠行業，推動行業產能加速擴充。當前多家上市公司于近兩年開始通過股權投資形式布局氣凝膠產能，根據我們的統計，國內現有氣凝膠產能約15.7萬方，而主流企業的擴產合計約16萬方，以2年的投產周期來算，預計2023年全行業產能將在2021年的基礎上翻倍，供應端年均增速在50%。

1. 1.     管道保溫材料：到2025年，國內管道用氣凝膠的需求空間將達155億元

我國于 2020 年提出“30·60”雙碳目標，減少高溫管道的熱量流失是契合碳減排大趨勢的重要一環。煉化企業的高溫管道外側通常包覆較厚的保溫材料，對管道保溫可以有效降低企業能源消耗，減少碳排放。而使用硅酸鈣、復合硅酸鹽、巖棉、礦渣棉等常規保溫材料的管道在長周期的運行后，一方面熱損失增加導致裝置能耗上升，另一方面管道外表面的高溫增加了燙傷事故的可能性，此外，巖棉、硅酸鋁等材料容易吸水導致保溫失效，聚氨酯等有機絕熱材料阻燃性差，影響項目正常運行。雖然氣凝膠相對于其他保溫材料而言價格仍相對較貴，但是從長周期經濟性考慮，氣凝膠使用壽命更長、使用量更少、不易吸水、阻燃性能好，更契合節能減排大趨勢。

以 350℃、4.5Mpa、流量 80t/h、外徑為 325mm 的長輸蒸汽管道項目為例，將傳統保溫方案與氣凝膠復合保溫方案對比可以發現，方案 1 和方案 2 比方案 3 每公里每年分別節能3127.6GJ、1937.0GJ，以熱價 53.89 元/GJ 進行測算，折算后將節省 16.9 萬、10.4 萬元。同時，管線的每公里溫降由原來的 6.9℃降至 4.8℃，可以大大降低熱損。

由于氣凝膠氈生產成本高，氣凝膠復合保溫方案的初始投資成本較高。以 1km 蒸汽管道施工測算，方案 1、2、3 的總造價分別在 99.3、70.4、44.9 萬元，方案 1、2 分別比方案3 貴 54.4、25.5 萬元，對應于上述的每年節省 16.9 萬、10.4 萬的能源成本，則方案 1、2分別將于 3、2 年后收回增加的初始投資成本。

氣凝膠保溫材料的替換周期長，經濟性進一步提升。以長度為 100m（管道平均外徑 D0=0.60 m，冷油管道與熱油管道的長度各為 50 m）的地上保溫管道為例，氣凝膠保溫材料與傳統保溫材料的投資施工成本來看，單次人工材料總費用分別是 3.44 萬、1.15 萬，而兩種方案的使用年限分別為 10-15 年、3-4 年，即在 12年內，氣凝膠保溫材料無需更換，而傳統保溫材料需要更換三次。此外，在保溫層均為 2cm，冷油溫度 20℃，熱油溫度 50