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秒 懂~ 气 凝 胶

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气凝胶神奇但不神秘

气凝胶,是一种具有纳米多孔结构的新型材料,1931年由美国Kistler.S.发明,因轻若薄雾蓝色泛蓝,又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”,创下15项吉尼斯纪录,在热学、光学、电学、力学、声学等领域显示许多奇特的性能,被称为改变世界的神奇材料,列入20世纪90年代以来10大热门科学技术之一,是具有巨大应用价值的军民两用技术


气凝胶因成分不同,主要有二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶等。当前,二氧化硅气凝胶的绝热性能最为引人注目,技术也最为成熟,国内外气凝胶的产业化发展大多围绕二氧化硅气凝胶绝热应用展开,下文如未特别说明,所称气凝胶均为二氧化硅气凝胶。

气凝胶因纳米多孔网络结构,孔隙率高达80~99.8%,室温导热系数可低达0.013w/(m•k),是迄今为止绝热性能较好的材料,在航空航天、石油化工、电力冶金、船舶车辆、精密仪器、冰箱冷库、服装帐篷、建筑节能等领域的有广阔的应用前景,是传统隔热材料革命性替代产品。


伴随着中国经济转型升级,节能降耗政策的持续大力推进,以及中国实施多年的纳米材料战略,气凝胶材料近年来受到了政府、学术界、企业界和投资界的广泛关注。


气凝胶是中国正在逐步显示出的与世界同行几乎同步且具有较强竞争力的高新技术及产品之一,某种意义上,中国气凝胶产业的发展,对世界气凝胶产业的发展将产生越来越大的影响。



国内外气凝胶的市场情况


全球气凝胶市场情况

Allied市场研究公司2014年6月发布的报告称,全球气凝胶的市场价值在2013年2.218亿美元,估计到2020年可达18.966亿美元,在预测期内(从2014–2020)的年复合增长率为36.4%。随着气凝胶材料在新的应用领域探索的持续进步,市场预计,随着时间的推移市场增长的动力会进一步增强。


图1  气凝胶市场规模预测


据了解,美国Aspen公司2008~2013年的复合增长率为33.8%,Allied公司的报告可以认为是主要基于美国Aspen公司业绩情况的较为保守的预测报告,实际上随着亚太市场的发展,特别是中国气凝胶企业的崛起,气凝胶行业未来的发展将显著加快。


图2  2010年全球绝热市场规模


据Freedonia研究公司报告,在2010年,全球绝热材料市场估计规模为321亿美元,未来年增长率为 6.3%,到2019年可达556亿美元。其中工业和设备领域约占总份额三分之一,建筑领域占总分额的三分之二。

气凝胶材料目前占据了整个绝热材料市场金字塔模型的塔尖部分,目前在整个绝热材料市场中的规模几乎是微不足道,这一方面说明气凝胶产业仍然处于早期起步阶段,同时又预示着其未来非常大的发展空间。



图3  全球绝热材料与气凝胶市场规模预测对比


目前制约气凝胶市场拓展的最大障碍是高昂的价格,一旦气凝胶材料的生产成本得以显著下降,市场规模就会急剧扩大,产品销量也会迅速扩大,并将革命性地替代传统绝热材料。


那么气凝胶爆发的拐点在何时?实际上随着气凝胶材料市场价格不断下降,目前在工业绝热领域,采用气凝胶材料的工程总造价已经接近采用传统保温材料,但却具有节能、节省空间、防腐、长寿命等显著优点。



图4  2020年(左)和2025年(右)气凝胶市场份额 亿美元


随着气凝胶制造成本的显著降低和产能迅速扩张,2020年,气凝胶行业企业将迅速增多,将迅速扩大,气凝胶行业整体上进入爆发式的增长阶段,预计年复合增长率高达55%以上,并在未来几年将逐步替代传统绝热材料,特别是在工业和设备领域,替换的速度或许会更快。



国内气凝胶市场情况


国内市场起步较晚,前期主要是国外气凝胶产品在销售,价格较昂贵,市场推广力度也较小,近年来随着国内气凝胶企业逐步增多,实力不断增强,成本不断下降,规模不断扩大,再得益于国内节能减排政策推行和经济体量的迅速扩大,气凝胶行业驶入了快速发展通道。


2014年国内气凝胶产量大约在8500立方米,进口产品大约1500立方米,市场规模大约为1.82亿元。随着气凝胶工艺成本的降低和产业规模的不断扩大,一些新兴应用不断开发出来,气凝胶市场日益成熟。




图5  国内气凝胶市场规模

中国作为新兴经济体,在市场增长方面将会以快于国际平均水平的速度迅速增加,未来几年将进入快速增长阶段。2015年是国内气凝胶规模的突变之年,新增产能预计达到16000~20000立方米(已经实现量产的主要气凝胶企业都在大力扩产),实际产量约19600立方米,进口产品约1000立方米,预计市场规模3.30亿,2020年将达到37.16亿元,2015年到2020年的复合增长率约达61.1%。



图6 2020年国内气凝胶市场应用分布


目前国内军品领域需求主要集中在航天、兵器及舰艇等领域;民用领域的石油化工、轨道交通、电力工业、矿用井下救生舱和城镇热力管网已经形成一定的市场规模并继续快速增长,特种服装和帐篷、LNG管线、建筑节能领域应用也开始少量试用,后期市场巨大。


国家新材料产业“十二五”发展规划指出,保温材料产值将达1200亿。预计“十三五”发展规划,节能环保产业将获得快速发展。2020年开始全面替换传统工业保温材料,分享国内每年约500多亿的市场。预计2020年开始,气凝胶材料在建筑领域将开始大规模的应用,2025年将全面替代传统建筑保温材料,分享国内每年1000多亿的市场。