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汽车零部件之蜂窝陶瓷行业深度研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-13  来源:东方财富  浏览次数:269
 1. 蜂窝陶瓷是汽车尾气后处理系统常用载体

1.1.蜂窝陶瓷是汽车尾气处理催化器重要载体

1.1.1.汽车尾气后处理系统结构构成

汽车尾气中主要的有害物质包括一氧化碳(CO) 、碳氢化合物(HC) 、氮 氧化物(NOx) 、固体悬浮颗粒、铅等。通常减少汽车尾气有害物质排放的途 径包括:开发清洁能源;提高机内净化效率,通过改善发动机性能提高燃油 燃烧效率;提高机外净化效率,改进尾气后处理系统。

从尾气催化处理原理来看,包括氧化催化和还原催化两类。氧化催化是 指在富氧条件下,使没有充分燃烧的 CO、HC、SOF(可溶性有机成分)转化 为CO2和H2O,还原催化是指将尾气中的NOx还原成N2。基于反应原理的不同, 衍生出不同的催化技术,包括 TWC(三效催化器)、DOC(催化氧化转化)、SCR (选择性催化还原)、DPF(柴油颗粒捕集)、GPF(汽油颗粒捕集)、POC(颗 粒氧化催化)、ASC(氨逃逸催化)、EGR(废气再循环)等处理装置。
国六标准下,汽油车一般在排气管处加装 TWC 同时处理 CO、HC、NOx, 同时加装单独的 GPF 控制颗粒物排放。柴油车由于需要高温高压富氧条件燃 烧,主要污染物以 NOx、颗粒物居多,通常采用 EGR+DOC+SCR+DPF+ASC 串联 或 DOC+高效 SCR+DPF+ASC 串联路线。催化器结构构成:蜂窝陶瓷具有孔密度大、比表面积大;热膨胀系数低、 热稳定性好;机械性能优异;抗腐蚀性好等优势,是最为常见的尾气处理催 化器用催化剂载体,载体占催化器总成本的比例约为 10%。在载体表面涂覆 多孔性物质涂层、助剂以及贵金属活性组分,涂覆完成的催化剂由封装厂进 行封装,供主机厂、整车厂使用。其中,多孔性物质涂层可进一步提高活性 组分负载比表面积,常见的涂层材料包括活性氧化铝、分子筛等。助剂有助 于促进贵金属的分散,提高活性成分催化活性,增强催化剂抗毒能力,稀土 金属氧化物是最常见的一类催化剂助剂,氧化铈或铈锆固溶体在催化剂中应 用广泛。

具体来看,TWC 催化剂:采用铂铑钯三种活性组分同时处理 HC、CO、NOx, 以氧化铝作为分散载体,以铈锆固溶体作为助剂提高活性组分活性、增强抗 毒能力。DOC 催化剂:用于柴油车氧化催化,活性组分仅需铂、钯单独或配合使用。SCR 催化剂:用于柴油车 NOx 还原处理,目前应用较多的催化剂包 括包括 V2O5-WO3/TiO2催化剂,以及负载 Cu 或 Fe 的分子筛催化剂。ASC 催化 剂:用于氧化 SCR 处理过程中逸出的 NH3,典型的 ASC 催化剂包括顶部催化 剂层(包含常规 SCR 催化剂)和底部催化剂层(氨氧化催化剂,例如铂/钯氧化铝)。GPF、DPF 催化剂:用于汽油车、柴油车悬浮颗粒物捕集,一般选 用壁流式蜂窝陶瓷作为载体,尾气通过蜂窝陶瓷壁毛细孔道实现颗粒物过滤。 多数 GPF、DPF 仍需要涂覆铂/钯-氧化铝涂层,以实现碳烟颗粒氧化,延长 清洗再升周期。

1.1.2.蜂窝陶瓷企业是主机厂/整车厂二级供应商

我国催化材料发展历程较短,部分产品性能较国外厂商仍有较大差距。 全球蜂窝陶瓷90%市场份额仍为康宁和NGK占据;比利时Solvay、日本DKKK、 加拿大 AMR 等占据了铈锆固溶体 70%以上市场份额;我国氧化铝企业虽然众 多,但能够供应蜂窝陶瓷用高纯超细氧化铝的仅国瓷等少数企业;分子筛是 国产化相对较快的催化材料,目前万润股份已成为全球车用沸石分子筛龙头 企业。

催化材料的下游直接使用方为催化剂涂覆厂商,目前汽车尾气催化器领 域形成了较为成熟的寡头垄断格局,巴斯夫(BASF)、庄信万丰(Johnson Matthey)、优美科(Umicore)占据了全球超过 70%的市场份额。国内厂商有 威孚环保、中自环保、重汽橡塑等厂家。涂覆、封装完成的催化器终端客户 为主机厂商或整车厂商(部分 DPF、GPF 无需涂覆,直接送至封装厂商进行 封装),在产业供应链中,针对核心的蜂窝陶瓷等催化材料,主机厂商或整 车厂商一般会指定到专门的材料供应商。

1.2.蜂窝陶瓷生产材料、工艺壁垒较高

1.2.1.蜂窝陶瓷制备工艺以挤压成型为主

催化剂载体的主要作用是提供有效的比表面积和孔径结构,使催化剂获 得较好的机械强度和热稳定性。要求载体应具备机械性能好,热膨胀系数低, 比表面积大,与傕化剂不反应的特点。尾气处理催化剂载体包括球状氧化铝、 金属合金、蜂窝陶瓷载体等类别,目前球状氧化铝已趋于淘汰。蜂窝陶瓷性 能、成本优势均相对明显,是目前应用最为广泛的车用尾气处理催化剂载体。

制备蜂窝陶瓷的材质有堇青石、钛酸铝、锂辉石、锆英石、碳化硅、氮 化硅、莫来石等。其中堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)质蜂窝陶瓷具备与各 种催化剂活性组分匹配性较好、孔壁薄、比 表面积大、热膨胀系数小等特点, 应用最为广泛。工业上一般选择高品质的高岭土(主要成分:SiO2、Al2O3)、 滑石(主要成分:SiO2、MgO)、 氧化铝等合成堇青石蜂窝陶瓷。

蜂窝陶瓷制备工艺主要以挤压成型为主,将原料高岭土、滑石、氧化铝、 有机助剂等按照严格配比进行配料——混合练泥——陈腐——通过特制模 具连续挤出成型——干燥切割——烧制——磨边打孔。

蜂窝陶瓷制备核心技术主要体现在控制热膨胀系数、壁厚、孔密度。对 原料的纯度和配比、成型模具和挤出工艺、烧结工艺均有非常高的要求。

1.2.2.蜂窝陶瓷载体可分为直通式和壁流式

根据尾气后处理过滤原理,蜂窝陶瓷载体主要分为直通式载体和壁流式 载体,壁流式载体在直通式基础上交替堵孔,强制尾气通过蜂窝陶瓷壁进一 步实现颗粒物拦截功能。TWC、DOC、SCR、ASC 采用直通式载体,GPF、DPF 颗粒捕集器采用壁流式载体。壁流式较直通式需增加打孔、堵孔、回烧工序; 壁厚相对较厚,但对孔径、孔分布一致性要求更高;模具制造难度更高,毛 利率较直通式更高。
根据应用车型,蜂窝陶瓷可分为柴油车用载体(DOC、SCR、ASC、DPF) 和汽油车用载体(TWC、GPF)。柴油车较汽油车用载体规格尺寸更大,大尺 寸模具制造难度大加工时间长,载体成型和烧结工艺均匀性较难保证、控制 难度高。因而同等孔密度和壁厚条件下,DPF 毛利率一般高于 GPF;同等规 格的 DOC、SCR、ASC 载体毛利率较为接近;一般高于尺寸较小的 TWC 载体。

2.国六标准实施推动国内蜂窝陶瓷需求大幅增长

2.1.蜂窝陶瓷国六产品预计将于 2020 年放量发货

国内轻型汽车国六标准第一阶段 2020 年 7 月起全面实施,第二阶段标准 2023 年 7 月全面实施。重型柴油车国六标准第一阶段燃气车辆在 2019 年 7 月实施,城市车辆将于 2020 年实施。

从国六标准排放限值来看,轻型柴油车要求达到同汽油车相同的标准, 尤其氮氧化物排放量 6a 阶段要求减少到国五阶段 1/3,6b 阶段更是接近 6a 阶段的一半。重型柴油车氮氧化物和颗粒物排放量要求在国五基础上分别减 少 77%和 67%。汽油车 6a 阶段 CO 排放量要求减少 30%。国六标准可谓史上最 严排放标准,对于催化器性能提出了更严苛的要求。

国六标准蜂窝陶瓷载体新产品需要与催化剂、发动机、整车厂商进行大 量匹配性测试,通过国家检测中心测试通过,并取得公告认证,发动机或整 车方可进入市场销售。2020 年 7 月起,全部轻型汽油车以及柴油车城市车辆 国六标准开始全面执行,我们认为 2019 年对蜂窝陶瓷企业而言,是集中与 发动机、整车厂商匹配测试获得公告认证的一年,预计 2020 年将进入蜂窝 陶瓷放量发货的新阶段。

国五期间,汽油车常用尾气处理路线为 TWC 三效催化器,柴油车一般采 用 DOC+SCR 或 DOC+DPF。为应对国六更为严苛的标准,汽油车需要使用更为 高效的 TWC,并同时加装单独的 GPF。柴油车对氮氧化物的控制更为严苛, 通常需采用 EGR+DOC+SCR+DPF+ASC 或 DOC+高效 SCR+DPF+ASC 路线。

国六标准实施后,相比国五阶段,GPF 需求将实现从无到有,SCR、DPF、 ASC 加装率将大幅提升。同时由于国六产品对孔密度、壁厚、热稳定性等性 能要求更高,预计单价将有所提升。

2.2.国六标准实施后国内蜂窝陶瓷市场空间将超过百亿

2.2.1.测算逻辑

蜂窝陶瓷的结构和体积与汽车发动机排量、转速、催化器安装位置等因 素密切相关,尤其与排量呈正相关关系。

汽油车:在行业实践中,乘用车基本以汽油车为主,汽油车排量主要集 中在 1.0-2.0L,我们取 1.5L 为汽油车平均排量。根据调研数据,汽油车 TWC 蜂窝陶瓷体积与排量比值约为 1.2 倍,国六标准下要求汽油车全部加装 GPF, 体积排量比约为 1.3 倍。测算得到国六阶段 TWC 单车使用体积为 1.8 升。GPF 单车体积为 1.95 升,较国五阶段完全是新增需求。

柴油车:柴油车普遍排量较大,商用卡车、客车主要以柴油车为主。根 据调研信息,轻型柴油车(轻微型货车、客车)平均排量约在 3L 左右,重 型柴油车(重中型货车、大中型客车)平均排量约为 13L。国六标准下 DOC、 DPF、SCR(含 ASC)系统体积-排量比分别约为 0.7/1.5/2。测算得到轻型柴 油车 DOC、DPF、SCR(含 ASC)单车使用体积分别为 2.1/4.5/6L,重型柴油 车 DOC、DPF、SCR(含 ASC)单车使用体积分别为 9.1/19.5/26L。

2.2.2.蜂窝陶瓷市场空间测算

目前全球蜂窝陶瓷 90%市场份额仍为美国康宁和日本 NGK 占据,中国蜂 窝陶瓷企业起步较晚,部分性能指标及生产稳定性较国外企业仍存在一定差 距。近年来国内企业发展迅速,国内蜂窝陶瓷市场国产化率有望快速提升, 但短时间内仍较难进入外资车企供应链。另外在欧美等发达国家,DPF 更换 市场对 DPF 性价比更为看重,业已成为国内蜂窝陶瓷企业重要销售市场。故 本文仅考虑国内新车市场及欧美 DPF 更换市场,测算蜂窝陶瓷市场空间。

新车市场蜂窝陶瓷需求空间测算-汽车产量测算:

2018 年我国汽油车产量为 2326.18 万辆,其中乘用车 2218.35 万辆,商 用车 107.83 万辆。柴油车产量 300.39 万辆,商用柴油车中,中、重型货车 及大中型客车占比为 43.4%,由此估算,2018 年国内重型柴油车产量约为 128 万辆,轻型柴油车产量约为 172 万辆。

近两年车企产销整体承压,汽油车、柴油车产量均不同程度下滑。但我 们预计促进汽车消费政策的出台以及国五切换国六的影响减弱后,汽车产销 预计将企稳回升。谨慎起见,我们保守假设 2019-2021 年汽车产量零增长, 以 2018 年产量数据进行未来三年需求测算。

新车市场蜂窝陶瓷需求空间测算-蜂窝陶瓷需求量及市场空间测算:

汽油车:以 2018 年汽油车产量为基数,假设国五阶段仅安装 TWC,国六 阶段需全部加装 GPF,测算得出汽油车国六阶段蜂窝陶瓷需求量为 8723 万 升,较国五提升 108.3%。根据调研信息,国五 TWC 载体销售均价约 20 元/ 升。考虑到国六产品较国五性能要求更为严格,单价有所提升。我们假设国 五、国六阶段 TWC 均价分别为 20、30 元/升,国六 GPF 均价分别为 85 元/升, 测算得出汽油车国六阶段蜂窝陶瓷市场空间为 51 亿元,为国五期间的 6.4 倍。

柴油车:假设国五阶段轻型柴油车采用 DOC+DPF 路线(DOC、DPF 装配率 100%) ,重型柴油车采用 DOC+SCR 路线(DOC、SCR 装配率 100%)。假设国六 阶段柴油车全部采用 DOC+DPF+SCR 路线,DOC、DPF、SCR 装配率均为 100%。 以 2018 年轻型、重型柴油车产量为基数,测算得出柴油车国六阶段蜂窝陶 瓷需求量为 9156 万升,较国五阶段提升 62.7%。假设国五、国六阶段 SCR (DOC 价格基本相同)均价分别为 30、40 元/升,DPF 均价分别为 80、90 元 /升,测算得出柴油车国六阶段蜂窝陶瓷市场空间为 53 亿元,为国五期间的 2.6 倍。

综上,不考虑汽车产量增长带来的增量影响,仅考虑国六尾气处理路线 升级的影响,以 2018 年汽车产量为基数,蜂窝陶瓷新车市场年求量约为 1.8 亿升,较国五期间提升 82%。市场空间为 104 亿,为国五阶段的 3.6 倍。

后市场蜂窝陶瓷更换需求空间测算:

为保证催化器的催化效率及发动机动力性能,汽车尾气处理催化器需定 期进行清洗。柴油车由于颗粒物排放量较高,DPF 容易积尘,在定期清洗基 础上,基本每 4 年需更换一次。目前 DPF 更换后市场主要集中在北美地区, 美国自 2010 年起执行 EPA2010 法规,已经形成了稳定的 DPF 更换市场。北 美市场 2018 年重柴产量为 65 万辆,以此作为近几年重柴 DPF 更换基数,我 们测算北美更换市场DPF蜂窝陶瓷需求量为1268万升,对应市场空间为11.4 亿元。另外,欧洲更换市场需求已经开始逐渐启动,同时随着中国和印度排 放标准升级,更换市场也将随之有序打开。

3.国内蜂窝陶瓷进口替代逐渐加速

3.1.蜂窝陶瓷产业为康宁、NGK 垄断,进口替代空间广阔

1972 年美国尾气净化条例开始实施,美国康宁公司率先通过挤压成型技 术制备出高性能堇青石蜂窝陶瓷,NGK 在取得康宁的授权之后也开始生产蜂 窝陶瓷。目前康宁和 NGK 占到全球蜂窝陶瓷近 90%市场份额,形成了寡头垄 断格局,壁厚可做到 2mil,目前量产产品壁厚为 2.5mil,孔数可做到 900 孔/ 平方英寸以上,先发优势明显。

国内蜂窝陶瓷行业起步较晚,落后国外近 30 年时间。国产厂商一方面在 优质原料、专利等方面受到制约,车用蜂窝陶瓷原抖主要为高岭土,长期由 外资垄断优质原料;另一方面因起步较晩,工艺差距明显,高密度精密模具 开发仍为掣肘。目前国内量产产品主要为 3mil 以上产品,在部分核心性能 指标上与国外产品仍存在一定差距。但达到同等标准的产品,国产蜂窝陶瓷 的价格接近国外产品价格的一半,性价比突出,价格优势预计将助力蜂窝陶 瓷国产化率逐步提升。

据 Marklines 数据,2018 年全球蜂窝陶瓷载体市场规模约 234 亿元, 根据各公司2018年年报数据,我们测算目前NGK及康宁合计市占率约为86%。 另外 Denso、Ibiden 公司销售规模也相对较大。国内较大的蜂窝陶瓷企业包 括奥福环保、国瓷材料、宜兴非金属,市场规模仍然较小。

3.2.龙头康宁、NGK 业绩稳步回升,蜂窝陶瓷行业迎来快速发展

康宁、NGK 等龙头企业先发优势明显,享受了汽车产业高速发展的先发 红利,17 年以来欧洲、亚洲尤其是中国的市场需求增长业已给龙头企业带来 明显的利润增厚,18 年康宁、NGK 业绩均有大幅增长。我们认为国六推进初 期大部分增量市场份额仍将为龙头企业占据,但随着国内企业与龙头企业技 术差异不断缩小,以及渗透率的快速提升,预计国内企业在中低端产品领域 仍有较大发展空间。

康宁公司于 2001 年开始在上海建厂,2018 年在合肥投资设立新工厂用 于生产国六 GPF 产品。公司下设显示技术、光通信、环境技术、特种材料和 生命科学五个业务板块。2018 年,环境技术板块实现收入 12.89 亿美元,同 比+16.55%;净利率 16.14%,同比+1.22pct。17/18 年康宁蜂窝陶瓷业务均 保持稳健增长,主要得益于欧洲、亚洲尤其是中国的市场需求增长,以及 GPF 的稳步放量,汽油车产品收入 18 年同比+14.7%;北美、亚洲重柴产品需求 增长较快,柴油车蜂窝陶瓷收入同比+19.0%。

NGK 是目前全球最大的电力绝缘陶瓷和工业陶瓷产品供应商。目前蜂窝 陶瓷业务规模已跃居全球首位,为丰田、日产等主要的整车厂配套。NGK 公 司于 2001年12月设立NGK苏州,并于2005 年开始批量生产蜂窝陶瓷产品。 2019 财年(2018Q2-2019Q1), NGK 陶瓷产品业务实现营收 22.68 亿美元, 同比+4.4%,其中蜂窝陶瓷载体营收为 17.62 亿美元。2019 年,NGK GPF 产 品首次实现销售,实现收入 0.86 亿美元。

3.3.国产材料替代空间广阔,柴油车用载体+汽油车 GPF 机会较大

基于历史原因,我国柴油机国产化程度较高,潍柴、玉柴、江铃、云内 动力、锡柴等自主品牌占据了大部分市场,也为汽车催化材料国产化提供了 良好环境。柴油车用 SCR、DOC、DPF 蜂窝陶瓷体积较大,壁厚相对较厚,对 薄壁化要求相对较低,但对挤出成型和烧结工艺均匀性要求较高,国内蜂窝 陶瓷企业在柴油车蜂窝陶瓷领域与国外企业技术差异较小。主要的蜂窝陶瓷 企业一般已与下游一家或多家主机厂商形成长期稳定合作,在柴油车蜂窝陶 瓷领域渗透率相对较高。预计随着国六标准推行,国产材料厂商有望凭借成 本优势和客户优势在柴油车用蜂窝陶瓷领域获得快速增长。

国内汽油车领域,蜂窝陶瓷市场仍以国外企业为主,国外厂商市占率约 70%,国产蜂窝陶瓷仅在自主品牌车企中有所应用。蜂窝陶瓷生产企业主要 通过威孚环保、中自环保等催化器厂商导入下游国产车企,同时积极切入巴 斯夫、庄信万丰、优美科等巨头催化器厂商供应链。目前国内乘用车自主品 牌销量占比维持在 40%左右,仍然保持一定韧性,预计随着国六标准对 GPF 的需求激增,国内材料企业在汽油车用蜂窝陶瓷领域也将迎来重磅机遇。

4.重点公司介绍

4.1.国瓷材料

4.2.奥福环保

4.3.宜兴非金属

5.配置建议

建议关注奥福环保(688021.SH):现有蜂窝陶瓷载体产能逾 700 万升/ 年,公司凭借在大尺寸SCR载体领域的技术优势以及与中国重汽的深度合作,SCR 商用货车市场份额 9.7%,重型货车市场份额 16.6%。2019 年受益北美市 场 DPF 更换需求的快速增长,DPF 外销量大幅增长,上半年 DPF 实现收入 2568.43 万元,已超过去年全年。IPO 募投项目 400 万升 DPF、200 万升 DOC、 160 万升 TWC、200 万升 GPF、SCR 产线技改等项目预计 2020 年起逐步投产, 全部投产后产能预计将翻倍,DPF、SCR 产能不足的问题将持续克服。同时重 庆基地项目开拓汽油车产品市场,有助于拓展产品多样性,辐射西南地区玉 柴、云内动力、昆贵研、中自环保等客户。预计随着国六标准全面铺开以及 募投项目逐步投产,2020 年下半年起业绩将加速增长。

谨慎看好国瓷材料(300285.SZ):公司形成了蜂窝陶瓷(王子制陶、东 营基地)、沸石分子筛(江苏天诺)、铈锆固溶体(国瓷博晶)、高纯氧化铝 (铝材事业部)的全方位催化材料布局,协同优势明显。现有蜂窝陶瓷产能 1200 万升/年(王子制陶 700 万升/年,东营基地 500 万升/年),并有 4000 万升项目储备。DPF 作为国瓷的优势产品,性能指标基本可与康宁、NGK 媲美,性价比优势突出。 19 年 7 月份起,技术优势明显的 GPF 已开始放量发货, 预计 2020 年随着国六标准的全面铺开,公司蜂窝陶瓷业务将加速增长。

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