【干貨分享】全球新材料產業前瞻
時間：2018-05-04 16:58 來源：上海市科學學研究所 作者：中國3D打印網 閱讀：次
新材料是信息、制造、新能源、節能環保等各產業轉型發展的物質基礎，受到了了各國政府的普遍關注。據不完全統計，目前已經由超過20個發達國家或新興國家出臺了同新材料產業相關的新興產業發展戰略，同新材料產業相關的各類科研和產業計劃已經超過100項。在我國，新材料產業是七大戰略新興產業和“中國制造2025”十大重點發展領域之一，近年來發展迅速，總產值從2010年的0.65萬億元快速發展到2016年的2.6萬億元，年復合增長率超過25%。
新材料產業涵蓋的產品種類繁多，功能應用、市場現狀差異極大。世界不同國家新材料的發展戰略、優勢領域甚至統計范疇都存在較大差異。據工信部等四部委聯合發布的《新材料產業發展指南》顯示，我國在“十三五”期間將重點發展先進基礎材料、關鍵戰略材料、前沿新材料三大方向。
五大發展熱點
氣凝膠：爆發式增長可期
國內的氣凝膠產業基本和國外同步發展。據國際咨詢機構AlliedMarketResearch預測，氣凝膠的國際市場規模將從2015年的4.02美元迅速增長至2020年的19億美元，復合增長率可達36.4%。圣諾節能統計稱2014年國內氣凝膠市場規模為1.82億元，國內產量和進口產品分別為8500立方米和1500立方米；2015年國內產能突然爆發，實際生產了19600立方米，進口了約1000立方米，市場規模達到3.30億元。預計到2020年，國內市場將達到37.16億元，復合增長率高達61.1%。
全球氣凝膠市場規模預測數據來源：中國產業信息網
氣凝膠一直被主要用于新型保溫材料，比傳統絕熱材料具有更加優秀的隔熱性能和耐腐蝕、長壽命等優點。由于成本較高，以往的主要市場目標為航空航天、核電、艦船、軍工等高精尖領域，市場空間有限。Freedonia研究公司報告稱2015年全球保溫材料市場高達436億美元，氣凝膠僅占其中的不到1%。目前氣凝膠產業整體上仍處于早期發展階段，研發活躍、產品價格處于快速降低通道。一旦價格接近某一臨界點，氣凝膠將會迅速引起革命性變化，大規模侵占其他保溫材料的市場空間，形成難以預料的爆發增長態勢。目前某些工業應用場合，采用氣凝膠材料的工程總造價已經逐步接近傳統保溫材料的水平。我國氣凝膠產業技術發展基本處于國際一線水平，兼之我國節能環保政策的嚴格推行，未來五到十年內國內氣凝膠市場有較大概率達到臨界點，全面占有我國高達1200億元規模的保溫材料市場。
除了保溫應用外，氣凝膠在吸附催化、消音隔音、絕緣、防爆、藥物緩釋、體育用品、海水淡化、儲能、科學研究等領域都擁有廣闊的應用前景，同樣值得投資關注。
3D打印材料（增材制造材料）：值得開始關注
3D打印為代表的增材制造具有快速成型、節約材料、通用性好、適于數字化、易于加工復雜工件的特點，越來越成為智能制造中的重要環節，在近些年也取得了高速發展。美國3DSystem公司早在2013年就測算未來材料部分將成為3D打印行業最大的利潤來源。而目前材料的市場規模占整個3D打印產業的37%，也確實是打印材料、打印設備和打印服務三大環節中附加值最高的一環。全球知名企業發展咨詢公司Frost&Sullivan發布報告預測到2020年全球3D打印材料及配方市場收入將增至9.204億美元；另一家市場調研公司ZionResearch則測算全球3D打印材料市場將以15%的復合增長率快速發展，并在2020年達到14億美元水平。據中國3D打印技術產業聯盟預測，2020年中國的3D打印市場規模將達到400億左右，按照37%的比例計算，相應的國內3D打印材料市場則會達到148億元。目前我國3D打印材料嚴重依賴國外進口，但國內已經有企業開始涉足這一領域。
目前各類塑料仍然在所有3D打印材料中占據主導地位。其中，尼龍的市場規模最大；ABS樹脂技術成熟、型號豐富，應用最為普遍；從玉米淀粉、土豆等生物質中提取的聚乳酸（PLA）則因其綠色環保的優勢也逐漸推廣；光敏樹脂獨特的選擇性固化性能使其具有巨大的市場潛力。此外各種陶瓷、金屬粉末也有少量尖端應用。尤其是金屬粉末，雖然銷售數量較少，但高昂的價格使其占據了所有3D打印材料銷售總額的80%。隨著3D打印的應用場景不斷擴展，還需要探索更多不同性能的3D打印材料，例如聚醚酰亞胺（PEI）、聚芳醚酮（PAEK）、碳纖維增強材料、硅膠、石墨烯等。在我國的《新材料產業發展指南》中就明確指出要重點研究鈦合金、高溫合金、鋁合金等高品質金屬粉末，高分子聚合物，氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化鋁、氮化硅等陶瓷粉末、片材，以及細胞/材料復合生物“墨水”等生物增材制造材料。這些方向都是我國3D材料產業的投資機會。
石墨烯：亟待產業升級
石墨烯從誕生之初就被認為極有可能帶動一場席卷全球的新產業革命，受到了各主要工業國家的高度重視。近年來我國各級政府陸續出臺了多項支持政策，國家領導人也多次在不同場合表示關注。在此刺激下我國石墨烯產業經歷了一次爆發式增長，規模已經迅速增長到全球首位。截止到2016年8月，我國從事石墨烯研發、生產、應用等相關企業數量超過400家，約占全球石墨烯企業數量的四分之三；在2015年當年我國申請的石墨烯技術專利就達到了2200件，占全球相關專利數量的三分之一。中國石墨烯產業技術創新聯盟預計至2020年石墨烯產業鏈初步成型，全球市場規模達到1000億元水平，其中中國占比將達到50%至80%。
2010年前/后申請的全球石墨烯相關專利數量對比 資料來源：英國知識產權專利局
但中國石墨烯產業快速發展的背后，仍然存在極大隱憂。一方面是低端化、同質化問題嚴重。一些生產線號稱有數百噸的生產能力，但大都是均勻度差的多層、粉體產品，很難找到市場，能夠實現盈利的企業不多。據統計目前我國全國石墨烯粉體原料產能已達7000噸，可實際產量在100噸左右，投產率僅為1.4%。
另一方面，相對于看似龐大的產能規模，石墨烯的下游應用尚未打開。缺乏帶隙的問題始終無法解決，導致石墨烯尚看不到成為新一代半導體基材的可能；被寄予厚望的柔性觸屏導電膜目前仍不成熟，重慶搶先推出的“石墨烯屏”手機的顯示性能存在較大缺陷；石墨烯電池的概念雖然市場宣傳火熱，但其中石墨烯主要起改善電極性能的作用，并不能對電池整體性能產生革命性影響，且添加量很低，實際市場規模有限。目前國內廠商實際參與的主要應用仍然是導電漿液、功能涂料等較為低端的產品。
未來我國的石墨烯產業究竟會如預計一樣引領全球，還是如同當年的光伏產業一樣曇花一現，其關鍵在于產業發展能否快速由目前的“量變”切換為“質變”：在上游開發CVD等高端生產設備，防止以往集成電路、精密加工等產業被卡脖子的窘境；在中游攻關大尺寸、單晶、單層、高均勻度的石墨烯產品及其儲存、轉移技術；在下游繼續致力于導電膜、散熱膜等產品的實用化，并大力開發在傳感器、復合材料、智能服裝等領域的新的應用。這些也是石墨業領域未來投資的主要方向。不久前無錫惠山國家高新技術創業服務中心就明確表示招商時“已經不再考慮石墨烯制備企業”，轉而尋求應用開發類項目。
碳纖維：加速進口替代
長期以來，世界碳纖維市場被日、美等發達國家占據。2015年全球碳纖維產量為7.4萬噸，其中日本企業占到了74%。我國的碳纖維產業也一直處于落后追趕局面。據中國化學纖維工業協會統計，2015年我國的碳纖維產能已經接近2萬噸，但大多為性能和性價比都不高的低端產品，實際產量僅有3700噸，不到全國1.6萬噸總需求量的零頭，主要用于自行車、高爾夫球棒和釣魚竿等體育休閑用品。還有超過1萬噸的碳纖維產品，尤其是航天裝備、大飛機、風電葉片等高端需求仍然需要進口途徑解決。此外涉及軍工等敏感應用領域的高性能產品更是處于被嚴密封鎖狀態，2013年就曾有中國商人在美國被控告非法采購高性能碳纖維。
經過長期的潛心發展，近年我國碳纖維產業發生了一系列突破進展。2016年，中復神鷹碳纖維有限公司的千噸級T800原絲生產線正式投產，并且采用的是世界先進的干噴濕紡技術。2017年初天順化工也在自產千噸級原絲的基礎上生產出了低成本的T800級碳纖維產品，成本僅為國際價格的三分之一。經測試國產T800碳纖維的性能不輸于日本東麗公司的產品，而且在個別技術參數上具有優勢。多個公司還在布局未來3到5年內T1000、T1200級別以及MJ系列高模量碳纖維的研發生產。這些進展表明我國碳纖維產業已經開始逐步接觸中高端產品的市場領域，并且具備了同進口產品競爭的能力，具有廣闊的進口替代空間。
由于汽車輕量化、航空航天、新能源等領域的拉動，多個機構都對未來碳纖維市場的發展給出了樂觀判斷。廣州賽奧碳纖維技術有限公司根據海關和市場數據預測至2020年，全球碳纖維市場需求將達到13.1萬噸，國內需求將達到近3萬噸；前瞻產業研究院則估計屆時全球需求達到9萬噸，國內需求達到2.5萬噸。廣闊的市場空間同我國碳纖維產業的崛起勢頭相結合，未來我國碳纖維市場將持續成為投資熱點。
鋰電池材料：競爭激烈
在鋰電池中的成本中，四大核心材料的占比接近40%：正極材料18%，負極材料7%，電解液10%，隔膜4%。鋰電池最主要的下游應用領域包括消費電子、新能源汽車和儲能。其中，消費電子市場已趨近飽和，自2011年后增速逐漸放緩。鋰電池主要的市場增長動力已經逐漸過渡到新能源汽車和儲能兩個領域。2016年，全國電池企業鋰離子產品主營業務收入2824億元，同比增長33.3%，實現利潤總額235.6億元，同比增長73.5%。中投顧問產業研究中心通過計算新能源汽車增長數量預測2020年我國新能源汽車用鋰電池市場規模有望達到66GWh，占鋰電池整體市場的50%。屆時我國鋰電池材料的市場規模也可以相應達到132GW水平，大致對應21.1萬噸正極材料、14.5萬噸負極材料、13.2億平方米隔膜以及11.9萬噸電解液，均近2倍于2015年的產量。而按照臺灣產業技術研究院的統計，2015年全球正極材料產量達到17.4萬噸，按照27%的復合增長率計算到2020年世界正極材料產量將達到57.5萬噸。
全球及中國正極材料產能預測 資料來源：日本產業研究所
目前正極材料中三元材料的市場需求尚未滿足，而鐵基材料接近飽和。目前大量廠商已經看到這一趨勢，開始提前布局相關產業。我國共有200多家正極材料生產企業，但廠家產品同質化嚴重，集中于中低端市場。高端市場則被日韓等國的企業控制。據不完全統計，近一年內我國新規劃了19個三元鋰電池電極材料項目，其中公布了產能數據的16個項目的總產能就達到60萬噸，已經超過了2020年全球正極材料的預期需求。
負極材料的技術較為穩定，仍以石墨類為主，鈦酸鋰、金屬合金、硅碳合金等新型負極材料短期內仍不夠成熟。2015年全球鋰電池負極材料市場份額前六名的企業依次是貝特瑞、日立化成、杉杉股份、三菱化學、日本碳素和日本JFE，六家企業之和約為全部市場70%。中日企業大致相當。
鋰電池隔膜的產能主要集中于日本旭化成、東麗-BSF、韓國SKI以及美國的Celgard四家公司，其市場份額之和超過60%。由于技術難度和市場壁壘原因，我國企業尚未形成規模企業，仍有進口替代空間。
2015年，全球電解液整體產量為11.1萬噸，同比增長34.3%。其中，中國電解液產量為6.9萬噸，同比增長52.7%。我國電解液產能增長速度明顯高于全球。多氟多、天津金牛等國內企業的市場占有率穩步提升。
中國軍團正迅速成長
長期以來，我國材料產業一直給人以低端、落后的整體印象，“低價賣資源、高價買產品”的現象在很多材料領域都有發生。這在很大程度上是由于以往的研發積累不足、產業發展不充分導致的，因此在一些傳統、既有的材料產業更加明顯。而新近出現的一些新材料則回避了“補課”的難題，中國材料產業在這些新領域能夠甩掉先天不足的包袱，同國外競爭者站在同一起跑線上開展競爭，并且迎來了彎道超車的機遇。石墨烯、氣凝膠等材料在中國的產業發展和國外同步開展。尤其是我國的石墨烯產業已經在專利、產量、企業數量等多個方面已經居于世界領先位置，
此外，在以碳纖維為代表的一些長期重點攻關的新材料領域，我國相關產業也在近些年取得了重要突破，整體產業由低端逐步向高端升級的趨勢明顯，原有的國外廠商占據壟斷地位的市場格局有面臨重新洗牌的可能。
美好前景隱藏風險
同其他直接面向產品的產業不同，材料產業自身的發展極度依賴下游的產業應用進展。對各種新材料未來市場發展趨勢的預期都是基于對其可能的應用場景的判斷。因此材料的應用研發滯后、下游應用開發滯后，甚至新型替代材料的出現都會帶來巨大的不確定性，并導致目前的預測難以實現。事實上，目前石墨烯在集成電路、柔性顯示等重大應用上還未解決關鍵性問題；氣凝膠要在實際產品中實現實驗室理論性能、并進一步降低成本也仍需大量研發工作。未來的廣闊市場能否如約而至仍然有待事實的檢驗。
在另一方面，國內各地“一窩蜂”式的缺乏統籌考慮的擴張產能也會為新材料產業的健康發展帶來隱患。尤其是在市場應用尚不明朗的情況下重復建設低端產能更無益于豪賭。有光伏產業的前車之鑒，對新材料產業的投資應當更加關注產品品質的提升、下游應用的開發和上游關鍵設備的研制，而非對某個熱門材料本身的概念炒作。
(責任編輯：admin)
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