1

東麗10年前對(duì)行業(yè)的判斷過(guò)于樂(lè)觀，但是未來(lái)可能中國(guó)會(huì)推動(dòng)這種樂(lè)觀

碳纖維的應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，主要是交通領(lǐng)域輕量化帶來(lái)的節(jié)能減碳以及新能源產(chǎn)品帶來(lái)的輕量化高強(qiáng)度需求。

歷史上東麗預(yù)測(cè)2020年碳纖維行業(yè)需求達(dá)到14萬(wàn)噸，但實(shí)際上2020年全球需求約10.69萬(wàn)噸，即使考慮2020年開(kāi)始的疫情對(duì)各領(lǐng)域需求的影響，東麗當(dāng)年對(duì)行業(yè)需求的估計(jì)仍顯樂(lè)觀。

 盡管如此，我們并不懷疑未來(lái)行業(yè)需求的空間，我們認(rèn)為隨著中國(guó)碳纖維生產(chǎn)能力與成本的趕超，疊加上下游產(chǎn)業(yè)鏈配套（主要是復(fù)合材料創(chuàng)新工藝與成本下降），碳纖維行業(yè)下游需求有望加速擴(kuò)張。

2

雙碳為主線，推動(dòng)碳纖維短中長(zhǎng)期需求增長(zhǎng)

碳纖維作為“21世紀(jì)新材料之王”

應(yīng)用范圍廣闊

碳纖維已廣泛應(yīng)用在航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復(fù)合材料、交通建設(shè)等領(lǐng)域。從全球市場(chǎng)來(lái)看，2020年碳纖維需求的前三大應(yīng)用領(lǐng)域依次為風(fēng)電葉片、航空航天和休閑體育。

具體而言，風(fēng)電葉片需求量最大，需求量為3.06萬(wàn)噸，較2019年增長(zhǎng)20%，保持快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，2020 年需求量占比達(dá)29%。其次是航空航天，需求量為1.65萬(wàn)噸，全球新冠疫情對(duì)航空業(yè)造成不利影響，民用客機(jī)主要生產(chǎn)廠家對(duì)碳纖維的需求有一定幅度的下降，需求量較2019年下降30%，2020年需求量占比為15%。需求量排名第三的領(lǐng)域?yàn)轶w育休閑，需求量為1.54 萬(wàn)噸，較2019年增長(zhǎng)3%，需求量占比為14%，主要使用在高爾夫球桿、自行車架、釣魚(yú)竿、球拍、曲棍球棍等高端休閑體育市場(chǎng)

據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2025/2030年全球碳纖維需求可達(dá)20/40萬(wàn)噸。

我國(guó)碳纖維應(yīng)用結(jié)構(gòu)與全球相比差異大

國(guó)產(chǎn)替代加速

從應(yīng)用結(jié)構(gòu)來(lái)看，2020年我國(guó)碳纖維主要用于風(fēng)電和體育休閑領(lǐng)域，航空航天在我國(guó)占比較少。具體而言，風(fēng)電葉片應(yīng)用最大，在我國(guó)應(yīng)用占比41%，需求量為20000噸，但這一領(lǐng)域所用的碳纖維大都是進(jìn)口產(chǎn)品，客戶也基本上是國(guó)外公司；其次是體育休閑，占比為30%，需求量為14600噸；航空航天在我國(guó)的應(yīng)用僅為1700噸，占比為3.5%

從國(guó)產(chǎn)替代角度來(lái)看，2020年國(guó)產(chǎn)碳纖維18500噸，占總需求的38%，相比2019年的12000噸，增長(zhǎng)率為54.2%，連續(xù)2年超過(guò)30%的高速增長(zhǎng)；2018年增長(zhǎng)率為21.6% 

據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2025年我國(guó)碳纖維需求可達(dá)15萬(wàn)噸，2030年30萬(wàn)噸可期。

3.1

短期：光伏行業(yè)高景氣，帶動(dòng)碳/碳復(fù)材高增速,5年CAGR30%可期

光伏硅棒制備熱場(chǎng)材料短期高增速

碳/碳復(fù)材主要應(yīng)用于剎車盤(pán)、航天部件、熱場(chǎng)部件三大市場(chǎng)，其中剎車盤(pán)、航天部件市場(chǎng)需求基本保持平穩(wěn)，熱場(chǎng)部件主要應(yīng)用于單晶拉制爐、多晶鑄錠爐熱場(chǎng)系統(tǒng)中，單晶拉制爐、多晶鑄錠爐用于光伏和半導(dǎo)體晶硅制造，受益于光伏市場(chǎng)高速增長(zhǎng)，熱場(chǎng)部件需求量迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致2020年我國(guó)碳碳復(fù)合材料碳纖維需求量同比增長(zhǎng)150%。熱場(chǎng)部件屬于耗材，受下游光伏行業(yè)的增長(zhǎng)以及碳碳復(fù)材在熱場(chǎng)系統(tǒng)中滲透率提升，碳碳復(fù)材需求有望保持快速增長(zhǎng)。據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2025年全球范圍內(nèi)碳碳復(fù)材碳纖維需求量達(dá)18565噸，2020~2025年CAGR為30% 

碳/碳復(fù)合材料替代石墨復(fù)合材料，未來(lái)市場(chǎng)空間廣闊。我國(guó)晶硅制造熱場(chǎng)材料行業(yè)起步較晚，光伏行業(yè)發(fā)展前期，其單晶拉制爐、 多晶鑄錠爐熱場(chǎng)系統(tǒng)部件材料主要采用國(guó)外進(jìn)口的高純、高強(qiáng)等靜壓石墨。隨著國(guó)內(nèi)先進(jìn)碳基復(fù)合材料制備技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)碳基復(fù)合材料成為降低硅晶體制備成本、提高硅晶體質(zhì)量的最優(yōu)選擇，正逐步形成在晶硅制造熱場(chǎng)系統(tǒng)中對(duì)石墨材料部件的升級(jí)換代。

3.2

中期：國(guó)產(chǎn)大絲束突破，風(fēng)電用碳纖維有望持續(xù)爆發(fā)

風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維兩頭在外局面有望改善

 風(fēng)電市場(chǎng)的碳纖維無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是全球，都是最大的市場(chǎng)，據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，目前全球市場(chǎng)風(fēng)電用碳纖維需求約為3萬(wàn)噸，我國(guó)占了2萬(wàn)噸，但是這個(gè)領(lǐng)域兩頭在外（碳纖維+應(yīng)用用戶）的程度大約是85%，隨著未來(lái)國(guó)產(chǎn)大絲束的突破，國(guó)產(chǎn)替代率有望大幅上升，2025年全球風(fēng)電葉片碳纖維的需求量將增至10萬(wàn)噸，我國(guó)風(fēng)電用碳纖維需求量將達(dá)5.5萬(wàn)噸。

 風(fēng)電用碳纖維的增長(zhǎng)邏輯在于：1）碳中和背景下，風(fēng)電市場(chǎng)的高景氣；2）陸上風(fēng)電轉(zhuǎn)移到海上風(fēng)電，風(fēng)機(jī)葉片的大功率化和大型化成為必然，玻纖已無(wú)法適用于大尺寸風(fēng)電葉片，碳纖維在性能方面可實(shí)現(xiàn)對(duì)玻纖的完美替代。

維斯塔斯22年7月專利到期，GE、Siemens以及國(guó)內(nèi)廠商放量確定，25年前行業(yè)規(guī)模有望擴(kuò)3倍以上；這部分需求增量國(guó)內(nèi)主要由吉林碳谷、光威內(nèi)蒙古、新創(chuàng)碳谷等大絲束集群滿足，但海外新增需求可能部分由海外供應(yīng)商擴(kuò)產(chǎn)滿足。

3.3

長(zhǎng)期：氫能產(chǎn)業(yè)潛力巨大，打開(kāi)碳纖維需求天花板，需求連年翻倍

氫燃料電池車儲(chǔ)氫罐長(zhǎng)期用量巨大

當(dāng)下主要有四種儲(chǔ)氫方式：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、有機(jī)液體儲(chǔ)氫，固體材料儲(chǔ)氫。其中高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前應(yīng)用最廣，技術(shù)最為成熟的方式，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫應(yīng)用領(lǐng)域可分為三類：運(yùn)輸端、加氫站端、燃料電池車端。燃料電池車載儲(chǔ)氫瓶是車載儲(chǔ)氫最主要的設(shè)備，可分為五類，其中除了I型瓶純鋼制，不需要碳纖維纏繞，其余均需采用碳纖維纏繞。

碳纖維是儲(chǔ)氫罐最為主要的材料，據(jù)美國(guó)DOE數(shù)據(jù)，儲(chǔ)氫罐成本占比超過(guò)50%，乘用車儲(chǔ)氫罐單車用量為75kg，商用車儲(chǔ)氫罐單車用量為320kg，結(jié) 合《中 國(guó) 氫 能 產(chǎn) 業(yè) 發(fā) 展 報(bào) 告2020》，2025/2030氫 燃 料電 池 汽 車10/100萬(wàn)輛的規(guī)劃，我們測(cè)算得出2025/2030年我國(guó)儲(chǔ)氫罐用碳纖維需求量可達(dá)1.62/9.43萬(wàn)噸。據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，全球范圍內(nèi)壓力容器碳纖維需求2025/2030年可達(dá)2.19/18萬(wàn)噸。

3.4

體育休閑與航空航天是壓艙石

體育休閑和航空航天是碳纖維最早的應(yīng)用方向

我國(guó)體育休閑行業(yè)碳纖維需求量大，且產(chǎn)品以小絲束為主，高爾夫球桿、自行車和釣魚(yú)竿為主要應(yīng)用方向。全球近90%的碳纖維體育器材加工在中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣完成，2020年國(guó)內(nèi)體育用品領(lǐng)域碳纖維需求量為1.55萬(wàn) 噸，占國(guó)內(nèi)需求總量的30%，較2019年增長(zhǎng)4%。體育休閑領(lǐng)域產(chǎn)品類別廣泛，對(duì)碳纖維的需求呈現(xiàn)高低端并存的局面，國(guó)內(nèi)需求主要以T300級(jí)、 T700級(jí)為主，包括少量 T800 級(jí)和高模量產(chǎn)品。規(guī)格以 3K、12K 等小絲束為主，需求種類較多。

 體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求增長(zhǎng)較為穩(wěn)定，近年來(lái)保持3%~5%的穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2025年全球體育休閑碳纖維需求達(dá)2萬(wàn)噸，2020~2025年CAGR為5%。

國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)突破，有望帶動(dòng)碳纖維需求結(jié)構(gòu)升級(jí)

20世紀(jì)70年代至今，國(guó)外軍用飛機(jī)從最初將復(fù)合材料用于尾翼級(jí)的部件制造發(fā)展到今天用于機(jī)翼、口蓋、前機(jī)身、中機(jī)身、整流罩等多個(gè)部位。

 碳纖維復(fù)合材料在民用飛機(jī)上用量不斷提升，新機(jī)型波音787已達(dá)50%。20 世紀(jì)80年代開(kāi)始，碳纖維復(fù)合材料 開(kāi)始應(yīng)用在客機(jī)上的非承力構(gòu)件。早期的A310、B757和B767上，碳纖維復(fù)合材料的占比僅為 5%~6%。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，碳纖維復(fù)合材料逐漸作為次承力構(gòu)件和主承力構(gòu)件應(yīng)用在客機(jī)上， 其質(zhì)量占比也開(kāi)始逐步提升。據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2025年全球航空航天碳纖維需求達(dá)2.63萬(wàn)噸。

國(guó)內(nèi)按照軍用與民用進(jìn)行拆分，軍用未來(lái)增長(zhǎng)率約為20%~25%，民用受益于國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的突破，有望進(jìn)一步刺激我國(guó)高附加值碳纖維應(yīng)用。

3.5

汽車及軌道交通輕量化有望成為未來(lái)另一大增長(zhǎng)點(diǎn)

汽車及軌道交通輕量化短期囿于成本

按照美國(guó)能源部和其他部門和機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)車輛總重量將減少10%，燃料消耗將減少6%-8%，排放將減少5%-6%?？梢钥闯觯囕p量級(jí)是減少燃料消耗并保護(hù)環(huán)境的有效方法。碳纖維布的密度約為1.6g/cm3，不到鋼的1/4。同時(shí)，它具有優(yōu)異的機(jī)械性能， 環(huán)境耐候性，尺寸穩(wěn)定性，可設(shè)計(jì)性，高吸力效率和減震，并開(kāi)發(fā)具有開(kāi)發(fā)前景的輕質(zhì)材料。 

與量產(chǎn)汽車行業(yè)相比，在中國(guó)軌道交通車輛結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有可能是首先大量使用國(guó)產(chǎn)碳纖維的工業(yè)領(lǐng)域。

汽車及軌道交通的后續(xù)復(fù)合材料工藝多，應(yīng)用技術(shù)難度大，低成本復(fù)合材料工藝的創(chuàng)造是未來(lái)汽車與軌道交通能否放量的關(guān)鍵點(diǎn)，據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2030年全球碳纖維需求可達(dá)9~10萬(wàn)噸。

3.6

碳纖維的功能性應(yīng)用不容忽視

碳纖維功能性應(yīng)用附加值更高

新型的碳纖維功能材料主要有：1）燃料電池的氣態(tài)擴(kuò)散層（GDL）；2）液流電池的電極材料的碳?xì)郑ㄊ珰郑?）替代鉛酸電池的鉛板電極的碳?xì)职澹?）替代鋰離子電池的能量密度的多微孔碳纖維材料；5）預(yù)氧氈+二氧化硅氣凝膠制備的阻燃、靜音、疏水、保溫的多功能材料，可用于電動(dòng)車電池之間的隔離、可用于各類功能建筑、也可用于潛艇、坦克等的靜音材料……

 碳纖維功能化的主要趨勢(shì)是，在碳纖維這個(gè)微米尺度上的納米化，包括了碳纖維單絲上生長(zhǎng)碳納米管，碳納米纖維，在碳纖維的單絲中形成納米孔隙等。這是一個(gè)納米物質(zhì)宏觀化的優(yōu)良途徑，碳纖維的功能應(yīng)用前景極其廣闊，理應(yīng)引起國(guó)內(nèi)各種研究機(jī)構(gòu)的高度重視。

文章來(lái)源 | 申萬(wàn)宏源研究

               鄭嘉偉

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