【市场观察】2020年压力容器用复合材料市场回顾

压力容器用复合材料市场概述

高压储气罐是先进复合材料，尤其是碳纤维缠绕复合材料用量最大、增长最快的市场之一。按照结构原料，压力容器主要分为以下五种类型：

• I型：全金属结构，通常为钢；
• II型：主要是金属结构，并在环向包覆一定玻璃纤维复合材料，其中金属主要是钢或铝，而金属容器和复合材料分担的结构载荷大致相等。
• III型：金属衬里带有完整的复合材料外包装，通常是铝，带有碳纤维复合材料；其中碳纤维复合材料承受结构载荷。
• IV型：全复合结构聚合物（通常为高密度聚乙烯或HDPE）衬里，碳纤维或碳/玻璃纤维混合复合材料；复合材料承担所有结构载荷。
• V型：无底衬，全复合材料结构。

根据Market Watch提供的全球复合材料压力容器市场报告显示，到2026年，全球复合材料压力容器的市场规模预计将从2020年的14.5亿美元增至19.6亿美元，在2021-2026年期间的复合年增长率为5.2％。

对替代燃料的需求正在增长，部分原因是从页岩储量中提取天然气已导致北美和欧洲部分地区的价格下跌。此外，考虑到汽油对全球变暖的影响，立法者、购车者和一些汽车制造商正在寻求摆脱汽油作为燃料。也就是说，疫情流行和全球石油供应过剩已导致2020年汽油价格下跌，在某种程度上抵消了天然气的价值主张。

例如，在美国，天然气燃料的成本目前比柴油低13%，比汽油每加仑当量（GGE）低3%。然而，在欧洲，越来越严格的排放法规包括2016年生效的欧盟欧6标准，使得柴油动力公交车和商用车的运营成本更高。即将出台的法规不仅提高了CNG的可销售性，而且也提高了燃料电池汽车氢燃料的市场化程度。

以汽油作为价格对比美国的平均零售燃料价格

根据Grandview Research发布的一份研究报告，受亚洲和欧洲强劲需求的推动，2020年全球天然气汽车（NGV）销量将约为2440万辆。预计到2027年，这一数字将升至3740万台，2020-2027年的复合年增长率为3.5%。

氢动力的乘用车和商用车依靠碳纤维压力容器来存储氢，上图显示佛吉亚为现代卡车制造的氢气罐

高压储氢容器市场崛起

尽管天然气存储和运输一直是复合材料压力容器供应链的重点，但在2020年，用于汽车和飞机的储氢压力容器受到更多关注，如2020年4月，Infinite Composites Technologies开发了球形V型冷冻罐（阅读原文），用于在火箭动力太空运载火箭上储存低温液体推进剂，无里衬碳纤维/环氧树脂球体结构通过细丝缠绕和工业烘箱固化制造。

Hexagon Composites 的子公司Hexagon Purus GmbH 在7月报告说，该公司已获得一份高性能IV型复合材料压力容器的设计、开发、鉴定和生产合同，以供其运载火箭使用。

复合材料储氢压力容器是燃料电池电动汽车（FCEV）汽车工业中的一个重要组成部分，它通过电解反应将氢和氧结合起来产生能量，该过程的副产品是水，因此FCEV可实现零排放。FCEV技术已应用于乘用车和商用车，它们的无排放运行使其成为政府寻求缓解气候变化的一大目标。

Global Market Insights在2020年9月发布了一份报告，估计全球FCEV市场在2019年的价值超过10亿美元，到2026年将达到140亿美元。在此期间的复合年增长率将达到38％。

与任何使用非汽油燃料驱动的车辆一样，面临的挑战是基础设施建设。在美国，相对于陆地面积，只有少数几个加氢站，且大多数在加利福尼亚州；而欧洲、日本和韩国则稍多一些。尽管有加油，市场上任何一辆FCEV都有三种选择：丰田Mirai、现代Nexo和本田Clarity。它们的航程分别为400英里、380英里和360英里，成本约为6.8万美元（其中包括1.5万美元的燃油抵免额）。

丰田Mirai的储氢压力容器剖视图

航空航天，压力容器的未来？

在航空航天领域，由法国政府引发的对氢的兴趣在2020年突然激增，法国政府将其对空客的COVID-19救济与飞机制造商在2035年开发并投放市场的氢动力商用飞机联系在一起。

在疫情大流行之前，空中客车公司一直在评估氢作为燃料来源，但目标是在2050年投入使用。在政府推动下，空中客车公司在2020年夏季启动了其ZEROe项目，旨在加速氢燃料作为飞机燃料的开发。

复合材料在大型商用飞机的储氢中将扮演什么角色还有待观察。空客ZEROe的概念设想飞机的后三分之一将被保留以液态形式储存氢，这需要低温温度控制。通用氢气公司是一家致力于开发飞机氢气输送和储存的公司，它是由空中客车SE和联合技术公司（United Technologies Corp.）的前首席技术官Paul Eremenko于2020年共同创立。

该公司目标是通过提供氢燃料基础设施，帮助向氢动力航空转型，其中一个关键组成部分是其燃料模块，由碳纤维增强聚合物（CFRP）框架中的两个氢气储罐组成。Universal Hydrogen首席技术官JP Clarke介绍说将根据需要在现场提供模块，因此不需要储氢基础设施。这些模块就像电池或厨房用品一样简单地装载到飞机上。

通用氢气压力容器模块，用于飞机氢气存储