气凝胶原料成本分析及功能性硅烷市场情况

产业链或加速脱瓶颈
气凝胶自20世纪30年代发明以来一直是研究人员的宠儿，但在应用端却并没
有得到普及。

究其原因是气凝胶的技术不够成熟、成本过高。

目前我们看到国内在
气凝胶原料成本和工艺技术上或有巨大突破，因此看好气凝胶这一次的完全崛起。

原料成本有望下降
硅基气凝胶产业链
图表
目前产业化程度最高的气凝胶为硅基气凝胶，其生产成本主要集中在原料硅源、
干燥设备折旧和能耗三块，换言之气凝胶的成本下降需要在这三方面发力。

图表气凝胶产业链成本分布
二氧化硅气凝胶的制备过程首先要得到二氧化硅凝胶，再通过干燥手段使气体
取代凝胶中的液相从而形成气凝胶。

目前，生产原料有两种。

一种是无机硅源，包括
水玻璃（硅酸钠）和四氯化硅，另一种是有机硅源，包括正硅酸甲酯（TMOS，又称四
甲氧基硅烷）和正硅酸乙酯（TEOS，又称四乙氧基硅烷）等功能性硅烷。

其中，有机硅源纯度高，工艺适应性好，可以适配超临界干燥以及常压干燥工
艺，但有机硅元作为原料的缺陷是价格高，目前国内外采用超临界干燥工艺的企业
基本上都是采用有机硅源。

无机硅源相对更加廉价，但长期以来应用较少。

一方面
是由于无机硅源只能应用于常压干燥技术，常压法发展还较不成熟；另一方面，以
水玻璃为硅源的气凝胶制备过程中需要大量水洗凝胶中的钠盐，而钠盐的水溶液难
分离，造成大量的废水难以处理，处理不当可能会造成大面积的土地盐碱化。

因此，目前最主流产业化生产路线是正硅酸酯为原料结合超临界干燥工艺的生
产过程。

图表有机硅源和无机硅源对比
正硅酸甲酯、正硅酸乙酯均属于功能性硅烷。

通常将主链为Si-O-C结构的有机
硅小分子统称为功能性硅烷。

功能性硅烷按用途分类可以分为硅烷偶联剂和硅烷交
联剂。

硅烷交联剂可以分为脱酸型、脱酮肟型和脱醇型三种。

制作气凝胶的正硅酸
甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷等属于脱醇型交联剂。

我国是世界最大的功能性硅烷生产、出口与消费国。

尽管中国功能性硅烷2019年产能占全球功能性硅烷产能的69.1%，位居第一，也是最大的出口国以及主要硅烷消费国。

图表 正硅酸甲酯和正硅酸乙酯是常见的两种有机硅源
据 MarketsandMarkets 报告，全球功能性硅烷市场规模从 2015 年的 13.3 亿美元增至 2020年的17亿美元，CAGR 为5%。

其中亚太地区硅烷需求强劲，是推动全球硅烷市场增长的主要因素。

中国作为世界主要硅烷消费国，将引领亚太地区硅烷市场的发展。

2019年全球功能性硅烷产能约为62.1万吨/年，产量约为 43.9万吨。

功能性硅烷主要用于橡胶加工、粘合剂、复合材料等领域。

图表 功能性硅烷全球消费结构
名称
正硅酸甲酯
正硅酸乙酯
化学结构式
价格(99%纯度)17500元/吨
11000-15000元/吨
图表我国是世界最大的功能性硅烷生产、出口与消费国
但我国硅烷以含硫硅烷为主。

交联剂主要依赖进口，因此导致有机硅源成本高
昂。

随着中国未来硅烷交联剂产能的大幅提升，自给率将会逐渐提升，从而降低气
凝胶的生产成本。

图表 出口硅烷情况
图表 进口硅烷情况
未来，在安全和环保要求持续收紧、供给侧改革持续推进的背景下，硅烷企业将朝着大型化、一体化和区域化的趋势发展。

随着新能源汽车、复合材料和表面处理等新兴市场需求的壮大成熟，预计到2023年，我国硅烷总产量将达到39万吨，与2019年相比，年均复合增长率为9.6%。

图表 含硫硅烷是我国功能性硅烷产量最大的品种
2019
年，我国出口的硅烷品种主要为含硫硅烷，主要出口去向为美国、印度、韩国、日本、荷兰等国家或地区。

同时，我国进口的硅烷品种主要为环氧基硅烷及交联剂，主要来自美国、日本和德国。

32%
9%
丙烯酰氧基
其他6%
另外国内常压干燥技术也在进步，未来不再是制约无机硅源的瓶颈。

四氯化硅大部分为多晶硅副产物。

据头豹研究院数据显示，每生产1千克多晶硅将产生10-15千克四氯化硅。

而四氯化硅随着多晶硅产能的陆续投放，原料供给充足。

图表多晶硅的生产路线副产SiCl4
中国多晶硅产量连续七年位居全球首位。

2020年中国多晶硅产量为39.2万吨，同比增长14.6%，约占全球产量的73%。

由于下游光伏产业高速发展，硅料长期处于供不应求的局面，自2017年起多家硅料企业均开启多晶硅产能扩张，2015-2020年中国多晶硅年产量从16.5万吨增长至39.2万吨，复合增速18.9%，同时中国多晶硅产量占全球比例连年上升。

预计在2021-2025年间，多晶硅料产量仍将处于高速增长期。

按照复合增长率20%,预计到2025年我国多晶硅年产量将达近100万吨，副产的四氯化硅就将达1000万～1500万吨。

原材料充足以及产业链一体化的形成将有效降低气凝胶材料成本中枢，在市场上的替代效应更为明显。