東麗10年前對行業(yè)的判斷過于樂觀，但是未來可能中國會推動這種樂觀
碳纖維的應用場景廣泛，主要是交通領域輕量化帶來的節(jié)能減碳以及新能源產品帶來的輕量化高強度需求。
歷史上東麗預測2020年碳纖維行業(yè)需求達到14萬噸，但實際上2020年全球需求約10.69萬噸，即使考慮2020年開始的疫情對各領域需求的影響，東麗當年對行業(yè)需求的估計仍顯樂觀。
盡管如此，我們并不懷疑未來行業(yè)需求的空間，我們認為隨著中國碳纖維生產能力與成本的趕超，疊加上下游產業(yè)鏈配套（主要是復合材料創(chuàng)新工藝與成本下降），碳纖維行業(yè)下游需求有望加速擴張。
碳纖維作為“21世紀新材料之王”
應用范圍廣闊
碳纖維已廣泛應用在航空航天、風電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復合材料、交通建設等領域。從全球市場來看，2020年碳纖維需求的前三大應用領域依次為風電葉片、航空航天和休閑體育。
具體而言，風電葉片需求量最大，需求量為3.06萬噸，較2019年增長20%，保持快速增長趨勢，2020 年需求量占比達29%。其次是航空航天，需求量為1.65萬噸，全球新冠疫情對航空業(yè)造成不利影響，民用客機主要生產廠家對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域為體育休閑，需求量為1.54 萬噸，較2019年增長3%，需求量占比為14%，主要使用在高爾夫球桿、自行車架、釣魚竿、球拍、曲棍球棍等高端休閑體育市場
據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，2025/2030年全球碳纖維需求可達20/40萬噸。
我國碳纖維應用結構與全球相比差異大
國產替代加速
從應用結構來看，2020年我國碳纖維主要用于風電和體育休閑領域，航空航天在我國占比較少。具體而言，風電葉片應用最大，在我國應用占比41%，需求量為20000噸，但這一領域所用的碳纖維大都是進口產品，客戶也基本上是國外公司；其次是體育休閑，占比為30%，需求量為14600噸；航空航天在我國的應用僅為1700噸，占比為3.5%
從國產替代角度來看，2020年國產碳纖維18500噸，占總需求的38%，相比2019年的12000噸，增長率為54.2%，連續(xù)2年超過30%的高速增長；2018年增長率為21.6%
據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，2025年我國碳纖維需求可達15萬噸，2030年30萬噸可期。
短期：光伏行業(yè)高景氣，帶動碳/碳復材高增速,5年CAGR30%可期
光伏硅棒制備熱場材料短期高增速
碳/碳復材主要應用于剎車盤、航天部件、熱場部件三大市場，其中剎車盤、航天部件市場需求基本保持平穩(wěn)，熱場部件主要應用于單晶拉制爐、多晶鑄錠爐熱場系統(tǒng)中，單晶拉制爐、多晶鑄錠爐用于光伏和半導體晶硅制造，受益于光伏市場高速增長，熱場部件需求量迅速增長，導致2020年我國碳碳復合材料碳纖維需求量同比增長150%。熱場部件屬于耗材，受下游光伏行業(yè)的增長以及碳碳復材在熱場系統(tǒng)中滲透率提升，碳碳復材需求有望保持快速增長。據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，2025年全球范圍內碳碳復材碳纖維需求量達18565噸，2020~2025年CAGR為30%
碳/碳復合材料替代石墨復合材料，未來市場空間廣闊。我國晶硅制造熱場材料行業(yè)起步較晚，光伏行業(yè)發(fā)展前期，其單晶拉制爐、 多晶鑄錠爐熱場系統(tǒng)部件材料主要采用國外進口的高純、高強等靜壓石墨。隨著國內先進碳基復合材料制備技術的發(fā)展，先進碳基復合材料成為降低硅晶體制備成本、提高硅晶體質量的最優(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。
中期：國產大絲束突破，風電用碳纖維有望持續(xù)爆發(fā)
風電市場的碳纖維無論是國內還是全球，都是最大的市場，據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，目前全球市場風電用碳纖維需求約為3萬噸，我國占了2萬噸，但是這個領域兩頭在外（碳纖維+應用用戶）的程度大約是85%，隨著未來國產大絲束的突破，國產替代率有望大幅上升，2025年全球風電葉片碳纖維的需求量將增至10萬噸，我國風電用碳纖維需求量將達5.5萬噸。
風電用碳纖維的增長邏輯在于：1）碳中和背景下，風電市場的高景氣；2）陸上風電轉移到海上風電，風機葉片的大功率化和大型化成為必然，玻纖已無法適用于大尺寸風電葉片，碳纖維在性能方面可實現(xiàn)對玻纖的完美替代。
維斯塔斯22年7月專利到期，GE、Siemens以及國內廠商放量確定，25年前行業(yè)規(guī)模有望擴3倍以上；這部分需求增量國內主要由吉林碳谷、光威內蒙古、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商擴產滿足。
長期：氫能產業(yè)潛力巨大，打開碳纖維需求天花板，需求連年翻倍
當下主要有四種儲氫方式：高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、有機液體儲氫，固體材料儲氫。其中高壓氣態(tài)儲氫是目前應用最廣，技術最為成熟的方式，高壓氣態(tài)儲氫應用領域可分為三類：運輸端、加氫站端、燃料電池車端。燃料電池車載儲氫瓶是車載儲氫最主要的設備，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。
碳纖維是儲氫罐最為主要的材料，據美國DOE數(shù)據，儲氫罐成本占比超過50%，乘用車儲氫罐單車用量為75kg，商用車儲氫罐單車用量為320kg，結 合《中 國 氫 能 產 業(yè) 發(fā) 展 報 告2020》，2025/2030氫 燃 料電 池 汽 車10/100萬輛的規(guī)劃，我們測算得出2025/2030年我國儲氫罐用碳纖維需求量可達1.62/9.43萬噸。據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，全球范圍內壓力容器碳纖維需求2025/2030年可達2.19/18萬噸。
我國體育休閑行業(yè)碳纖維需求量大，且產品以小絲束為主，高爾夫球桿、自行車和釣魚竿為主要應用方向。全球近90%的碳纖維體育器材加工在中國大陸和中國臺灣完成，2020年國內體育用品領域碳纖維需求量為1.55萬 噸，占國內需求總量的30%，較2019年增長4%。體育休閑領域產品類別廣泛，對碳纖維的需求呈現(xiàn)高低端并存的局面，國內需求主要以T300級、 T700級為主，包括少量 T800 級和高模量產品。規(guī)格以 3K、12K 等小絲束為主，需求種類較多。
體育休閑領域碳纖維需求增長較為穩(wěn)定，近年來保持3%~5%的穩(wěn)定增長趨勢，據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，2025年全球體育休閑碳纖維需求達2萬噸，2020~2025年CAGR為5%。
20世紀70年代至今，國外軍用飛機從最初將復合材料用于尾翼級的部件制造發(fā)展到今天用于機翼、口蓋、前機身、中機身、整流罩等多個部位。
碳纖維復合材料在民用飛機上用量不斷提升，新機型波音787已達50%。20 世紀80年代開始，碳纖維復合材料 開始應用在客機上的非承力構件。早期的A310、B757和B767上，碳纖維復合材料的占比僅為 5%~6%。隨著技術的不斷進步，碳纖維復合材料逐漸作為次承力構件和主承力構件應用在客機上， 其質量占比也開始逐步提升。據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，2025年全球航空航天碳纖維需求達2.63萬噸。
國內按照軍用與民用進行拆分，軍用未來增長率約為20%~25%，民用受益于國產大飛機的突破，有望進一步刺激我國高附加值碳纖維應用。
按照美國能源部和其他部門和機構的數(shù)據發(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%。可以看出，汽車輕量級是減少燃料消耗并保護環(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，它具有優(yōu)異的機械性能， 環(huán)境耐候性，尺寸穩(wěn)定性，可設計性，高吸力效率和減震，并開發(fā)具有開發(fā)前景的輕質材料。
與量產汽車行業(yè)相比，在中國軌道交通車輛結構的應用有可能是首先大量使用國產碳纖維的工業(yè)領域。
汽車及軌道交通的后續(xù)復合材料工藝多，應用技術難度大，低成本復合材料工藝的創(chuàng)造是未來汽車與軌道交通能否放量的關鍵點，據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，2030年全球碳纖維需求可達9~10萬噸。
新型的碳纖維功能材料主要有：1）燃料電池的氣態(tài)擴散層（GDL）；2）液流電池的電極材料的碳氈（石墨氈）；3）替代鉛酸電池的鉛板電極的碳氈板；4）替代鋰離子電池的能量密度的多微孔碳纖維材料；5）預氧氈+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是，在碳纖維這個微米尺度上的納米化，包括了碳纖維單絲上生長碳納米管，碳納米纖維，在碳纖維的單絲中形成納米孔隙等。這是一個納米物質宏觀化的優(yōu)良途徑，碳纖維的功能應用前景極其廣闊，理應引起國內各種研究機構的高度重視。
文章來源 | 申萬宏源研究
鄭嘉偉
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