储氢瓶上的黑色黄金——碳纤维及其市场
随着对人口的增长和环境问题的关注，碳纤维将成为推动汽车用压力容器的关键因素。氢燃料车对储氢瓶既有极高的安全性要求、又有轻量化要求，碳纤维成为最佳选择。使用碳纤维复合材料的储气瓶重量比钢瓶减少70%左右。此外，碳纤维行业的发展能够有效解决氢能运输的困难。碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料通过使用碳纤维和环氧树脂包裹的塑料内衬组成的 IV 型储罐，为零排放燃料电池汽车提供了压缩氢气的轻质存储。
储氢瓶上的黑色黄金：碳纤维
高压气态储氢，低温液化储氢和液、固体储氢是氢燃料电池汽车储氢系统的技术解决路径。现阶段，气态氢储存是最成熟和主要应用的储氢技术，具有存储及取用快、能量损耗低和成本低的优点。
作为储氢的容器储氢瓶，根据最早美国能源部DOE在2002年提出的（Hydrogen storage vessels classification）定义，可分为四种：铬钼钢储氢瓶（I型）、钢质内胆纤维环向缠绕瓶（II型）；高压气态储氢主要采用铝内胆纤维缠绕瓶（III型）、塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型）。I型和II型只要用于加氢站等固定式储氢应用，而III型和IV型则应用于国内、国际车载储氢。III型和IV型气瓶除内胆材料不同外，都采用碳纤维全缠绕工艺，碳纤维重量占比最高可达57%，因工作压力高，对碳纤维的规格要求也高。
碳纤维是一种含碳量在 90%以上的碳主链结构无机纤维，通过高温分解法去除除碳以外绝大多数元素，由有机纤维（聚丙烯腈基（PAN）、沥青基、粘胶基纤维等） 在 1000℃高温以上的惰性气体中裂解碳化制成，其中全球 90%以上的碳纤维是由 PAN制成。
碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，强度高（强度约为钢的10倍）、模量高、密度小（密度为钢的1/5、铝合金的1/2）造就其轻量化的特点。除此之外， 碳纤维还具备耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、耐高温、电及热导性高等特点。因为碳纤维拥有超群的综合性能，被誉为“材料之王”和“黑色黄金”。作为现代工业中不可或缺的高科技新型材料，碳纤维被广泛应用于航空航天、新能源装备、汽车、体育用品、交通运输、工程器械、医疗器械、建筑及其结构补强等领域。
根据中科院宁波材料所特种纤维事业部的数据，氢能商用车携带4个储氢瓶，单个储氢瓶碳纤维用量约 80Kg；乘用车携带2个储氢瓶，单瓶碳纤维用量为 37.5kg。在燃料电池汽车示范应用政策的推动下，我国氢燃料电池汽车保有量将会逐步增加，从而带动碳纤维需求的大幅提升。
进击的碳纤维：高端碳纤维市场供不应求
2020年全球压力容器用碳纤维用量仍持续增长，目前，压力容器领域用碳纤维最具发展前景的方向为储氢气瓶领域的使用。
据赛奥碳纤维统计，2020年全球碳纤维需求量增至10.69万吨，预计2025年全球碳纤维需求量将达到20万吨，复合年化增长率为13.35%。2020年全球压力容器用碳纤维用量8800吨，较2019年增长19%；中国用量2000吨，较2019年增长33%。根据现有中、美、日、韩等国氢能发展规划推算，2025年全球燃料电池汽车预计销售100万台；到 2030年全球燃料电池汽车大约300-400万台，相应的碳纤维需求量18万吨，未来十年CAGR（复合年均增长率）超过35%。
目前我国碳纤维在需求端仍以进口为主，但国产碳纤维占比不断提升。2016年我国进口碳纤维占总体需求量的81.6%，2020年这一占比下降至62.1%。
从2021年初开始，日本东丽开始收紧碳纤维供应，国内供应商在优先满足航天军工领域应用需求的前提下，仅有少部分产品可以供应气瓶市场。而国内主流气瓶生产企业的碳纤维主要依赖进口，近两年才逐渐开始国产化小批量替代，国内主要的碳纤维供应商有中复神鹰（688295）、光威复材（300699）、中简科技（300777）等。
中复神鹰
中复神鹰碳纤维股份有限公司（以下简称“中复神鹰”）成立于2006年，如今已成长为国内碳纤维行业的领导企业，系统掌握了T700级、T800级碳纤维千吨规模生产技术以及T1000级的中试技术，在国内率先实现了干喷湿纺的关键技术突破和核心装备自主化，率先建成了千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线。
在压力容器方面，中复神鹰产品主要用于天然气和氢气储罐、高压储气罐、压缩天然气燃料罐、火箭发动机等领域。目前，产品已通过德国劳埃德船级社（GL）风电产品认证，应用于储氢气瓶、风电拉挤板材等领域。
3月16日，中复神鹰发布了《首次公开发行股票并在科创板上市招股意向书》，根据该文件可知，随着碳纤维产品市场价格上涨，中复神鹰的销售收入和盈利能力均持续上升，2019 年、2020年和2021年1-6月分别实现净利润2,615.11万元、8523.18万元和12078.67万元。同时，预计2022年第一季度公司营业收入为 40000.00万元至45000.00万元，较上年同期增长186.37%至222.16%。
该意向书指出，中复神鹰2021年万吨级干喷湿纺高强型碳纤维关键技术及产业化项目通过了中国纺织工业联合会，项目建成了万吨规模干喷湿纺高性能碳纤维生产基地，产品已广泛应用于氢能、太阳能、风能等新兴战略领域，总体技术达到国际先进水平。
光威复材
威海光威复合材料股份有限公司（以下简称“光威复材”）是专业从事高性能碳纤维及复合材料研发和生产的高新技术企业。
2021年12月末，光威复材发布公告称，其全资子公司威海拓展纤维有限公司（下称“威海拓展”）与客户A签订了三个供货合同，涉及某某型号碳纤维、某某型号碳纤维织物，三个合同合计金额20.97亿元左右，占上市公司最近一个会计年度经审计营业收入的99.15%，合同履行期限为2022年1月1日至2024年6月30日。
中简科技
中简科技股份有限公司（以下简称“中简科技”）成立于2008年4月，座落于江苏省常州国家高新区新北工业园区，为承担国家863项目“国产T700级碳纤维工程化建设”而创立，注册资本3.6亿元。主营业务为高性能碳纤维制造；碳纤维、复合材料及相关产品的开发、技术服务和技术咨询。
2021年7月，中简科技签下一笔超6亿元的订单。公告显示，中简科技签订碳纤维、碳纤维织物订货合同，合同金额6.36亿元，合同履行期限为2021年至2022年。
3月14日，中简科技发布公告称，签订碳纤维、碳纤维织物订货合同，合同金额达21.69亿元，占上市公司最近一个会计年度经审计营收的556.94%，合同履行期限为2022年至2023年。
2020 年度，这三家公司的碳纤维产量、销量及碳纤维业务收入对比情况如下：
双碳政策刺激下游需求，市场空间仍然具有扩张前景。“需求量的快速提升将带动我国碳纤维市场规模不断扩张，尤其是应用在航空航天领域的高性能碳纤维会成为国内市场的主要增长来源。”一位碳纤维行业人士表示，根据相关预测，国内市场上，国产碳纤维比重有望在2025年之前超过进口碳纤维。
碳纤维作为高压储氢瓶的关键材料，随着其国产化替代的进程加速，我国储氢罐将不断提升高压复合储氢罐的承压能力和质量储氢密度，使之向高压力及轻量化的趋势发展。
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审核：李虹 编辑：戴欣馨联系邮箱：daixinxin@acmi.org.cn
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