幾乎所有的人對燃料電池汽車的采購成本都是盯住燃料電池的，包括“以獎代補”的八大件，也是圍繞燃料電池系統和核心零部件，車載供氫系統占燃料電池汽車的14%，以目前的成本，如果將35MPaIII型瓶過渡到70MPaIV型瓶，則車載儲氫系統的成本還會成倍增加。但車載儲氫系統沒有補貼，如何通過市場化的路徑降低儲氫瓶成本成為產業鏈上一個非常重要的課題。

“氫瓶成本不降，燃料電池車難發展”

成本始終都是氫能應用推廣需要突破的門檻，從交通領域來看，燃料電池成本下降的路徑已經非常清晰，空壓機、循環泵等配套零部件規模經濟效應也已經顯現，示范期的補貼就是幫助相關企業從研發階段過渡到產業化發展階段，燃料電池成本從4000元/kW降到1000元/kW可以預期。

目前國內示范車輛基本上都還是采用的35MPa的III型瓶，瓶閥和氣瓶產品技術都相對比較成熟，成本在可控范圍。但國際市場歐美日韓基本上都采用的是70MPa的IV型瓶。如果儲氫瓶達不到70MPa，不僅與國際上燃料電池企業比較沒有競爭優勢，而且與鋰電比較續航里程優勢也無法體現，現在示范期主要是測試燃料電池的性能，但真正進入產業化，必須采用70MPa的氣瓶。

事實上，現階段儲氫瓶特別是70MPa的III型瓶和IV型瓶的成本也非常高，也就是說，燃料電池汽車的成本除了燃料電池的規模化以外，還需要經歷從目前35MPaIII型瓶到國際市場70MPaIV型瓶的過渡階段。

前不久的一次氣體裝備展會上，一家氣瓶企業的員工發愁：“氣瓶成本無法下降，所以，燃料電池汽車很難推廣。”他指著公司展位上的IV型瓶跟我說：“你看，這三個70MPa的IV型瓶，價格達到50多萬，成本太貴了，僅閥門的成本就去到了20多萬，市場怎樣接受？”

一般參加展會的都是銷售部門的員工，我也是第一次遇到有員工對自己的產品如此沒有信心，或許是因為我是業內人士而不是客戶所以向我坦誠了公司IV型瓶開發的難度；也可能因為這個員工純粹只是銷售人員，他在抱怨技術人員沒有為公司設計出市場可以接受的產品。

我本是想打破沙鍋問到底的，但從對方的言談中我看不到進一步溝通的機會，只能帶著這個問題回來查閱資料，并繼續跟產業鏈上的技術人員交流。

“70MPaIV型瓶是方向”

目前國內車載瓶主要采用的是35MPa的III型瓶，碳纖維的性能參數各大廠家均對標日本東麗，應用在高壓氣瓶領域為T700、T800以及少量的T720系列，碳纖維絲束一般為24K；使用12K碳纖維時，通過增加碳纖維股數的方法達到相同的工藝要求，成本就會相應增加。

III型瓶的20MPa、35MPa氣瓶，IV型瓶的20MPa、35MPa、70MPa均使用T700級別的碳纖維。在70MPaIII型瓶，通常使用級別更高的T800、T720級別碳纖維，由于東麗的封鎖只能使用韓國曉星的產品。

東麗封鎖了約1年的對華出口，目前進口碳纖維以韓國曉星TH2550為主，其產品性能優越，纏繞工藝性好，使用在35MPa、70MPa壓力等級較高的纏繞氣瓶。國外封鎖恰恰是國產碳纖維替代的良好契機，也是近年國產化替代快速增長的重要原因。原以為到2025年進口與國產持平，現在看起來，國內主要碳纖維企業都已經上市或正在準備上市，所以產能擴張很快，預計到2022年國產碳纖維與進口量就可以持平。

圖片圖1 我國碳纖維進口與國產量變化情況

目前國內氫瓶碳纖維供應商主要有中復神鷹、光威復材和中安信可以達到氣瓶纏繞的要求，不過目前依然以小絲束為主，而且供不應求，T700價格基本上都在200元/kg以上，如果上到T800價格就要翻十倍。

不過，國產碳纖維還存在產品穩定性差，毛紗率高，纏繞工藝性差的問題，大多使用在20MPa的纏繞等級上，35MPa的壓力等級也有使用，但在70MPa等級使用較少。且除中復神鷹外，其余品牌的國產碳纖維產量較低，可使用的廠家不多。

III型瓶和IV型瓶的差異在內膽材料的工藝和性能上。中集安瑞科的工程師于海泉說：“從產品結構來看，同樣壓力的III型瓶和IV型瓶材料成本差別不大，主要成本差異在工藝上，因為IV型瓶塑料內膽不需要熱處理，且成型更加容易，所以比鋁制內膽的成本更低。問題是，國內IV型瓶需要解決材料耐疲勞性和溫度適應性的難點和痛點。解決這些問題就需要攤銷成本，所以目前價格比較高。”

70MPa與35PMa的成本差異在閥門上，于海泉說，雖然三個70MPaIV型瓶的閥門成本達不到20萬，但目前也有差不多10萬左右，這也是非常高的成本，因為70MPa的儲氫瓶要求閥門承受的壓力更大，集成度更高，所以現在的閥門成本包括了研發費用，研發階段沒有規模，因此閥門的成本很高，未來規模化生產成本有很大的下降空間。

于海泉說，目前國內IV型瓶開發之所以難是因為一些企業操之過急，總希望產品的儲氫密度能夠達到極致，超越世界先進水平，但研發是需要有積累的，儲氫密度的提升、塑料內膽對高溫、低溫的適應性都是研究IV型瓶需要解決的痛點，這也成為研發階段的成本。

因為氣瓶沒有補貼，所以，市場就需要承擔這一部分研發費用，從已經比較成熟的產品來看，即使現在還沒有規模，成熟產品的價格也不算太貴，國富氫能招股說明書顯示，公司2019年-2021年氣瓶平均價格分別為8.84萬元/套，12.43萬元/套、13.78萬元/套，只是，因為近幾年銷量沒有突破，同一規格的產品價格也沒有下降。

數據來源：國富氫能招股說明書

如果采用70MPaIV型瓶，短期內因為研發費用成本上升，但長期來看，IV型瓶成本低于III型瓶。

“碳纖維成本不用擔心”

我查閱了幾份研究報告，錢鑫在《碳纖維高壓儲氫氣瓶系列專題論述：III型、IV型氣瓶成本對比》和《碳纖維高壓儲氫瓶的結構及成本分析》中引用美國能源部DOE（Department of Energe）的研究結果展示了35MPa、70MPa碳纖維材質IV型瓶的生產成本：

35MPaIV型、70MPaIV型、35MPaIII型、70MPaIII型成本分別為2865美元、3488美元、3085美元、3920美元，其中碳纖維材料占比分別為76.58%、78.01%、62.43%、65.64%。也就是說，碳纖維對氫瓶的成本起著決定性的作用。

圖片表2  35MPa和70MPa氣瓶成本比較，

數據來源：錢鑫《碳纖維高壓儲氫氣瓶系列專題論述：III型、IV型氣瓶成本對比》

碳纖維不同模量級絲束成本相差巨大，其中用于航空領域的碳纖維材料價格遠高于民用市場。而儲氫瓶是一個要求高性能、低成本的應用端，實際上對碳纖維提出了更高的要求，只有大絲束碳纖維才能達到這一目標，目前，能夠滿足這一要求的供應商很少，以美國Zoltek（被東麗收購）和德國SGL為主。

以日本東麗公司的標準模量級，其中24KT700S碳纖維，價格最低，按照DOE提供數據價格為20美元/kg；高強中模18KT800S碳纖維價格為58美元/kg；12KT1000G的碳纖維價格高達170美元/kg。

不過廣州賽奧碳纖維技術股份有限公司總經理林剛說：“你們把氣瓶做好就行，碳纖維成本不用擔心。”林剛說，碳纖維依然是一個技術主導型的產業，成本的下降也需要技術上的突破，大絲束、高性能、低成本才是氣瓶用碳纖維發展的方向。今年年初130元/kg，現在110元/kg，到今年年底或明年差不多就可以做到100元/kg，距離美國對氣瓶成本12美元目標不遠。“

林剛預計到12美元（合人民幣84元)，碳纖維材料企業依然有40-50%的毛利，這主要是48K以上大絲束碳纖維技術的突破和規模經濟帶來的結果。

圖片表3 2021年不同用途的碳纖維比例與價格

滿足兩個條件才能實現氣瓶經濟性

碳纖維材料具有高強度、低質量密度的特征，是人類材料應用的一次革命，但長期以來，碳纖維就像是一個貴族，只能用于”奢侈“領域，如軍工領域和高端體育休閑用品。近年來隨著大絲束技術的突破和新能源領域的規模化應用，碳纖維綜合成本呈下降趨勢。

這是一個發展極其漫長的行業，國際市場從發明碳纖維到產業化經歷了上百年，我國上世紀60、70年代就開始了碳纖維的研究，但中途因為改革開放而中斷，直到2003年后才進入新的發展階段，而且相關企業都有非常深厚的沉淀，通過技術積累和工藝上的進步推動行業的進步。

碳纖維核心原材料是丙烯腈，吉林碳谷招股說明書顯示，國內丙烯腈供應商主要有中石化、中石油、江蘇斯爾邦石化有限公司等。從2019年-2021年價格走勢來看，丙烯腈價格與石油價格波動有很強的關聯性。

圖片圖2 丙烯腈價格與同期國際石油價格走勢比較

前幾年國內丙烯腈市場處于供不應求，2019年新建產能逐步釋放 ，截止2021年7月，國內丙烯腈產能共計258.9萬噸/年，在建項目190萬噸。

圖片圖3 2021年全球碳纖維產能及擴產計劃

近年來，碳纖維民用市場對大絲束碳纖維需求快速增長。大絲束碳纖維通常指碳纖維根數在48000 根即(48k)以上的纖維束，包括50000(50k)、60000(60k)、120000(120k)、360000(360k)等，而小絲束碳纖維指纖維根數小于48k 的碳纖維束，如1000(1k)、3000(3k)、12000(12k)、24000(24k)等。

相比小絲束，大絲束碳纖維最大的優勢，就是在相同的生產條件下可大幅度提高碳纖維的單線產能，實現生產的低成本化。而且在復合材料制備過程中的鋪層效率也更高，生產成本卻能降低約30%以上。民用聚丙烯腈原絲是制備大絲束碳纖維的原絲，通常原絲價格約為制備碳纖維成本的 50~60%左右，因此，大絲束碳纖維的售價可以控制到小絲束碳纖維的50%-60%左右。

大絲束在原絲、聚合、預氧化、碳化等多個系統環節，比小絲束碳纖維的制備技術都更難。比如，生產1k、3k的小絲束碳纖維的一個噴絲板上會有1000個、3000個孔，但生產50K大絲束碳纖維的一個噴絲板上會有50000個孔，工藝上的挑戰性大大增加。

所以，大絲束具有高性能低成本的特點，是碳纖維領域“皇冠上的明珠”。據相關數據（2019年）顯示，在小絲束碳纖維市場上，日本企業所占有的市場份額占到全球產能的49%；在大絲束碳纖維市場，美國Zoltek占據絕對優勢，全球市場份額高達58%；其次是德國SGL，占比31%；日本三菱排在第三，占比9%；這三家企業占據了全球大絲束碳纖維市場份額的98%，其他企業僅占剩余的2%。

如從工藝上，吉林碳谷濕法紡絲技術的紡速已經逐年從紡速55m/min升到100m/min，是一個逐年進步的過程。

上海石化自2016年5月開始研發48K大絲束原絲試驗，2018年4月官方稱突破了48K大絲束碳纖維，于2021年1月4日舉辦開工儀式建設2.4萬噸大絲束原絲、1.2萬噸48K大絲束碳纖維項目。

上海石化工程師黃翔宇說：“從12K小絲束到48K大絲束，并不是把噴絲口數量從1.2萬個放大到4.8萬個這么簡單，中間要走過一條十分艱難的攻關之路，這需要深厚的科研理論作指導，豐富的實踐經驗作支撐，才能解決很多關鍵的技術難點，從量變到質變的飛躍。”

即使這樣，林剛認為，上海石化的產業化也還需要三年左右才能夠滿足市場的需求。民用市場有很大的發展空間，壓力容器是非常重要的增長點，但林剛說，未來碳纖維一定要走大絲束、高性能和低成本的路線，而且他認為碳纖維行業會出現分化，因為一些企業不在正確的路上。

目前，新增產能主要來自中國，其中上海石化定位大絲束，1.2萬噸大絲束項目正在抓緊建設，預計在今年實現6,000噸產能輸出。

儲氫瓶將成為碳纖維市場大戶

為什么值得投入呢？因為儲氫瓶是一個巨大的市場。以中集合思康的產能規劃為例，公司一期產能規劃10萬只瓶子對碳纖維的需求就是4000噸，這相當于國內一家中等規模企業一年的產量。

2021年中國市場車載儲氫瓶出貨量為30284支，同比增長122.43%，如果按照每個瓶子40kg計算，對碳纖維的需求是1211.36噸，如果達到2025年5萬輛車，每個車8個瓶，那么就是16000噸；2030年達到100萬輛車，如果40%商用車，60%乘用車，我們可以用40*8*40+60*2*25來模擬計算，則中國市場未來幾年車載瓶對碳纖維的累計需求達到15.8萬噸，而到2021年，全球碳纖維的需求也只有11.8萬噸。

而我們還只算了國內市場的車載瓶，為了提高氫氣運輸量，現在長管拖車已經開始用到碳纖維纏繞瓶，而一輛碳纖維的長管拖車要用到一噸以上的碳纖維，如果按照一輛長管拖車服務50輛燃料電池汽車計算（現在差不多30輛），則2025年就需要1000輛管束車，如果50%采用碳纖維，未來三年長管拖車帶來的需求就是500噸，而到2030年管束車需要的碳纖維需求估計在6000噸以上。

林剛預測2025年壓力容器對碳纖維的需求22810噸，如果到2030年增長10倍，則碳纖維的需求量就是22.81萬噸。

顯然，碳纖維材料和閥門的高性能、低成本是推動儲氫瓶規模化的條件，反過來，只有規模化和碳纖維材料的“平民化”才能讓碳纖維材料和閥門有更大的發展空間。從2014年-2021年，因為滿足市場需求的碳纖維總體上處于供不應求，市場價格一直都很高，碳纖維的價格只有通過技術上突破提高大絲束碳纖維的比例，才可能降低成本進入更大的民用市場。

表4  2014年以來全球碳纖維價格與壓力容器用碳纖維價格，數據來源：根據廣州賽奧碳纖維技術股份有限公司《全球碳纖維復合材料市場報告》整理。

據國富氫能招股說明書，車載儲氫系統占據燃料電池汽車成本的 14%，過去三年國富氫能車載儲氫系統平均單價為8.84萬元、12.43萬元、13.38萬元；碳纖維采購價為130.06元/kg、130.87元/kg、166.03元/kg，這基本上代表了35MPaIII型瓶車載儲氫系統和碳纖維的市場價格；閥門（應該含加氫站用閥門）平均采購價格1422.96元、1302.96元、1600.44元。

從35MPaIII型瓶到70MPaIII型瓶或IV型瓶，碳纖維材料和瓶閥都有一個過渡期，以目前70MPa碳纖維價格130元/kg-200元/kg，未來大絲束規模化后84元/kg；目前35MPa瓶閥國外價格3000-4000元/個，國內1800元/個；70MPa暫時沒有國產閥，國外供應商價格原來最高達到10萬/個，現在也有4-5萬/個，最低約22000元/個，國內企業未勢能源、瀚氫動力、旗磐科技、神通新能源等都在積極研發70MPa瓶口閥，預計國產閥取得上車資格后成本可以降至1萬元/個左右，規模化后可以下降至5000元/個。

圖片圖4 規模化生產成本下降趨勢（模擬）

假設從35MPa過渡到70MPa車載供氫系統碳纖維和瓶口閥以外的成本不變，研發期采用進口瓶閥，商用車供氫系統成本達到37萬左右，如果大絲束碳纖維和瓶口閥國產化，規模化生產則商用車的供氫系統基本可以達到現階段35MPa的成本，如果采用IV型瓶，則成本還可以下降大約10%。

也就是說，盡管從35MPa過渡到70MPa會增加研發費用，但從目前國內碳纖維和閥門企業的布局來看，過渡到70MPaIV型瓶可以實現配套的經濟性。除上海石化，吉林碳谷、吉林化工、光威復材、中復神鷹等企業都在開發48K大絲束原絲或碳纖維材料。

圖片表5 模擬70MPa商用車和乘用車車載系統成本

與燃料電池核心零部件一樣，國內市場的大絲束碳纖維和70MPa閥門的研發和規模化供應的進度與燃料電池汽車發展目標基本一致。