自1942年杜邦公司發明聚丙烯腈（PAN）纖維技術的很多年間，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定性被人們所稱道，通常應用于各種高大上的航空航天設備以及昂貴的體育休閑用品：美國的小型固體洲際戰略導彈“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、玻纖一樣實現大規模應用。

這一固有的行業困境在近些年迎來新的轉機。

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業的應用引燃了需求，碳纖維的規?；瘧脠鼍暗靡詫崿F突破。

在碳中和的數條關鍵賽道當中，風電行業需要使用碳纖維的材料用作風電葉片；氫能行業需要使用碳纖維材料作為燃料電池儲氫瓶方便運輸；光伏行業需要使用碳纖維材料取代石墨，用于單晶硅爐內的碳氈功能材料、保溫桶、護盤等關鍵部件。

包括新能源車行業也一直在期待碳纖維價格下降到合理區間，可以用來減少自重、提升續航。

整個過程又恰好伴隨著國內企業的崛起。正如在家電、電子產品、光伏等多個領域發生的一樣，國內企業往往以較低的價格占領市場，同時大大拓寬下游應用規模，加速整個行業的成長。

如果說此前數十年碳纖維的應用是一直是從1-10的話，在雙碳戰略和國產化的浪潮下，碳纖維正迎來從10-100及“中國制造”的新階段。正如2021年中國紡織工業聯合會副會長端小平在一次化纖行業會議上做出的判斷：“以碳纖維為代表的高性能纖維將開啟黃金時代?！?/p>

01

風光氫領域需求驅動下

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）在高溫環境下裂解碳化形成的碳主鏈結構高性能纖維材料，其含碳量在 90%以 上。碳纖維具有質輕、高強度、高模量、導電、導熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數小等優異性能，是 目前已大量生產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、交通建設等領域廣泛應用。

根據原絲種類的不同，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，同時擁有優異的成品品質和優良的力學性能，是目前應用領域較廣，產量也較大的一種碳纖維，占據市場 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域。大絲束碳纖維因粘連、斷絲等現象較多，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勢，是生產和應用效率高，可以大幅度實現低成本的目標，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、航空航天等領域。

2014 年碳纖維前五大應用領域分別為航空航天、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。2015 年丹麥風電巨頭維斯塔斯采用全新的葉片設計，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?；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高位，海上風電、陸上低風速風場建設將推動葉片大型化，進一步驅動大絲束碳纖維在風電葉片領域的消費快速增長。預計到 2025 年，我國碳纖維在風電葉片領域的消費量將達 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模應用，產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。

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，帶動市場規模高速擴容。

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

碳纖維在風電領域的規?；瘧?，主要歸功于風電整機龍頭維斯塔斯。作為風力發電設備生產商，維斯塔斯在風電領域創新性的使用大絲束碳纖維，促進了風電領域碳纖維需求的快速增長。

CWEA數據顯示，2015-2021年間，全球風電領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，國內光伏企業隆基、晶科、中環、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、高技術、以及體育休閑用品；后者是工業級大絲束，價格低，主要應用于土木建筑、交通運輸和能源等行業。

雖然產品價值低，但風電、壓力容器等工業領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?；蛢r格下降的臨界點，其工業用途將會爆發式增長，并取代國防、航空、體育消費等，成為其更大的發展驅動力。

《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10萬噸經歷了60年，而下一個10萬噸可能僅需要6年。

對于國內碳纖維企業而言，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，市場快速爆發之外，企業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，由于國內碳纖維產線偏低端、工藝不完善，造成生產成本高企，加之下游競爭激烈，大部分碳纖維企業處于虧損狀態，生存狀態較為艱難。

近兩年由于下游風電需求旺盛造成供應緊張，國內市場碳纖維價格持續上升，產品產銷兩旺、供不應求，企業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了全面盈利。碳纖維行業的國產化率也由2015年15%逐漸提升至2021年47%，行業迎來了黃金時代。

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，隨著國內先進碳基復合材料制備技術的發展，先進碳基復合材料成為降低硅晶體制備成本、提高硅晶體質量的更優選擇，正逐步形成在晶硅制造熱場系統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主要集中在中國。2020 年我國碳/碳復材領域對碳纖維消費量為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勢。決定氫能應用的關鍵在于安全、高效、經濟、節能的氫能儲運技術，高壓氣態儲氫是目前應用更廣、技術更成熟的儲氫技術。在四種高壓氣態儲氫瓶中，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，目前還在大力發展Ⅲ型瓶。

據勢銀（TrendBank）調研統計，2021 年中國市場氫燃料電池汽車車載供氫系統出貨 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 %。

《氫能產業發展中長期規劃（ 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。要達到規劃目標，2025 年產銷量至少達到 2 萬輛。預計到 2025 年，高壓氣態儲氫瓶用碳纖維需求將大幅增長，壓力容器領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，未來該領域將繼續發揮碳纖維市場穩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

行業產能大幅擴張

碳纖維國產替代持續推進

從全球碳纖維市場的份額劃分看，國際碳纖維市場為日、美企業所壟斷。在小絲束碳纖維市場上，日本企 業東麗、東邦、三菱三家公司合計所占有的市場份額為全球產能的 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，其他企業僅占剩余的 2%。

碳纖維應用廣泛，整體可按軍工、民用、工業大絲束對國內外企業進行對標分析。

1）軍工：國內光威復材、中簡科技可以對標美國赫氏，在軍工領域優勢明顯。

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

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

4）吉林化纖系企業：形成了碳纖維產業鏈的全面布局，凱美克專業生產 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+吉林化纖實現了 T400 級民用市場的優勢地位。

日本東麗對中國斷供，疊加疫情影響海運受阻，國內碳纖維廠商迎來進口替代發展機遇。從供給結構來看，我國碳纖維國產化率從 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，全球碳纖維運行產能為 20.76 萬噸，其中國內碳纖維產能 6.34 萬噸，占全球總產能的 30.5%，首次超過美國成為全球更大產能國。據賽奧碳纖維統計，2021 年新增產能中，吉林化纖集團擴產步伐較大，新增 產能近 16,000 噸；常州新創碳谷新入行，新建產能 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。

從各碳纖維企業的擴產計劃來看，行業產能在近兩年將迎來大幅擴張。根據賽奧碳纖維的統計，目前進行 中的擴產項目有：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，還有部分企業宣布了“十四五”期間的長線擴產計劃，共計 20 萬噸左右。行業進入者逐漸增加 并計劃擴建萬噸級別的碳纖維，短期內將使得行業更為分散，但長期中有助于激發企業創新，從而實現國產替代。

預計 2022-2023 年是當前規劃產能密集落地的時點，到 2025 年國內落地的碳纖維總產能或將達到 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

雙碳戰略下，風電、光伏和氫能的發展，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，也給了國內碳纖維企業以新的發展機遇。

2015年-2021年，碳纖維行業國產化率由15%逐漸提升至47%，產能已經占到市場約21%的份額。國海證券測算，2025年國內碳纖維需求有望達到15.9萬噸，對應市場空間232億元，已經超過了2021年碳纖維的整體市場規模。

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

本文來源：巨潮WAVE，價值目錄，中國化信咨詢