材料成本差异率公式举例,从35MPa到70MPa

张强律师法律头条 2022-11-17 18:53:47

导读：材料成本差异速率公式例如，从35MPa到70MPa。郑仙灵几乎所有人对燃料电池车成本的购买都集中在燃料电池上，包括“以奖代补”的八件，也集中在燃料电池系统和核心部件上。车载供氢

材料成本差异速率公式例如，从35MPa到70MPa。

郑仙灵

几乎所有人对燃料电池车成本的购买都集中在燃料电池上，包括“以奖代补”的八件，也集中在燃料电池系统和核心部件上。车载供氢系统占燃料电池汽车的14%。以现在的成本，如果35MPaIII瓶换算成70 MPa AIV瓶，车载储氢系统/[不过车载储氢系统没有补贴。如何通过市场化的路径减少储氢瓶成本，成为产业链中非常重要的问题。

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“氢瓶成本降不下来，燃料电池车很难普及”

成本永远是氢能应用推广的门槛。从交通运输来看，燃料电池成本衰落的路径已经非常清晰，空压机、循环泵等配套部件的规模经济也已经显现。示范期间的补贴是为了帮助相关企业从R&D阶段过渡到产业化发展阶段。燃料电池成本从4000元/kW降到1000元/kW是可以的。

目前国内示范车基本都是35MPa的III型瓶，瓶阀和气瓶技术比较成熟，成本在可控范围内。而国际市场上使用的基本都是欧美日韩的70MPa静脉注射瓶。如果储氢瓶达不到70MPa，不仅与国际燃料电池公司相比没有竞争优势，与锂电池相比也无法体现续航里程的优势。现在示范期主要是测试燃料电池的性能，但要真正进入产业化，必须使用70MPa的气瓶。

其实目前储氢瓶，尤其是70MPa的III型和IV型瓶的成本也很高。也就是说，燃料电池汽车的成本除了燃料电池的规模之外，还需要经历从目前国际市场上35 MPa的III型瓶到70 MPa AIV瓶的过渡阶段。

在最近的一次燃气设备展上，一家气瓶公司的员工忧心忡忡:“气瓶成本降不下来，燃料电池车很难普及。”他指着公司展台上的静脉注射瓶对我说:“你看，这三个70MPa的静脉注射瓶要50多万，成本太贵了。仅阀门的成本就花了20多万。市场怎么能接受呢？”

一般都是销售部门的员工来参展，我还是第一次遇到对自己产品没有信心的员工。也许是因为我是一个内部人员而不是一个客户，所以我坦诚地告诉我开发该公司IV瓶的难度。也许因为这个员工纯粹是销售人员，所以他在抱怨技术人员没有为公司设计出市场能接受的产品。

本想刨根问底，却从对方的谈吐中看不到进一步交流的机会。我只能带着这个问题回来查阅资料，继续和产业链上的技术人员交流。

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“70 MPa AIV瓶是方向，但需要突破痛点和难点”

目前国内车载瓶主要是35MPa的III型瓶，碳纤维的性能参数达到了东丽日本的标准。T700、T800和少量T720系列用于高压气瓶领域，碳纤维丝束一般为24k；使用12K碳纤维时，通过增加碳纤维股数可以达到同样的工艺要求，并且成本也会相应增加。

III型瓶的20MPa、35MPa气瓶和IV型瓶的20MPa、35MPa、70MPa气瓶均采用T700级碳纤维。在70MPaIII瓶子中，通常使用更高等级的T800和T720碳纤维。由于东丽的封锁，只能使用韩国晓星的产品。

东丽已经封锁了对中国的出口约一年。目前进口的碳纤维主要是韩国的2550。其产品性能优越，缠绕工艺好。用于缠绕高压等级为35MPa和70MPa的气瓶。国外的封锁恰恰是国内碳纤维替代的好机会，也是近年来国内碳纤维替代快速增长的重要原因。原本以为到2025年，进口会和国内一样。现在看来，国内各大碳纤维企业已经上市或准备上市，所以产能扩张很快。预计到2022年国产碳纤维和进口持平。

图1中国碳纤维进出口变化

来源:

广州赛奥碳纤维科技有限公司

目前国内氢气瓶用碳纤维供应商主要有中富申英、广维复合材料、中安信，能够满足气瓶缠绕的要求。但目前仍以小丝束为主，供不应求。T700的价格基本都在200元/斤以上，如果到了T800，价格翻十倍。

但国产碳纤维仍存在产品稳定性差、成纱率高、缠绕工艺差等问题。大部分用于20MPa的缠绕等级，35MPa的压力等级也有使用，70MPa等级的较少。除了中富申英，其他品牌的国产碳纤维产量较低，能使用的厂家不多。

III型瓶和IV型瓶的差异在于内胆材料的工艺和性能。CIMC恩里科公司的工程师于海泉说:“从产品结构上看，同样压力的III型瓶和IV型瓶的材料成本差别不大，主要是成本差异比铝瓶低，因为IV型瓶的塑料内胆不需要热处理，更容易成型。问题是国产静脉注射瓶需要解决的难点和痛点是材料的抗疲劳性和温度适应性。要解决这些问题，需要摊销成本，所以现在的价格比较高。”

70MPa和35 MPa的成本差异在阀门上，于海泉说虽然三个70MPa的AIV瓶的阀门成本不到20万，但是目前差不多有10万了，也很高成本，因为70 MPa的储氢瓶需要阀门承受更大的压力。

于海泉说，目前国内很难开发出静脉注射瓶，因为有些企业操之过急，总希望产品的储氢密度能达到极致，超越世界先进水平。但是，研发是需要积累的。储氢密度的提高和塑料内胆对高低温的适应性是IV瓶研究中需要解决的痛点，这也成为了成本在研发阶段。

因为气瓶没有补贴，市场需要承担这部分R&D费用。从成熟产品来看，成熟产品即使还没有形成规模，价格也不算太贵。郭芙氢能的招股书显示，公司2019年至2021年气瓶均价分别为8.84万元/套、12.43万元/套和13.78万元/套，但

表1中国富氢储氢瓶价格

来源:郭芙氢能招股说明书

如果采用70MPaIV瓶，短期内R&D成本成本会上升，但长期来看，IV瓶成本会低于III瓶。

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“你只管做气瓶，碳纤维成本别担心”

我查阅了几份研究报告。钱鑫在“碳纤维高压储氢瓶系列专题讨论:III型与IV型气瓶成本”和“碳纤维高压储氢瓶的结构与分析”中引用了美国能源部DOE(能源部)的研究成果，展示了35MPa和70MPa碳纤维IV气瓶成本的生产

3MPAIV、70MPaIV、35MPaIV、70MPAIV 成本分别为2865美元、3488美元、3085美元和3920美元，其中碳纤维材料占比分别为76.58%、78.01%、62.43%和65.64%。也就是说，碳纤维对氢瓶的成本起着决定性的作用。

表2 35 MPa和70MPa气瓶对比成本

来源:钱鑫《碳纤维高压储氢瓶系列专题讨论:III型与IV型气瓶对比成本。

不同模量等级碳纤维的tow 成本相差很大，航空领域使用的碳纤维材料价格远高于民用市场。但是储氢瓶是一个要求高性能低成本的应用端。实际上对碳纤维提出了更高的要求。只有大丝束碳纤维才能达到这个目的。目前能满足这一要求的供应商很少，主要是美国的Zoltek(已被东丽收购)和德国的SGL。

根据日本东丽公司的标准模量，其中24KT700S碳纤维价格最低，根据DOE提供的数据价格为20美元/公斤；高强中模量18KT800S碳纤维价格58美元/公斤；12KT1000G碳纤维的价格高达170美元/公斤。

然而，广州赛奥碳纤维科技有限公司总经理林刚说，“做好气瓶就行了，不用管碳纤维成本”林刚表示，碳纤维仍然是一个以技术为导向的行业，而成本的衰落也需要技术上的突破。

大丝束、高性能、低成本

是气瓶用碳纤维的发展方向。今年年初130元/公斤，现在110元/公斤，到今年年底或者明年差不多就能达到100元/公斤，离美国气瓶12美元成本的目标不远了。"

预计林刚碳纤维材料企业的毛利仍将有40-50%至12美元(折合人民币84元)，这主要得益于48K以上碳纤维技术的突破和规模经济。

表3 2021年不同用途碳纤维的比例和价格

数据源:

广州赛奥碳纤维科技有限公司

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推广碳纤维和阀门国产化实现70MPa气瓶的经济性

碳纤维具有高强度、低质量密度的特点，是人类材料应用的一次革命。然而，在很长一段时间里，碳纤维就像一个贵族，只能用于“奢侈品”领域，比如军工和高端运动休闲产品。近年来，随着大丝束技术的突破和在新能源领域的大规模应用，碳纤维合成成本呈下降趋势。

这是一个发展时间非常长的行业。国际市场从碳纤维发明到产业化经历了几百年。我国在六七十年代就开始了碳纤维的研究，但中途因为改革开放而中断，直到2003年以后才进入新的发展阶段。而且相关企业有非常深厚的沉淀，通过技术积累和技术进步推动行业的进步。

碳纤维的核心原料是丙烯腈。吉林碳谷招股书显示，国内丙烯腈供应商主要有中石化、中石油、江苏思邦石化有限公司等。从2019-2021年的价格走势来看，丙烯腈价格与油价波动有很强的相关性。

图2同期丙烯腈价格与国际油价走势对比

来源:wind资讯，吉林碳谷招股书。

前几年国内丙烯腈市场供不应求。2019年，新增产能逐步释放，削减

停止

2021年7月，国内丙烯腈产能合计258.9万吨/年，在建项目190万吨。

图3 2021年全球碳纤维产能及扩张计划

来源:

广州赛奥碳纤维科技有限公司

近年来，碳纤维民用市场对大丝束碳纤维的需求迅速增加。

大丝束碳纤维通常指48000根碳纤维(48k)以上的纤维束，包括50000根(50k)、60000根(60k)、120000根(120k)和360000根(360k)，小丝束碳纤维指48k以下的碳纤维束，如1000根(1k)。

与小丝束相比，大丝束碳纤维最大的优势是在同等生产条件下，碳纤维的单线生产率可大幅提高，可实现低成本的生产。而且在制备复合材料的过程中，铺层效率也较高，但产量成本可降低30%以上。民用聚丙烯腈原丝是制备大丝束碳纤维的原丝。通常聚丙烯腈原丝的价格约为碳纤维成本的50-60%。因此，大丝束碳纤维的价格可以控制在小丝束碳纤维的50-60%左右。

与小丝束碳纤维制备技术相比，大丝束在原丝、聚合、预氧化、碳化等诸多系统环节难度更大。比如生产1k、3k小丝束碳纤维的喷丝板会有1000、3000个孔，但生产50K大丝束碳纤维的喷丝板会有50000个孔，这就大大增加了技术挑战。

因此，大丝束具有高性能、低成本的特点，是碳纤维领域的“皇冠明珠”。

根据

相关数据(2019)显示，在小丝束碳纤维市场，日本企业的市场份额占全球产能的49%；在美国大丝束碳纤维市场

Zoltek

占据绝对优势，全球市场份额高达58%；其次是德国

SGL

占31%；日本排第三，占9%；这三家公司占全球大丝束碳纤维市场份额的98%，其他公司只占剩下的2%。

比如吉林碳谷湿法纺丝技术，纺丝速度从55m/min逐年提高到100m/min，这是一个逐年进步的过程。

上海石化2016年5月开始研发48K丝束原丝试验，2018年4月官方称已突破48K丝束碳纤维。2021年1月4日，建设2.4万吨丝束原丝和1.2万吨48K丝束碳纤维项目举行奠基仪式。

上海石化公司工程师黄翔宇说，“从12K丝束到48K丝束，不是把喷丝头数量从12000个扩大到48000个那么简单。中间要经过一段非常艰难的攻关之路，需要深厚的科研理论的指导和丰富的实践经验的支撑，才能解决很多关键的技术难点，实现从量变到质变的飞跃。”

即便如此，林刚认为，上海石化的工业化要满足市场需求还需要大约三年时间。民用市场发展空间很大，压力容器是非常重要的增长点。但林刚表示，未来碳纤维必须走大丝束、高性能、低成本的路线，他认为碳纤维行业会出现分化，因为有些企业没有走上正轨。

目前，新增产能主要来自中国，其中上海石化公司正在重点建设1.2万吨大型拖带项目，预计今年将实现6000吨的产能。

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储氢瓶将成为碳纤维巨大的增量市场。

为什么值得投资？因为储氢瓶是一个巨大的市场。以CIMC司康的产能规划为例。公司产能规划一期10万瓶碳纤维需求为4000吨，相当于国内一家中型企业的年产量。

2021年，中国市场车载储氢瓶出货量为30284瓶，同比增长122.43%。如果按照每瓶40kg计算，碳纤维的需求量为1211.36吨。如果2025年达到5万辆，每辆车8瓶，就是1.6万吨。2030年将有100万辆。如果用40*8*40+60*2*25可以模拟40%的商用车和60%的乘用车，那么未来几年中国市场对车用瓶体碳纤维的累计需求将达到15.8万吨，到2021年全球对碳纤维的需求仅为11.8万吨。

而且我们只统计国内市场的车载瓶。为了增加氢气的输送，现在长管拖车上已经使用了碳纤维缠绕瓶，一辆碳纤维长管拖车需要一吨以上的碳纤维。如果一辆长管拖车服务50辆燃料电池车(现在差不多30辆)，2025年将需要1000辆管束车。如果其中50%由碳纤维制成，未来三年对长管拖车的需求为500吨，而

据预测，2025年林刚压力容器对碳纤维的需求为22810吨。如果2030年增长10倍，碳纤维需求为22.81万吨。

显然，碳纤维材料和阀门的高性能和低成本是促进储氢瓶规模化的条件。另一方面，只有碳纤维材料的规模化和“大众化”，才能让碳纤维材料和瓣膜有更大的发展空间。从2014年到2021年，由于市场对碳纤维的需求普遍供不应求，市场价格一直很高。碳纤维的价格只有通过技术突破提高大丝束碳纤维的比例才能降低成本进入更大的民用市场。

表4 2014年以来全球碳纤维价格和压力容器用碳纤维价格

来源:根据广州赛奥碳纤维科技有限公司的《全球碳纤维复合材料市场报告》

根据郭芙氢能的招股说明书，车载储氢系统占燃料电池汽车的14%成本。近三年郭芙氢能车载储氢系统平均单价分别为8.84万元、12.43万元、13.38万元。碳纤维采购价格为130.06元/kg、130.87元/kg、166.03元/kg，基本代表了35MPaIII瓶车载储氢系统和碳纤维的市场价格；阀门(含加氢站用阀门)采购均价分别为1422.96元、1302.96元、1600.44元。

从35MPaIII瓶到70MPaIII瓶或IV瓶，碳纤维材料和瓶阀有一个过渡期。70MPa碳纤维目前价格130元/kg-200元/kg，大丝束未来价格84元/kg。目前35MPa瓶阀国外价格3000-4000元/件，国内1800元/件；70MPa暂时没有国产阀门。以前国外供应商的价格高达10万/件，现在有4-5万/件，最低也就22000元/件左右。武势能、汉氢动力、潘琪科技、申通新能源等国内企业正在积极研发70MPa瓶口阀。预计国产阀门有资格上车后可以降到10000元/件左右。

图4大规模生产下降趋势成本(模拟)