目前國內(nèi)車載瓶主要采用的是35MPa的III型瓶，碳纖維的性能參數(shù)各大廠家均對(duì)標(biāo)日本東麗，應(yīng)用在高壓氣瓶領(lǐng)域?yàn)門700、T800以及少量的T720系列，碳纖維絲束一般為24K；使用12K碳纖維時(shí)，通過增加碳纖維股數(shù)的方法達(dá)到相同的工藝要求，成本就會(huì)相應(yīng)增加。

III型瓶的20MPa、35MPa氣瓶，IV型瓶的20MPa、35MPa、70MPa均使用T700級(jí)別的碳纖維。在70MPaIII型瓶，通常使用級(jí)別更高的T800、T720級(jí)別碳纖維，由于東麗的封圍只能使用韓國曉星的產(chǎn)品。

東麗封圍了約1年的對(duì)華出口，目前進(jìn)口碳纖維以韓國曉星TH2550為主，其產(chǎn)品性能*，纏繞工藝性好，使用在35MPa、70MPa壓力等級(jí)較高的纏繞氣瓶。國外封圍恰恰是國產(chǎn)碳纖維替代的良好契機(jī)，也是近年國產(chǎn)化替代快速增長的重要原因。原以為到2025年進(jìn)口與國產(chǎn)持平，現(xiàn)在看起來，國內(nèi)主要碳纖維企業(yè)都已經(jīng)上市或正在準(zhǔn)備上市，所以產(chǎn)能擴(kuò)張很快，預(yù)計(jì)到2022年國產(chǎn)碳纖維與進(jìn)口量就可以持平。

圖1 我國碳纖維進(jìn)口與國產(chǎn)量變化情況

目前國內(nèi)氫瓶碳纖維供應(yīng)商主要有中復(fù)神鷹、光威復(fù)材和中安信可以達(dá)到氣瓶纏繞的要求，不過目前依然以小絲束為主，而且供不應(yīng)求，T700價(jià)格基本上都在200元/kg以上，如果上到T800價(jià)格就要翻十倍。

不過，國產(chǎn)碳纖維還存在產(chǎn)品穩(wěn)定性差，毛紗率高，纏繞工藝性差的問題，大多使用在20MPa的纏繞等級(jí)上，35MPa的壓力等級(jí)也有使用，但在70MPa等級(jí)使用較少。且除中復(fù)神鷹外，其余品牌的國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)量較低，可使用的廠家不多。

III型瓶和IV型瓶的差異在內(nèi)膽材料的工藝和性能上。中集安瑞科的工程師于海泉說：“從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，同樣壓力的III型瓶和IV型瓶材料成本差別不大，主要成本差異在工藝上，因?yàn)?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">IV型瓶塑料內(nèi)膽不需要熱處理，且成型更加容易，所以比鋁制內(nèi)膽的成本更低。問題是，國內(nèi)IV型瓶需要解決材料耐疲勞性和溫度適應(yīng)性的難點(diǎn)和痛點(diǎn)。解決這些問題就需要攤銷成本，所以目前價(jià)格比較高。”

70MPa與35PMa的成本差異在閥門上，于海泉說，雖然三個(gè)70MPaIV型瓶的閥門成本達(dá)不到20萬，但目前也有差不多10萬左右，這也是非常高的成本，因?yàn)?0MPa的儲(chǔ)氫瓶要求閥門承受的壓力更大，集成度更高，所以現(xiàn)在的閥門成本包括了研發(fā)費(fèi)用，研發(fā)階段沒有規(guī)模，因此閥門的成本很高，未來規(guī)模化生產(chǎn)成本有很大的下降空間。

于海泉說，目前國內(nèi)IV型瓶開發(fā)之所以難是因?yàn)橐恍┢髽I(yè)操之過急，總希望產(chǎn)品的儲(chǔ)氫密度能夠達(dá)到極位，超越水平，但研發(fā)是需要有積累的，儲(chǔ)氫密度的提升、塑料內(nèi)膽對(duì)高溫、低溫的適應(yīng)性都是研究IV型瓶需要解決的痛點(diǎn)，這也成為研發(fā)階段的成本。

因?yàn)闅馄繘]有補(bǔ)貼，所以，市場(chǎng)就需要承擔(dān)這一部分研發(fā)費(fèi)用，從已經(jīng)比較成熟的產(chǎn)品來看，即使現(xiàn)在還沒有規(guī)模，成熟產(chǎn)品的價(jià)格也不算太貴，國富氫能招股說明書顯示，公司2019年-2021年氣瓶平均價(jià)格分別為8.84萬元/套，12.43萬元/套、13.78萬元/套，只是，因?yàn)榻鼛啄赇N量沒有突破，同一規(guī)格的產(chǎn)品價(jià)格也沒有下降。

表1 國富氫能儲(chǔ)氫瓶價(jià)格

數(shù)據(jù)來源：國富氫能招股說明書

如果采用70MPaIV型瓶，短期內(nèi)因?yàn)檠邪l(fā)費(fèi)用成本上升，但長期來看，IV型瓶成本低于III型瓶。

表3 2021年不同用途的碳纖維比例與價(jià)格

碳纖維材料具有高強(qiáng)度、低質(zhì)量密度的特征，是人類材料應(yīng)用的一次革命，但長期以來，碳纖維就像是一個(gè)貴族，只能用于”奢侈“領(lǐng)域，如*工領(lǐng)域和體育休閑用品。近年來隨著大絲束技術(shù)的突破和新能源領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用，碳纖維綜合成本呈下降趨勢(shì)。

這是一個(gè)發(fā)展極其漫長的行業(yè)，國際市場(chǎng)從發(fā)明碳纖維到產(chǎn)業(yè)化經(jīng)歷了上百年，我國上世紀(jì)60、70年代就開始了碳纖維的研究，但中途因?yàn)楦母镩_放而中斷，直到2003年后才進(jìn)入新的發(fā)展階段，而且相關(guān)企業(yè)都有非常深厚的沉淀，通過技術(shù)積累和工藝上的進(jìn)步推動(dòng)行業(yè)的進(jìn)步。

前幾年國內(nèi)丙烯腈市場(chǎng)處于供不應(yīng)求，2019年新建產(chǎn)能逐步釋放 ，截止2021年7月，國內(nèi)丙烯腈產(chǎn)能共計(jì)258.9萬噸/年，在建項(xiàng)目190萬噸。

近年來，碳纖維民用市場(chǎng)對(duì)大絲束碳纖維需求快速增長。大絲束碳纖維通常指碳纖維根數(shù)在48000 根即(48k)以上的纖維束，包括50000(50k)、60000(60k)、120000(120k)、360000(360k)等，而小絲束碳纖維指纖維根數(shù)小于48k 的碳纖維束，如1000(1k)、3000(3k)、12000(12k)、24000(24k)等。

相比小絲束，大絲束碳纖維的優(yōu)勢(shì)，就是在相同的生產(chǎn)條件下可大幅度提高碳纖維的單線產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的低成本化。而且在復(fù)合材料制備過程中的鋪層效率也更高，生產(chǎn)成本卻能降低約30%以上。民用聚丙烯腈原絲是制備大絲束碳纖維的原絲，通常原絲價(jià)格約為制備碳纖維成本的 50~60%左右，因此，大絲束碳纖維的售價(jià)可以控制到小絲束碳纖維的50%-60%左右。

如從工藝上，吉林碳谷濕法紡絲技術(shù)的紡速已經(jīng)逐年從紡速55m/min升到100m/min，是一個(gè)逐年進(jìn)步的過程。

上海石化自2016年5月開始研發(fā)48K大絲束原絲試驗(yàn)，2018年4月稱突破了48K大絲束碳纖維，于2021年1月4日舉辦開工儀式建設(shè)2.4萬噸大絲束原絲、1.2萬噸48K大絲束碳纖維項(xiàng)目。

上海石化工程師黃翔宇說：“從12K小絲束到48K大絲束，并不是把噴絲口數(shù)量從1.2萬個(gè)放大到4.8萬個(gè)這么簡單，中間要走過一條十分艱難的攻關(guān)之路，這需要深厚的科研理論作指導(dǎo)，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作支撐，才能解決很多關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)，從量變到質(zhì)變的飛躍。”

即使這樣，林剛認(rèn)為，上海石化的產(chǎn)業(yè)化也還需要三年左右才能夠滿足市場(chǎng)的需求。民用市場(chǎng)有很大的發(fā)展空間，壓力容器是非常重要的增長點(diǎn)，但林剛說，未來碳纖維一定要走大絲束、高性能和低成本的路線，而且他認(rèn)為碳纖維行業(yè)會(huì)出現(xiàn)分化，因?yàn)橐恍┢髽I(yè)不在正確的路上。

為什么值得投入呢？因?yàn)閮?chǔ)氫瓶是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。以中集合思康的產(chǎn)能規(guī)劃為例，公司一期產(chǎn)能規(guī)劃10萬只瓶子對(duì)碳纖維的需求就是4000噸，這相當(dāng)于國內(nèi)一家中等規(guī)模企業(yè)一年的產(chǎn)量。

2021年中國市場(chǎng)車載儲(chǔ)氫瓶出貨量為30284支，同比增長122.43%，如果按照每個(gè)瓶子40kg計(jì)算，對(duì)碳纖維的需求是1211.36噸，如果達(dá)到2025年5萬輛車，每個(gè)車8個(gè)瓶，那么就是16000噸；2030年達(dá)到100萬輛車，如果40%商用車，60%乘用車，我們可以用40*8*40+60*2*25來模擬計(jì)算，則中國市場(chǎng)未來幾年車載瓶對(duì)碳纖維的累計(jì)需求達(dá)到15.8萬噸，而到2021年，全球碳纖維的需求也只有11.8萬噸。

而我們還只算了國內(nèi)市場(chǎng)的車載瓶，為了提高氫氣運(yùn)輸量，現(xiàn)在長管拖車已經(jīng)開始用到碳纖維纏繞瓶，而一輛碳纖維的長管拖車要用到一噸以上的碳纖維，如果按照一輛長管拖車服務(wù)50輛燃料電池汽車計(jì)算（現(xiàn)在差不多30輛），則2025年就需要1000輛管束車，如果50%采用碳纖維，未來三年長管拖車帶來的需求就是500噸，而到2030年管束車需要的碳纖維需求估計(jì)在6000噸以上。

林剛預(yù)測(cè)2025年壓力容器對(duì)碳纖維的需求22810噸，如果到2030年增長10倍，則碳纖維的需求量就是22.81萬噸。

顯然，碳纖維材料和閥門的高性能、低成本是推動(dòng)儲(chǔ)氫瓶規(guī)模化的條件，反過來，只有規(guī)模化和碳纖維材料的“平民化”才能讓碳纖維材料和閥門有更大的發(fā)展空間。從2014年-2021年，因?yàn)闈M足市場(chǎng)需求的碳纖維總體上處于供不應(yīng)求，市場(chǎng)價(jià)格一直都很高，碳纖維的價(jià)格只有通過技術(shù)上突破提高大絲束碳纖維的比例，才可能降低成本進(jìn)入更大的民用市場(chǎng)。

數(shù)據(jù)來源：根據(jù)廣州賽奧碳纖維技術(shù)股份有限公司《全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》整理。

文章來源：產(chǎn)業(yè)觀察者   作者：鄭賢玲

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