碳纖維的大時代前夜

2022年06月22日09:25

文 | 荊玉

自1942年杜邦公司發明聚丙烯腈(PAN)纖維技術的很多年間,碳纖維一直是一種貴族化的材料,素有“黑色黃金”之稱。

它密度比鋁低、強度比鋼高,以出色的力學性能和化學穩定性被人們所稱道,通常應用於各種高大上的航空航天設備以及昂貴的體育休閑用品:美國的小型固體洲際戰略導彈“侏儒”,寶馬的i3、i8以及7系主流車型,世界頂級自行車品牌土撥鼠山地自行車都使用了碳纖維。

因為價格昂貴,碳纖維材料難以像合成樹脂、橡膠、玻纖一樣實現大規模應用。

直到2019年時,全球碳纖維市場需求量才首次達到10萬噸。即使是世界級的碳纖維龍頭,美國赫氏近年來創下的最高年營收(2019年)也僅僅是160多億元。整個行業曾經異常“高冷”,難以實現真正的繁榮。

這一固有的行業困境在近些年迎來新的轉機。

隨著碳纖維製造工藝日益成熟,製造成本不斷下降,此時來自下遊新能源產業的應用引燃了需求,碳纖維的規模化應用場景得以實現突破。

在碳中和的數條關鍵賽道當中,風電行業需要使用碳纖維的材料用作風電葉片;氫能行業需要使用碳纖維材料作為燃料電池儲氫瓶方便運輸;光伏行業需要使用碳纖維材料取代石墨,用於單晶矽爐內的碳氈功能材料、保溫桶、護盤等關鍵部件。

包括新能源車行業也一直在期待碳纖維價格下降到合理區間,可以用來減少自重、提升續航。

整個過程又恰好伴隨著國內企業的崛起。正如在家電、電子產品、光伏等多個領域發生的一樣,國內企業往往以較低的價格占領市場,同時大大拓寬下遊應用規模,加速整個行業的成長。

如果說此前數十年碳纖維的應用是一直是從1-10的話,在雙碳戰略和國產化的浪潮下,碳纖維正迎來從10-100及“中國製造”的新階段。正如2021年中國紡織工業聯合會副會長端小平在一次全球性化纖行業會議上做出的判斷:“以碳纖維為代表的高性能纖維將開啟黃金時代。”

01 黃金時代

只有進入到廣闊的民用大市場,碳纖維才能擺脫“高冷”的面貌。

碳纖維材料在過去多年難以大規模應用,產品價格昂貴是最核心的原因之一。價格昂貴與應用有限互為因果:售價昂貴導致下遊使用較少,使用較少導致下遊廠商無法順利擴產。

但也正是因此,一旦碳纖維在民用大市場找到核心應用 ,下遊需求很容易迅速引爆,帶動市場規模高速擴容。

過去兩年,碳纖維市場繁榮的主要驅動力就來自於風電葉片與碳碳複材,兩者都是民用領域(相對軍工領域)。根據機構賽奧碳纖維的數據,2021年全球碳纖維需求量佔比前三的領域依次是風電葉片28%、體育休閑16%、航空航天14%,國內碳纖維需求量佔比前三的領域依次是風電葉片36%、體育休閑28%、碳碳複材11%。

碳纖維在風電領域的規模化應用,主要歸功於風電整機龍頭維斯塔斯。作為世界排名第一的風力發電設備生產商,維斯塔斯在風電領域創新性的使用大絲束碳纖維,促進了風電領域碳纖維需求的快速增長。

CWEA數據顯示,2015-2021年間,全球風電領域的碳纖維需求迅速從1.8萬噸增長到了3.3萬噸,占到了2021年全球碳纖維總需求的約30%;而2021年僅維斯塔斯的碳纖維用量就在2.5-2.8萬噸左右。

碳碳複材的需求增長,則主要源於光伏單晶矽爐內的碳氈功能材料和坩堝、保溫桶、護盤等。在碳中和政策的推動下,國內光伏企業隆基、晶科、中環、晶勝機電、晶澳大量採購單晶矽爐增進了對碳纖維的需求。

需要注意的是,按照不同的用途,碳纖維的品類也分為宇航級和工業級兩類,兩種碳纖維價格相差高達4.29倍。前者是小絲束,價格高,主要應用於國防工業、高技術、以及體育休閑用品;後者是工業級大絲束,價格低,主要應用於土木建築、交通運輸和能源等行業。

雖然產品價值低,但風電、壓力容器等工業領域卻以旺盛需求拉動了整個碳纖維市場的增長。這也從另一側面說明,只有進入到廣闊的民用大市場,碳纖維才能擺脫“高冷”的面貌,真正打開未來成長的空間。

由此也可以預見,隨著碳纖維材料不斷觸及到規模化和價格下降的臨界點,其工業用途將會爆髮式增長,並取代國防、航空、體育消費等,成為其最大的發展驅動力。

《2020全球碳纖維復合材料市場報告》預測,到2025年全球碳纖維需求將達到20萬噸。也就是說,從1959年到2019年,第一個10萬噸經曆了60年,而下一個10萬噸可能僅需要6年。

對於國內碳纖維企業而言,所謂的黃金時代也包含兩個層面的含義,除了下遊需求旺盛,市場快速爆發之外,企業的盈利能力也得以快速提升,充分享受了市場紅利。

此前多年,由於國內碳纖維產線偏低端、工藝不完善,造成生產成本高企,加之下遊競爭激烈,大部分碳纖維企業處於虧損狀態,生存狀態較為艱難。

近兩年由於下遊風電需求旺盛造成供應緊張,國內市場碳纖維價格持續上升,產品產銷兩旺、供不應求,企業盈利也得到了大幅改善。

2021年,光威複材、中簡科技、中複神鷹、吉林碳穀、恒神股份5家碳纖維上市公司首次實現了全面盈利。碳纖維行業的國產化率也由2015年15%逐漸提升至2021年47%,行業迎來了第一個黃金時代。

02 誰的機會?

對碳纖維性能要求沒那麼高的民用領域,才是未來碳纖維的主要增量所在。

提及碳纖維,很多人慣性想到的是日本產品。日本擁有著名的東麗、東邦和三菱3家頂尖公司,他們代表了世界碳纖維行業的最頂級技術水平。

就連衡量碳纖維強度的T300、T800、T1000等稱謂,其實原是日本東麗公司的碳纖維型號。由於東麗公司在行業內的地位,導致其無形中演化成類似於某種強度的碳纖維標杆。

時至今日,儘管有國家政策的大力扶持,但國內在碳纖維的質量、技術和生產規模上與國外仍有不小差距,特別是高性能碳纖維技術仍被發達國家所壟斷。

2019 年中複神鷹在國內首次實現了干噴濕紡 T1000 級超高強度碳纖維工程化,代表著當時最高的技術。但T1000只是日本東麗在80年代的製造水平,由此可見在尖端碳纖維技術上,國內與日本仍有數十年的差距。

不過尖端技術對於國內碳纖維企業快速崛起、占領市場並不是很大的障礙。如前文所言,雖然軍工、航空等領域的碳纖維性能更強,價格是普通民用碳纖維的數倍,但其應用規模較小,市場容量有限,企業只能曲高和寡。

對碳纖維性能要求沒那麼高的民用領域,才是未來碳纖維市場的主要增量所在,是碳纖維市場的星辰大海。

以風電應用為例,按照維斯塔斯內部的統計,使用碳纖維的拉擠工藝相較於傳統的全玻纖主梁,葉片成本上升10%左右,但是減重效果達到了40%,因而發電效率更高。2021年的風電裝機總量是3萬台,如果全部都能使用拉擠工藝,需要用到12-15萬噸碳纖維,將超過2021年全球碳纖維的整體市場規模。

因此在民用領域的競爭,碳纖維企業比拚的關鍵在於生產工藝的成熟度(關係到產能利用率)和降低生產成本的能力。

過去幾年,正是碳纖維製造成本的不斷下降,使得其在廣闊的民用領域規模化應用成為可能。根據海關總署公佈的進口碳纖維平均價格,2011-2012年進口碳纖維平均單價最高為3.5萬美元/噸,而截止到2020年進口碳纖維平均單價持續下滑,最低至約1.5萬美元/噸,期間碳纖維單價降幅超過50%。

從更遠的角度看,雖然原油、丙烯、丙烯腈等原材料的漲跌和下遊風電等市場的週期性波動,會給碳纖維企業的業績帶來一定的週期屬性。但從更長週期來看,技術升級、降低成本能夠幫助其進一步打開下遊的應用場景,實現長期成長。

當然,即使對性能要求不高,碳纖維行業也始終是高門檻的遊戲,沒有5-10年技術研發投入與工藝積累,很難實現穩定產業化生產。

此前,國內絕大部分碳纖維企業都經曆過長期煎熬——試生產與穩定期階段生產出的產品難以達標。在行業的高速成長期,誰能夠快速擴產、並完成產品達標,就有望享受更多市場紅利。這更多地取決於碳纖維企業的生產工藝水平與技術積累。

03 寫在最後

雙碳戰略下,風電、光伏和氫能的發展,開啟了碳纖維從10-100的新階段,促使其快速走向廣闊的民用市場,也給了國內碳纖維企業以新的發展機遇。

2015年-2021年,碳纖維行業國產化率由15%逐漸提升至47%,產能已經占到全球市場約21%的份額。國海證券測算,2025年國內碳纖維需求有望達到15.9萬噸,對應市場空間232億元,已經超過了2021年全球碳纖維的整體市場規模。

在風電、光伏、新能源車等碳中和核心賽道上,我國已經佔據了產業鏈的主導位置,而在與其緊密相連的碳纖維賽道,國產碳纖維彎道超車的“奇點”也即將到來。

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