目前国内车载瓶主要采用的是35MPa的III型瓶，碳纤维的性能参数各大厂家均对标日本东丽，应用在高压气瓶领域为T700、T800以及少量的T720系列，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的方法达到相同的工艺要求，成本就会相应增加。
III型瓶的20MPa、35MPa气瓶，IV型瓶的20MPa、35MPa、70MPa均使用T700级别的碳纤维。在70MPaIII型瓶，通常使用级别更高的T800、T720级别碳纤维，由于东丽的封锁只能使用韩国晓星的产品。
东丽封锁了约1年的对华出口，目前进口碳纤维以韩国晓星TH2550为主，其产品性能优越，缠绕工艺性好，使用在35MPa、70MPa压力等级较高的缠绕气瓶。国外封锁恰恰是国产碳纤维替代的良好契机，也是近年国产化替代快速增长的重要原因。原以为到2025年进口与国产持平，现在看起来，国内主要碳纤维企业都已经上市或正在准备上市，所以产能扩张很快，预计到2022年国产碳纤维与进口量就可以持平。
图1 我国碳纤维进口与国产量变化情况
目前国内氢瓶碳纤维供应商主要有中复神鹰、光威复材和中安信可以达到气瓶缠绕的要求，不过目前依然以小丝束为主，而且供不应求，T700价格基本上都在200元/kg以上，如果上到T800价格就要翻十倍。
不过，国产碳纤维还存在产品稳定性差，毛纱率高，缠绕工艺性差的问题，大多使用在20MPa的缠绕等级上，35MPa的压力等级也有使用，但在70MPa等级使用较少。且除中复神鹰外，其余品牌的国产碳纤维产量较低，可使用的厂家不多。
III型瓶和IV型瓶的差异在内胆材料的工艺和性能上。中集安瑞科的工程师于海泉说：“从产品结构来看，同样压力的III型瓶和IV型瓶材料成本差别不大，主要成本差异在工艺上，因为IV型瓶塑料内胆不需要热处理，且成型更加容易，所以比铝制内胆的成本更低。问题是，国内IV型瓶需要解决材料耐疲劳性和温度适应性的难点和痛点。解决这些问题就需要摊销成本，所以目前价格比较高。”
70MPa与35PMa的成本差异在阀门上，于海泉说，虽然三个70MPaIV型瓶的阀门成本达不到20万，但目前也有差不多10万左右，这也是非常高的成本，因为70MPa的储氢瓶要求阀门承受的压力更大，集成度更高，所以现在的阀门成本包括了研发费用，研发阶段没有规模，因此阀门的成本很高，未来规模化生产成本有很大的下降空间。
于海泉说，目前国内IV型瓶开发之所以难是因为一些企业操之过急，总希望产品的储氢密度能够达到极致，超越世界先进水平，但研发是需要有积累的，储氢密度的提升、塑料内胆对高温、低温的适应性都是研究IV型瓶需要解决的痛点，这也成为研发阶段的成本。
因为气瓶没有补贴，所以，市场就需要承担这一部分研发费用，从已经比较成熟的产品来看，即使现在还没有规模，成熟产品的价格也不算太贵，国富氢能招股说明书显示，公司2019年-2021年气瓶平均价格分别为8.84万元/套，12.43万元/套、13.78万元/套，只是，因为近几年销量没有突破，同一规格的产品价格也没有下降。
表1 国富氢能储氢瓶价格
如果采用70MPaIV型瓶，短期内因为研发费用成本上升，但长期来看，IV型瓶成本低于III型瓶。
表3 2021年不同用途的碳纤维比例与价格
碳纤维材料具有高强度、低质量密度的特征，是人类材料应用的一次革命，但长期以来，碳纤维就像是一个贵族，只能用于”奢侈“领域，如军工领域和高端体育休闲用品。近年来随着大丝束技术的突破和新能源领域的规模化应用，碳纤维综合成本呈下降趋势。
这是一个发展极其漫长的行业，国际市场从发明碳纤维到产业化经历了上百年，我国上世纪60、70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年后才进入新的发展阶段，而且相关企业都有非常深厚的沉淀，通过技术积累和工艺上的进步推动行业的进步。
前几年国内丙烯腈市场处于供不应求，2019年新建产能逐步释放 ，截止2021年7月，国内丙烯腈产能共计258.9万吨/年，在建项目190万吨。
近年来，碳纤维民用市场对大丝束碳纤维需求快速增长。大丝束碳纤维通常指碳纤维根数在48000 根即(48k)以上的纤维束，包括50000(50k)、60000(60k)、120000(120k)、360000(360k)等，而小丝束碳纤维指纤维根数小于48k 的碳纤维束，如1000(1k)、3000(3k)、12000(12k)、24000(24k)等。
相比小丝束，大丝束碳纤维最大的优势，就是在相同的生产条件下可大幅度提高碳纤维的单线产能，实现生产的低成本化。而且在复合材料制备过程中的铺层效率也更高，生产成本却能降低约30%以上。民用聚丙烯腈原丝是制备大丝束碳纤维的原丝，通常原丝价格约为制备碳纤维成本的 50~60%左右，因此，大丝束碳纤维的售价可以控制到小丝束碳纤维的50%-60%左右。
如从工艺上，吉林碳谷湿法纺丝技术的纺速已经逐年从纺速55m/min升到100m/min，是一个逐年进步的过程。
上海石化自2016年5月开始研发48K大丝束原丝试验，2018年4月官方称突破了48K大丝束碳纤维，于2021年1月4日举办开工仪式建设2.4万吨大丝束原丝、1.2万吨48K大丝束碳纤维项目。
上海石化工程师黄翔宇说：“从12K小丝束到48K大丝束，并不是把喷丝口数量从1.2万个放大到4.8万个这么简单，中间要走过一条十分艰难的攻关之路，这需要深厚的科研理论作指导，丰富的实践经验作支撑，才能解决很多关键的技术难点，从量变到质变的飞跃。”
即使这样，林刚认为，上海石化的产业化也还需要三年左右才能够满足市场的需求。民用市场有很大的发展空间，压力容器是非常重要的增长点，但林刚说，未来碳纤维一定要走大丝束、高性能和低成本的路线，而且他认为碳纤维行业会出现分化，因为一些企业不在正确的路上。
为什么值得投入呢？因为储氢瓶是一个巨大的市场。以中集合思康的产能规划为例，公司一期产能规划10万只瓶子对碳纤维的需求就是4000吨，这相当于国内一家中等规模企业一年的产量。
2021年中国市场车载储氢瓶出货量为30284支，同比增长122.43%，如果按照每个瓶子40kg计算，对碳纤维的需求是1211.36吨，如果达到2025年5万辆车，每个车8个瓶，那么就是16000吨；2030年达到100万辆车，如果40%商用车，60%乘用车，我们可以用40*8*40+60*2*25来模拟计算，则中国市场未来几年车载瓶对碳纤维的累计需求达到15.8万吨，而到2021年，全球碳纤维的需求也只有11.8万吨。
而我们还只算了国内市场的车载瓶，为了提高氢气运输量，现在长管拖车已经开始用到碳纤维缠绕瓶，而一辆碳纤维的长管拖车要用到一吨以上的碳纤维，如果按照一辆长管拖车服务50辆燃料电池汽车计算（现在差不多30辆），则2025年就需要1000辆管束车，如果50%采用碳纤维，未来三年长管拖车带来的需求就是500吨，而到2030年管束车需要的碳纤维需求估计在6000吨以上。
林刚预测2025年压力容器对碳纤维的需求22810吨，如果到2030年增长10倍，则碳纤维的需求量就是22.81万吨。
显然，碳纤维材料和阀门的高性能、低成本是推动储氢瓶规模化的条件，反过来，只有规模化和碳纤维材料的“平民化”才能让碳纤维材料和阀门有更大的发展空间。从2014年-2021年，因为满足市场需求的碳纤维总体上处于供不应求，市场价格一直都很高，碳纤维的价格只有通过技术上突破提高大丝束碳纤维的比例，才可能降低成本进入更大的民用市场。
数据来源：根据广州赛奥碳纤维技术股份有限公司《全球碳纤维复合材料市场报告》整理。
原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：从35MPa到70MPa，储氢瓶成本能控制住吗？
