首先介绍全球压力容器用碳纤维发展趋势，根据东丽公司预测2022-2025年压力容器用碳纤维需求增速高达42%，而2025-2030年压力容器用碳纤维将会呈爆发式增长，预计2030年全球压力容器用碳纤维需求将达到9万吨。而根据国外统计数据对于III型和IV型压力容器，CFRP的使用量约为0.2～0.35kg/升，而车载用高压储氢罐中CFRP的使用量可以增加到0.8～1.73kg/升；在全球压力容器用碳纤维市场份额领域，日本三家企业（东丽、三菱和帝人）市场总份额高达88%。
全球压力容器用碳纤维的发展趋势
根据2023年6月日本东丽公司发布的最新全球市场分析报告显示：2022年到2025年全球碳纤维需求将从12.83万吨增长到20.37万吨，年复合增长率高达17%；在增长率上，压力容器年复合增长率最高为42%，其次为航空航天领域为17%，而风电领域应用所需碳纤维年复合增长率也高达15%。
得益于中、美两国在压力容器领域用碳纤维的高速增长，以及美、欧等区域对风电叶片用碳纤维高需求，预计到2030年全球范围内上述两大领域用碳纤维需求量最高。具体而言，以2025年为基准，到2030年全球压力容器（包括CNG、CHG等）领域用碳纤维需求将增长4倍，需求量达到9万吨；而全球风电叶片领域用碳纤维需求将增长1.3倍，碳纤维总需求量有望达到9.2万吨，成为全球碳纤维需求最大市场领域。
针对压力容器用储存气体类型，未来发展趋势包括：CNG/RNG（压缩天然气/可再生天然气）将主要用于送货上门和大型运输车辆；CHG储氢罐则用于使用燃料电池的商用车、火车、船舶和汽车，而未来氢气储存和应用有望将成为发展主流。
基于压力容器用碳纤维高速增长需求，对碳纤维制造厂商也提出了明确的目标需求主要包括：
·稳定的碳纤维产量和供应能力
·碳纤维产品质量和成本竞争力（包括加工工艺）
·能够为全球各地提供技术服务支持
为了满足压力容器尤其是高压储氢瓶对碳纤维日益增长的需求，2023年7月13日，东丽公司宣布计划在美国和韩国两家碳纤维工厂增加小丝束（常规丝束）碳纤维的生产能力，经过该投资将使东丽集团的小丝束碳纤维年产能增加20%以上，到2025年有望达到3.5万吨。2023年10月23日，东丽子公司—韩国东丽先进材料公司开始扩大其在韩国的碳纤维生产能力，并在庆北龟尾第四工厂举行了奠基仪式，标志着该公司第三条碳纤维生产线扩建项目正式开工。目前TAK具备高性能碳纤维的年生产能力为4700吨，而第三条生产线通过扩建3300吨产能，将使TAK年生产能力提高到8000吨/年。
车载气瓶中碳纤维使用量及主要企业份额
在2019年，全球压力容器领域用碳纤维（约8000-10000吨）占碳纤维市场约7%，其中碳纤维主要用于CNG（压缩天然气）储罐，然而，近年来作为压力容器的一种，面向高压储氢罐的需求呈大幅增加现象，而高压储氢罐主要是搭载在FCV（燃料电池汽车）上。
目前已经成熟后的压力容器（包括储氢瓶）主要分为四类产品，I型、II型、III型和IV型，从结构特征上，目前碳纤维主要是在III型和IV型瓶中使用。
根据日本富士经济的统计数据，对于III型和IV型压力容器，CFRP的使用量约为0.2～0.35kg/升，而车载用高压储氢罐中CFRP的使用量可以增加到0.8～1.73kg/升。CFRP的每升使用量随着内部容量的增加而减少，并且随着最大填充压力的增加而增加。丰田汽车公布的FCV“MIRAI”（第二代）高压储氢罐容量为141升（3个储罐总和），如果单纯是乘用车的话，可以估算每台汽车使用113~244kg的CFRP，假设CFRP中碳纤维比例为60%，则可以推定每台使用68～146kg的碳纤维。
与燃油汽车相比，搭载CNG储罐汽车具有显著的燃油效率改善效果，随着页岩气开采成本的降低，作为替代燃料源的应用逐渐增加（一立方页岩气可以制取约2千克的氢气）。特别是美国逐渐成为CNG罐用碳纤维的需求区域。对于普通轿车，由于电动汽车的渗透率上升，今后的增长前景并不乐观。但是，面向卡车、巴士等商用车则有明显成长空间，而且高压氢气罐将成为增长主导者。
当我们将视野调整到全球，根据SMBC日兴证券2022年发布的报告《炭素繊維業界：脱炭素社会に不可欠な”炭素”》中指出：在全球压力容器用碳纤维方面，日本碳纤维企业占有非常高的份额，其中日本东丽占65%、日本三菱占13%、日本帝人占10%，其他占12%；可以认为压力容器是容易发挥其技术优势的领域。
并且，根据丰田合成公司介绍，与CNG用罐相比，高压储氢罐承受3.5倍的耐压70MPa的负荷。因此，与CNG相比，需要更高的拉伸强度，因此预计面向高压氢气罐的产品进入壁垒较高。报告同时指出，在压力容器中，主要使用小丝束碳纤维，平均单价也比其他一般产业用途高，其成型方法主要为长丝缠绕工艺。
来源：碳纤维技术及装备研究室
沈阳市特种加工学会
诚邀您的加入
沈阳市特种加工学会是沈阳市特种加工学科的群众性学术团体。本会接受沈阳市机械工程学会的领导。接受全国特种加工学会的指导。本会的宗旨是：遵守宪法法规、维护道德风尚；崇尚实事求是、弘扬双百方针；立足科技创新、促进技术进步；坚持民主办会、推动学科发展；强调以人为本、谋求社会福祉。以学术交流为中心，大力促进沈阳市特种加工领域新技术、新工艺、新装备的开发和应用，加快科技成果转化为生产力的进程，提高学术水平，发展产业市场，为沈阳市的经济建设做出贡献。现有遍布全国各地的会员单位560家，会员850人。学会为服务会员、助力行业腾飞，推出五大特色服务：特技服务、科技服务、资源服务、智力服务、智数服务。
沈阳市特种加工学会
联系电话：156 4044 4873
主编：Ray
联系电话：187 4301 2888