自1942年杜邦公司發(fā)明聚丙烯腈（PAN）纖維技術(shù)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(wěn)定性被人們所稱道，通常應用于各種高大上的航空航天設(shè)備以及昂貴的體育休閑用品：美國的小型固體洲際戰(zhàn)略導彈“侏儒”，寶馬的i3、i8以及7系主流車型，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(xiàn)大規(guī)模應用。

這一固有的行業(yè)困境在近些年迎來新的轉(zhuǎn)機。

隨著碳纖維制造工藝日益成熟，制造成本不斷下降，此時來自下游新能源產(chǎn)業(yè)的應用引燃了需求，碳纖維的規(guī)模化應用場景得以實現(xiàn)突破。

在碳中和的數(shù)條關(guān)鍵賽道當中，風電行業(yè)需要使用碳纖維的材料用作風電葉片；氫能行業(yè)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(yè)需要使用碳纖維材料取代石墨，用于單晶硅爐內(nèi)的碳氈功能材料、保溫桶、護盤等關(guān)鍵部件。

包括新能源車行業(yè)也一直在期待碳纖維價格下降到合理區(qū)間，可以用來減少自重、提升續(xù)航。

整個過程又恰好伴隨著國內(nèi)企業(yè)的崛起。正如在家電、電子產(chǎn)品、光伏等多個領(lǐng)域發(fā)生的一樣，國內(nèi)企業(yè)往往以較低的價格占領(lǐng)市場，同時大大拓寬下游應用規(guī)模，加速整個行業(yè)的成長。

如果說此前數(shù)十年碳纖維的應用是一直是從1-10的話，在雙碳戰(zhàn)略和國產(chǎn)化的浪潮下，碳纖維正迎來從10-100及“中國制造”的新階段。正如2021年中國紡織工業(yè)聯(lián)合會副會長端小平在一次化纖行業(yè)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?！?/p>

01

風光氫領(lǐng)域需求驅(qū)動下

碳纖維需求預期快速增長

碳纖維是由聚丙烯腈、瀝青基等有機纖維（原絲）在高溫環(huán)境下裂解碳化形成的碳主鏈結(jié)構(gòu)高性能纖維材料，其含碳量在 90%以 上。碳纖維具有質(zhì)輕、高強度、高模量、導電、導熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能，是 目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有較高的比強度和較高的比模量的纖維。碳纖維在航空航天、風電葉片、體 育休閑、壓力容器、碳/碳復合材料、交通建設(shè)等領(lǐng)域廣泛應用。

根據(jù)原絲種類的不同，碳纖維可分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類。聚丙烯腈（PAN）基碳纖維較于其他兩種碳纖維工藝難度更低，同時擁有優(yōu)異的成品品質(zhì)和優(yōu)良的力學性能，是目前應用領(lǐng)域較廣，產(chǎn)量也較大的一種碳纖維，占據(jù)市場 90%以上的份額。

按照絲束大小，碳纖維可分為小絲束（ 24K 以下）和大絲束（ 48K 以上）。小絲束碳纖維拉伸強度3500～7000 MPa、拉伸模量230～650 GPa，高強度、高模量碳纖維主要應用于航空航天、國防軍工以及高端體育休閑用品等領(lǐng)域。大絲束碳纖維因粘連、斷絲等現(xiàn)象較多，使強度、剛度受到影響，拉伸強度 3500～5000 MPa、拉伸模量 230～290 GPa。

相對于小絲束，大絲束碳纖維較大的優(yōu)勢，是生產(chǎn)和應用效率高，可以大幅度實現(xiàn)低成本的目標，從而打破碳纖維高昂價格帶來的應用局限。根據(jù)力學性能的高低，大絲束碳纖維可應用于風電葉片、輕量化、壓力容器、航空航天等領(lǐng)域。

2014 年碳纖維前五大應用領(lǐng)域分別為航空航天、混配模成型、體育休閑、汽車和風電葉片，2014 年以前需求增速平穩(wěn)。2015 年丹麥風電巨頭維斯塔斯采用全新的葉片設(shè)計，并使用拉擠碳板制備葉片大梁工藝，顯著降低了碳纖維應用于風電葉片的整體成本，自此開啟了碳纖維在風電葉片上的規(guī)?；瘧?，同年風電葉片成為碳纖維用量較大的分市場。

2014-2021 年，碳纖維需求年均增速達到12%，在風電葉片領(lǐng)域的需求量更是從 2014 年的 6000 噸增長到 2021 年的 33000 噸，年均增速高達28% 。

“雙碳”背景下，我國風電年新增裝機容量將持續(xù)高位，海上風電、陸上低風速風場建設(shè)將推動葉片大型化，進一步驅(qū)動大絲束碳纖維在風電葉片領(lǐng)域的消費快速增長。預計到 2025 年，我國碳纖維在風電葉片領(lǐng)域的消費量將達 46700 噸，2021 - 2025 年均增長率 20% 以上。

02

黃金時代的到來

碳纖維材料在過去多年難以大規(guī)模應用，產(chǎn)品價格昂貴是核心的原因之一。價格昂貴與應用有限互為因果：售價昂貴導致下游使用較少，使用較少導致下游廠商無法順利擴產(chǎn)。

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

過去兩年，碳纖維市場繁榮的主要驅(qū)動力就來自于風電葉片與碳碳復材，兩者都是民用領(lǐng)域（相對軍工領(lǐng)域）。根據(jù)機構(gòu)賽奧碳纖維的數(shù)據(jù)，2021年全球碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是風電葉片28%、體育休閑16%、航空航天14%，國內(nèi)碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是風電葉片36%、體育休閑28%、碳碳復材11%。

碳纖維在風電領(lǐng)域的規(guī)模化應用，主要歸功于風電整機龍頭維斯塔斯。作為風力發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)商，維斯塔斯在風電領(lǐng)域創(chuàng)新性的使用大絲束碳纖維，促進了風電領(lǐng)域碳纖維需求的快速增長。

CWEA數(shù)據(jù)顯示，2015-2021年間，全球風電領(lǐng)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。

碳碳復材的需求增長，則主要源于光伏單晶硅爐內(nèi)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(nèi)光伏企業(yè)隆基、晶科、中環(huán)、晶勝機電、晶澳大量采購單晶硅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(yè)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，主要應用于國防工業(yè)、高技術(shù)、以及體育休閑用品；后者是工業(yè)級大絲束，價格低，主要應用于土木建筑、交通運輸和能源等行業(yè)。

雖然產(chǎn)品價值低，但風電、壓力容器等工業(yè)領(lǐng)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(cè)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(guī)?；蛢r格下降的臨界點，其工業(yè)用途將會爆發(fā)式增長，并取代國防、航空、體育消費等，成為其更大的發(fā)展驅(qū)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(jīng)歷了60年，而下一個10萬噸可能僅需要6年。

對于國內(nèi)碳纖維企業(yè)而言，所謂的黃金時代也包含兩個層面的含義，除了下游需求旺盛，市場快速爆發(fā)之外，企業(yè)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，由于國內(nèi)碳纖維產(chǎn)線偏低端、工藝不完善，造成生產(chǎn)成本高企，加之下游競爭激烈，大部分碳纖維企業(yè)處于虧損狀態(tài)，生存狀態(tài)較為艱難。

近兩年由于下游風電需求旺盛造成供應緊張，國內(nèi)市場碳纖維價格持續(xù)上升，產(chǎn)品產(chǎn)銷兩旺、供不應求，企業(yè)盈利也得到了大幅改善。

2021年，光威復材、中簡科技、中復神鷹、吉林碳谷、恒神股份5家碳纖維上市公司實現(xiàn)了全面盈利。碳纖維行業(yè)的國產(chǎn)化率也由2015年15%逐漸提升至2021年47%，行業(yè)迎來了黃金時代。

03

“雙碳”背景下

碳/碳復材在熱場部件中滲透率將提升

近年來，隨著國內(nèi)先進碳基復合材料制備技術(shù)的發(fā)展，先進碳基復合材料成為降低硅晶體制備成本、提高硅晶體質(zhì)量的更優(yōu)選擇，正逐步形成在晶硅制造熱場系統(tǒng)中對石墨材料部件的升級換代。

受益于光伏市場的高速增長，熱場部件需求量也將迅速增長。全球太陽能級硅片生產(chǎn)主要集中在中國。2020 年我國碳/碳復材領(lǐng)域?qū)μ祭w維消費量為3000噸左右，同比增長 150% ；2021 年消費量達 7000 噸，同比增長 133% 。預計到 2025 年，我國碳纖維在該領(lǐng)域的消費量將增至 14500噸左右，2021 - 2025 年年均增長率 20% 。

在壓力容器領(lǐng)域，碳纖維主要應用在天然氣和氫氣儲罐、高壓儲氣罐、壓縮天然氣燃料罐、火箭發(fā)動機等方面。

近年來，受氫能及燃料電池汽車熱度攀升的影響，全球壓力容器用碳纖維市場體量呈加快增長態(tài)勢。決定氫能應用的關(guān)鍵在于安全、高效、經(jīng)濟、節(jié)能的氫能儲運技術(shù)，高壓氣態(tài)儲氫是目前應用更廣、技術(shù)更成熟的儲氫技術(shù)。在四種高壓氣態(tài)儲氫瓶中，Ⅰ和Ⅱ型氣瓶重容較大，儲氫密度低，用于車載供氫系統(tǒng)效果并不理想；Ⅲ和Ⅳ型可用于車載儲氫，其中Ⅳ型瓶在國外尤其是在汽車領(lǐng)域已成功商用。而我國受制于碳纖維材料性能與纖維纏繞加工等工藝水平，目前還在大力發(fā)展Ⅲ型瓶。

據(jù)勢銀（TrendBank）調(diào)研統(tǒng)計，2021 年中國市場氫燃料電池汽車車載供氫系統(tǒng)出貨 3675 套，同比 2020 年增長 51.42% ；車載儲氫瓶出貨量為 27368 支，同比增長 102.43 %。

《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（ 2021-2035 年）》提出，到 2025 年，氫燃料電池車輛保有量約5萬輛，部署建設(shè)一批加氫站。截至 2020 年底，全國氫燃料電池汽車保有量 7352 輛，全部為商用車。要達到規(guī)劃目標，2025 年產(chǎn)銷量至少達到 2 萬輛。預計到 2025 年，高壓氣態(tài)儲氫瓶用碳纖維需求將大幅增長，壓力容器領(lǐng)域碳纖維消費量將達 8600 噸，2021-2025年均增長率在 30% 以上。

體育休閑一直是我國碳纖維消費主力市場，未來該領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)發(fā)揮碳纖維市場穩(wěn)定器和壓艙石的作用。加上航空航天、建筑補強、輕量化等方面的需求，預計 2025 年我國碳纖維需求量將達 10 萬噸。

04

行業(yè)產(chǎn)能大幅擴張

碳纖維國產(chǎn)替代持續(xù)推進

從全球碳纖維市場的份額劃分看，國際碳纖維市場為日、美企業(yè)所壟斷。在小絲束碳纖維市場上，日本企 業(yè)東麗、東邦、三菱三家公司合計所占有的市場份額為全球產(chǎn)能的 49%。大絲束市場上，日本東麗旗下的卓爾 泰克為全球主要的大絲束供應商，占據(jù)了 58%的全球市場份額，其次是占比 31%的德國 SGL，和占比 9%的日 本三菱，其他企業(yè)僅占剩余的 2%。

碳纖維應用廣泛，整體可按軍工、民用、工業(yè)大絲束對國內(nèi)外企業(yè)進行對標分析。

1）軍工：國內(nèi)光威復材、中簡科技可以對標美國赫氏，在軍工領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。

2）民用：中復神鷹產(chǎn)品系列可以較好地對標日本巨頭東麗，在 T700/T800 方面優(yōu)勢明顯。

3）工業(yè)大絲束：上海石化定位大絲束，目前已經(jīng)試制成 48K 大絲束，未來有望 對標美國卓爾泰克。

4）吉林化纖系企業(yè)：形成了碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的全面布局，凱美克專業(yè)生產(chǎn) 1K、3K 小絲束，定位軍工與民用航空航天，吉林國興定位大絲束，吉林碳谷+吉林化纖實現(xiàn)了 T400 級民用市場的優(yōu)勢地位。

日本東麗對中國斷供，疊加疫情影響海運受阻，國內(nèi)碳纖維廠商迎來進口替代發(fā)展機遇。從供給結(jié)構(gòu)來看，我國碳纖維國產(chǎn)化率從 2016 年的 18.41%快速提升至 2021 年的 46.89%，2021 年較 2020 年提升 9 個百分點。

2021 年，全球碳纖維運行產(chǎn)能為 20.76 萬噸，其中國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能 6.34 萬噸，占全球總產(chǎn)能的 30.5%，首次超過美國成為全球更大產(chǎn)能國。據(jù)賽奧碳纖維統(tǒng)計，2021 年新增產(chǎn)能中，吉林化纖集團擴產(chǎn)步伐較大，新增 產(chǎn)能近 16,000 噸；常州新創(chuàng)碳谷新入行，新建產(chǎn)能 6,000 噸；卓爾泰克在墨西哥新建 3,000 噸；中復神鷹在西 寧基地新增 6,000 噸，寶旌增加 2,000 噸，東邦增加 1,900 噸。

從各碳纖維企業(yè)的擴產(chǎn)計劃來看，行業(yè)產(chǎn)能在近兩年將迎來大幅擴張。根據(jù)賽奧碳纖維的統(tǒng)計，目前進行 中的擴產(chǎn)項目有：吉林化纖 27,000 噸（2022 年完成），寶旌 21,000 噸（2023 年完成），中復神鷹 14,000 噸（2023 年完成），上海石化 12,000 噸（2023 年完成），新創(chuàng)碳谷 12,000 噸（2022 年完成），光威包頭 4,000 噸（2022 年 完成）。

此外，還有部分企業(yè)宣布了“十四五”期間的長線擴產(chǎn)計劃，共計 20 萬噸左右。行業(yè)進入者逐漸增加 并計劃擴建萬噸級別的碳纖維，短期內(nèi)將使得行業(yè)更為分散，但長期中有助于激發(fā)企業(yè)創(chuàng)新，從而實現(xiàn)國產(chǎn)替代。

預計 2022-2023 年是當前規(guī)劃產(chǎn)能密集落地的時點，到 2025 年國內(nèi)落地的碳纖維總產(chǎn)能或?qū)⑦_到 19.38 萬 噸，其中吉林化纖集團（含吉林國興、吉林寶旌）、中復神鷹、光威復材、上海石化預計達到 6.08、2.75、1.37、1.35 萬噸。

寫在最后

雙碳戰(zhàn)略下，風電、光伏和氫能的發(fā)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(nèi)碳纖維企業(yè)以新的發(fā)展機遇。

2015年-2021年，碳纖維行業(yè)國產(chǎn)化率由15%逐漸提升至47%，產(chǎn)能已經(jīng)占到市場約21%的份額。國海證券測算，2025年國內(nèi)碳纖維需求有望達到15.9萬噸，對應市場空間232億元，已經(jīng)超過了2021年碳纖維的整體市場規(guī)模。

在風電、光伏、新能源車等碳中和核心賽道上，我國已經(jīng)占據(jù)了產(chǎn)業(yè)鏈的主導位置，而在與其緊密相連的碳纖維賽道，國產(chǎn)碳纖維彎道超車的“奇點”也即將到來。

本文來源：巨潮WAVE，價值目錄，中國化信咨詢