抢抓“碳达峰”历史机遇 加快气凝胶产业快速成长

王本力

新材料产业是制造强国的基础，是高新技术产业发展的基石和先导。作为新材料之一的气凝胶，空隙率可达到90%以上，多孔结构衍生出优异的绝热、吸声、吸附性能，同时不同骨架组分赋予了气凝胶在纳米尺度下出色的光学、电学、磁学和生物学性能，可广泛应用于国防军工、航空航天、石油和天然气、化工、热能工程、热工设备、交通运输、家用电器、高铁、新能源汽车、舰船、建筑等诸多领域，是未来这些领域实绿色低碳发展和产品品质升级的关键材料，曾被《科学》杂志列为未来10大潜力新材料之一，是“一个可以改变世界的材料”。在国家政策支持和市场引导下，近十年我国气凝胶产业快速发展，气凝胶被列入国家重点新材料产品目录，研发和产业化与发达国家开始“并跑”，部分产品指标高于美国产品，产能位居世界第1，应用场景不断拓展，广东、浙江、贵州、重庆等省市因地制宜，开创了具有地方特色的气凝胶产业。在国家对新材料日益重视和碳达峰对节能减碳日趋严格的大背景下，气凝胶如何抢占先机，成为关注的热点。

1 产业整体处于成长期前期

当前，气凝胶应用场景不断增加，产品应用不断扩宽，技术研发速度加快，专利申请量与专利申请人数量急剧上升，产品价格不断降低，行业进入企业不断增多，但是尚没有一家企业形成稳固的龙头地位。总体判断，气凝胶产业整体处于成长期的前期。

1.1 产业规模总体不大，市场应用迅猛增速

发达国家对绿色发展日益重视，成为推动全球气凝胶市场增长的关键。2019年底，欧盟制订了《欧洲气候法》草案，以立法形式明确到2050年实现“碳中和”，并发布了《可持续欧洲投资计划》《欧洲新工业战略》，明确了欧盟未来工业绿色发展的重点。此外，随着气凝胶材料的进步和創新、产品生态效益意识的提高、气凝胶新应用的不断拓展，以及亚太市场的发展，特别是我国气凝胶产业的壮大，气凝胶行业发展显著加快，详见图1所示。Allied Market Research研究报告显示，2013—2020年全球气凝胶市场规模从2.2亿美元增加到近20亿美元，年均复合增长率高达 36.4%。2015—2020年，我国气凝胶市场规模从3.3亿元增加到37.16亿元，年均复合增长率达到61.1%，市场增速远超国际平均水平。

1.2 规模化生产以二氧化硅（SiO2）气凝胶为主，新型气凝胶逐渐开始应用

气凝胶超高的孔隙率使其在力学、热学、电学、光学、声学等方面均表现出独特的性能，具有一般固态材料所不具有的低折射率、低热导率、低声阻抗等物理特性，在众多领域内展现出广阔的应用前景。表1列举了气凝胶在几大重要领域内的应用。目前，SiO2气凝胶研发、生产、应用最为成熟，成功应用于石油天然气、工业、建筑隔热、汽车、航空航天、电子等领域，2019年占据全球69%的市场份额。随着有机气凝胶、碳气凝胶在电子、半导体、超级电容器、油吸附等领域的应用，新型气凝胶市场份额将逐步增大。Allied Market Research研究显示，2025年全球气凝胶市场规模有望超过200亿美元，年均复合增速达到60%，在绝热保温材料市场占比由2020年的3%增加到2025年的21%。

1.3 进入企业不断增多，美欧中3地“并跑”

美欧日对气凝胶的研究和应用起步较早，在材料研发、规模化生产、多领域应用以及市场开拓方面均处于全球领先，其主要研究机构有：美国LLNL实验室、JPL实验室、SNL实验室、加州理工学院、阿斯彭（Aspen）公司，德国的维尔茨堡大学、巴斯夫（Basf）公司、Desy公司，法国蒙特派利尔材料研究中心，瑞典Lund公司，日本高能物理国家实验室，韩国延世大学等。重点企业有Aspen公司、Cabot公司等，Aspen公司是全球最大的气凝胶生产企业，Cabot公司是第一家在室温下生产气凝胶并使之商业化的公司。我国在气凝胶研发、生产方面与国际先进水平同步，某些指标高于美国产品，应用市场也不少于美国，主要研究机构有：南京工业大学、同济大学、国防科技大学、清华大学、厦门大学、浙江大学、哈尔滨工业大学以及中科院，已形成广东埃力生高新科技有限公司（Alison）、浙江纳诺科技有限公司（NanoHightech）、贵州航天乌江机电设备有限责任公司（Wujiang electromech equip）等行业领先企业。全球主要气凝胶企业见图2。

1.4 市场逐渐向亚太转移，我国市场全球增速最快

近年来，亚洲和其他地区气凝胶市场占比逐步增加，北美和欧洲气凝胶市场占比减少。2012—2017年，北美气凝胶市场在全球占比由55%下降到49%，欧洲气凝胶市场的全球占比由24%下降到17%，而亚洲气凝胶市场的全球占比由13%上升到23%。Global Industry Analysts数据显示，2020—2027年，中国、加拿大、德国、日本气凝胶市场的年均复合增长率分别为22.3%、16%、14.8%和13.4%。

2 将迎来快速成长的历史机遇

2.1 需要新材料核心技术全面突破时代已经到来

材料是国民经济建设、社会进步和国防安全的物质基础，是产业结构优化升级和制造业高质量发展的前提，是催生战略性新兴产业的物质先导。新材料已成为决定国家竞争力的关键领域和核心技术。从国内看，面对高质量发展下产业升级和消费升级加快的需求，材料基础支撑作用不足日益显现。从国际看，面对复杂严峻的国际环境，关键核心技术“要不来、买不来、讨不来”成为共识。加快发展新材料将成为今后一段时期我国补齐发展短板，提升产业基础能力和产业链现代化水平的重要着力点，高端新材料核心技术全面突破时代已经到来。

2.2 政策支持力度不断加大推动气凝胶逐步走向成熟

“十二五”期间，国家发展和改革委员会（简称“国家发改委”）在《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011）》中将纳米多孔气凝胶材料列为优先发展的新材料产业，工业和信息化部将SiO2气凝胶列入《新材料产业“十二五”重点产品目录》，国家发改委2014年将气凝胶相关产品列入《国家重点节能低碳技术推广目录》，开始了对气凝胶的初步推广应用。

“十三五”期间，气凝胶先后被列入国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、“国家质量基础的共性技术研究与利用”重点专项——优势特色领域重要国际标准研究以及《加快建材新兴产业发展重点产品导向目录（2016年版）》《战略性新兴产业分类（2018）》《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》。《建材工业发展规划（2016—2020年）》将“高性能、低成本的气凝胶、无机真空绝热板等制备和应用技术”列为重点培育技术。2018年9月1日，我国首个国家推荐标准《纳米孔气凝胶复合绝热制品》正式实施。同年，工业和信息化部将纳米孔SiO2气凝胶岩棉复合保温板列入《军用技术转民用推广目录》。2017年和2018年，南京工业大学牵头成立中国绝热节能材料协会气凝胶分会，建成国内首个“建筑材料行业气凝胶材料重点实验室”。

2020年施行的《产业结构调整指导目录（2019年版）》中，气凝胶节能材料被列入鼓励类。最新版的《工业企业技术改造升级投资指南》提出，重点推进高性能热防护材料技术向工业和建筑节能减排技术领域转化，如低成本納米孔高效隔热保温材料及应用关键技术，加强原材料、制备工艺、专用设备等方面的系统研究，实现纳米孔隔热材料低成本化，并在工业和建筑节能领域推广应用。

2.3 全面绿色低碳发展为气凝胶产业提供了前所未有的机遇

在全球积极应对气候变化背景下，2020年9月22日，中国领导人在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话中宣布：“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。党的十九届五中全会《建议》和2021年政府工作报告提出：扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案，“十四五”单位GDP能耗和CO2排放分别降低13.5%、18%。工业、交通、建筑、能源等领域成为节能减碳的关键。在加快推动绿色产业的趋势下，未来5年中国将加快发展以科技含量高、资源消耗低、环境污染少为目标的绿色制造。中国绿色发展潜力、碳达峰需求和气凝胶新技术、新产品供给的深度融合，有望产生更广泛的应用场景和应用需求。气凝胶作为超级绝热材料，发展机遇前所未有。

3 实施产品品质提升和应用领域拓展“双轮驱动”

从2001年美国Aspen公司开始SiO2气凝胶产业化至今，20年来全球气凝胶产业已走过了研发期、导入期，正逐步走向快速发展的新阶段。但气凝胶产品价格高、产量低、质量参差不齐，仍是制约大规模应用的关键。未来，通过全产业链融合创新，进一步降低SiO2气凝胶成本、丰富产品种类，同时开发新型气凝胶，实现气凝胶的大规模、高品质量产，为下游应用提供材料保障成为行业高质量发展的基础。整合行业资源、联合上下游龙头企业，加强上下游协同，加快产品设计技术和应用技术突破，充分发挥气凝胶优异特性，使全社会认识气凝胶、认可气凝胶，进一步扩大应用领域，成为行业高质量发展的关键。

3.1 大力提升SiO2气凝胶品质，夯实主流产品供给

聚焦主流SiO2气凝胶产品，进一步降低生产成本，简化干燥工艺，强化力学性能和功能化改性，提升施工性能，推动SiO2气凝胶研发设计、生产应用、检测认证全产业链发展。重点开发耐高温型、低温型、复合型SiO2气凝胶产品，丰富密度、尺寸、厚度、导热系数等产品规格，开发高端装备及防辐射、吸油、储能等特殊用途型气凝胶产品，增加可直接应用的定制化气凝胶、复合保温结构。配套发展改性剂、高性能纤维等原辅料产品，以及成型复合设备及配套工装。

3.2 加快新型气凝胶研发，满足新兴应用领域需求

针对超高温绝热，含油、染料、重金属离子等废水吸附治理、大气污染物过滤，电极材料、催化、生物医用、热管理等新应用领域，突破选择性设计、改性修饰、规模化量产等关键技术，重点研发氧化铝（Al2O3）、二氧化钛（TiO2）、氧化锆（ZrO2）新型氧化物气凝胶，聚丙烯纤维气凝胶、聚酰亚胺气凝胶等有机气凝胶，碳气凝胶和石墨烯气凝胶、过渡金属氧化物气凝胶、生物质气凝胶以及复合型气凝胶。

3.3 做好设计和应用衔接，有序开拓下游应用市场

在工业绝热保温应用领域，气凝胶绝热复合材料具有提高保温效果显著、减少施工空间明显、安全防火性高等特性，并且已经得到用户的认可和应用，应优先推动气凝胶绝热复合材料在工业绝热保温领域的大规模推广。当前气凝胶绝热复合材料在建筑保温的领域还处于初步探索阶段，产品价格仍然较高，且相应的应用技术及配套的施工工艺仍然缺乏，但未来建筑节能市场需求潜力大，应加快推动气凝胶绝热复合材料在建筑领域的应用。受“碳达峰”倒逼，绿色产业将迎来快速发展的历史机遇，气凝胶产品将逐步进入节能环保、装备制造、电子等领域，未来市场不可估量，应重点培育气凝胶在高端领域的新应用，抢占未来产业发展制高点，加快气凝胶产品隔声、吸附等“非热”特性的应用示范。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.02.005