气凝胶性能、材料种类、制备工艺及市场现状如何？

保温界的六边形全能战士。

1.气凝胶是一种性能优异的新兴材料

气凝胶是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。气凝胶隔热性极佳，其热导率可低达 0.012W/(m·K)，一寸厚的气凝胶相当于20-30块普通玻璃的隔热功能；其孔隙率高达99.9%，是良好的吸附介质，也可开发做催 化剂载体；同时气凝胶还具有良好的阻燃性、绝缘性和隔音性，并且绿色环保。优异的性能使其在热学、声学、光学、电学、 力学领域均有所应用，也被期许为“改变世界的神奇材料”。

纳米级多孔结构造就其优越的保温隔热性能

与传统保温材料相比，气凝胶保温隔热性能更好，使用寿命更长。气凝胶超低的导热系数保证其优秀的隔热效果，隔热性能是 传统保温材料的2-5倍，并且从-200℃到650℃环境均可使用。同时，气凝胶的纳米孔特殊结构使其耐压抗拉，使用寿命更是传 统材料的5倍以上。

气凝胶突出的隔热性能来自于其多孔结构。气凝胶的孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程，因此空隙中的空气分子近似静 止，从而避免了空气的对流传热。气凝胶极低的体积密度及多孔结构的弯曲路径也阻止了气态和固态热传导，趋于“无穷多” 的空隙壁可以使热辐射降至最低。三方面共同作用，几乎阻断了所有热传递途径，使气凝胶达到其他材料无法比拟的隔热效果。

2.规模化生产以二氧化硅气凝胶为主

气凝胶材料种类多样，按照组分不同可分为单组分和多组分气凝胶。其中，单组份气凝胶包括氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、 有机气凝胶、氮化物气凝胶、碳气凝胶和生物质气凝胶等，在隔热、吸附、催化、储能转化和生物医用等领域均有所突破。目 前，SiO2气凝胶研发、生产、应用最为成熟，据《抢抓“碳达峰”历史机遇，加快气凝胶产业快速成长》，2019年占据全球 69%的市场份额。

商用气凝胶通常为复合材料

纯气凝胶材料质脆、易碎，常与其他材料复合使用。气凝胶具有非常独特的高孔隙率结构特征，骨架承受的应力及孔间的毛细 管压力差较大。因此，纯气凝胶材料呈现出质脆、易碎的性能，实用性较差，需要利用其他材料赋予它的强度等性能才能达到 实际的使用效果。气凝胶可针对不同的应用领域，与不同材料复合，形式多样，常见的有气凝胶毡，气凝胶隔热垫，气凝胶涂 料，气凝胶保温板、气凝胶墙布等。

干燥技术是SiO2气凝胶制备的关键

湿凝胶干燥是制备SiO2气凝胶最重要的步骤。SiO2气凝胶的制备主要包括：1）溶胶-凝胶法制备湿凝胶；2）湿凝胶干燥制备气 凝胶两部分。湿凝胶干燥要在保持其原有纳米网络结构不变的条件下, 排除其中溶剂。超临界干燥法能够有效防止干燥过程中凝 胶破裂，但设备昂贵且工艺复杂，目前，超临界二氧化碳干燥法为主流生产工艺。常压干燥法设备简单便宜，只要技术成熟即 能进行连续性及规模化生产，但干燥周期长, 干燥成品品质低, 密度大且易开裂。

3.渗透加速，空间广阔

气凝胶正处在高速成长期

气凝胶从发现至今已经经历过三次产业化，目前正处在以我国企业为主导的第四次产业化浪潮中。1931年，Steven. S. Kistler在 Nature杂志上发表《共聚扩散气凝胶与果冻》标志着气凝胶的发现，随后陆续经历了三次产业化。从2001年美国Aspen公司成立， 开始第三次气凝胶产业化至今，20年来全球气凝胶产业已走过了研发期、导入期，目前正处于成长期前期。2010 年开始，国内 首批气凝胶生产企业陆续成功开拓了工业设备管道节能、新能源汽车安全防护、轨交车厢及船体防火隔热保温的应用市场，气 凝胶市场日益成熟。

我国气凝胶市场增速领先全球

我国气凝胶市场已处于国际并跑地位。在国家对新材料日益重视和碳达峰对节能减碳日趋严格的大背景下，我国的气凝胶行业 发展显著加快。据Allied Market Research研究报告显示，2013—2020年全球气凝胶市场规模从2.2亿美元增加到近20亿美元，年 均复合增长率高达36.4%。2015—2020年，我国气凝胶市场规模从3.3亿元增加到37.16亿元，年均复合增长率达到61.1%，市场 增速远超国际平均水平。Global Industry Analysts亦预测，2020~2027年，中国、加拿大、德国、日本气凝胶市场的年均复合增 速分别为22.3%、16%、14.8%和13.4%。

气凝胶受国家政策重点支持

气凝胶产业在双碳战略下得到国家大力支持。气凝胶产业的发展备受关注，曾被列入国家重点节能低碳技术、建材新兴产业、 前沿新材料等名单。随着双碳目标的推进，在规划实现碳中和的路径中，绝热节能是最重要的组成部分，碳达峰、碳中和的目 标给了气凝胶绝热节能材料较大的施展空间。2021年10月24日，《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》下达重要 任务，明确提出“加快碳纤维、气凝胶、特种钢材等基础材料研发。”综上来看，气凝胶作为一种新型环保新材料，将在“碳 中和、碳达峰”的战略下得到大力支持。

油气管道是气凝胶下游最主要应用领域

气凝胶主要用于高温油气管线保温，如稠油开采的地面高温注汽管线保温，炼化装置、介质管线的保温等，一般温度在 200℃~650℃之间。另外，为了防止输送油气的管道发生凝管或者冰堵事故，尤其在冬季或者气候寒冷的高纬度地区，管道运 营公司亦需要对输送介质进行加热并对管道进行保温。

气凝胶材料能够有效节能降本

气凝胶的主要劣势在于初始投资较高，但由于其优异的保温隔热性、耐老化性、疏水性等，在服役一段时间后，反而更具经济 效益。总体说来，气候越寒冷、管输介质温度越高、加热时间越长、热价 (能源费用) 越高，则使用气凝胶材料保温的经济性越 好。

2025年，气凝胶在油气领域市场空间预计达54.4亿元

参考“十四五”现代能源体系规划，假设2021~2025年，油气管道总里程复合增速为3.7%，我们预计至2025年全国油气管道总 里程为17.4万千米；参考中国石油管道科技研究中心发表文献数据，假设管道平均外径0.6m，保温层厚度2cm，计算得到气凝 胶单耗为40立方/千米；参考中国绝热节能材料协会数据，假设2021年我国气凝胶在存量和新建管道领域渗透率分别为0.5%、 10%，预计2023和2025年，气凝胶在油气管道领域的需求分别为17.6、51.8万立方，对应市场空间19.4、54.4亿元，2021~2025年 复合增速达71.9%。

2025年，气凝胶在中国新能源车领域市场空间预计达33.5亿元

参考泛亚微透招股说明书，假设2021年，气凝胶在新能源汽车领域的单车价值为500元/辆，2023~2025年，随着工艺成熟略有下 降。2021年，气凝胶渗透率参考高镍三元电池渗透率，假设为15%，在新能源汽车追求长续航里程，以及更高的能量密度的背 景下，气凝胶的渗透率有望加速提升。据我们预测，2025年，气凝胶在全球和我国新能源汽车领域的市场空间分别可达60.4、 33.5亿元，2021~2025年复合增速分别为85.8%、88.4%。