碳纤维发展趋势专题丨国内外碳纤维生产制备成本分析及规模化成本预测

碳纤维的生产和需求正在逐年地快速稳步的增长，赛车轻量化、汽车轻量化、轨道交通轻量化、民航客机轻量化等轻量化技术已逐渐成为一种趋势。碳纤维的低成本化已成为当今碳纤维研究领域的研究热点和焦点，世界各国的研究者和企业正在努力从事低成本高性能碳纤维的研究和开发工作。近年来，随着我国航空航天、汽车、风力发电、高铁、机器人海洋开发、石油钻探、超高电压电网等的迅猛发展，碳纤维供应还远远不够。因此，降低碳纤维生产制备成本同时，还需要扩大生产规模，这样才能推动碳纤维在相关产业领域的应用。

碳纤维生产技术（ID:carbonfiber8）小编在搜集整理资料过程中发现，由于各个国家、研究单位及生产单位的不同，成本及成本结构也不仅相同，国内外制备各个环节所产生的费用存在一定的差异。小编搜集到的碳纤维制备成本数据来源于网络及公开发表的文章，仅供参考。

1.1 山东大学

山东大学朱波老师根据他们科研团队开发的二步法制备碳纤维原丝生产工艺流程，核算相关投资数据，设备折旧周期按照10年计算。工业和信息化部发布的《加快推进碳纤维行业发展行动计划》中提到：吨聚丙烯腈原丝产品消耗丙烯腈不高于1.1吨、吨碳纤维产品消耗聚丙烯腈原丝不高于2.1吨。但是根据一般规律，生产1t碳纤维需要消耗2.2tPAN原丝。

年产500t碳纤维生产制备成本分析

碳纤维生产制备成本结构主要分为三大类，包括直接成本、固定资产折旧、流动成本。在文章【碳纤维发展趋势专题丨轻量化材料价格对比 碳纤维生产制备成本结构】中有详细描述。

注：单耗成本是指每吨原丝或者碳丝的生产消耗费用合计，数据来源：朱波/PAN基碳纤维制备成本构成分析及其控制探讨

图表1 不同生产规模原丝、碳丝成本构成

从图表1可以看出，年产1100t原丝线单耗成本4.784万元/t；年产500t碳丝生产成本 价为15.8988万元/t。综合以上成本，年产500t碳纤维所需要的单耗生产成本为4.784*2.2+15.8988=26.4236万元/t（约40美元/公斤）。

按照图表4成本比例结构算其直接成本、固定资产折旧、流动成本所占比例，如下图表2所示。

图表2 年产500t碳纤维生产成本比例结构

规模化年产1500t碳纤维生产制备成本预测

图表1数据可见，随着生产规模的增加，原丝和碳纤维的生产成本均呈下降趋势。年产1100t原丝对应年产500t碳纤维条件下，直接费用的占有比例比年产3300t原丝对应年产1500t碳纤维直接费用所占比例小4.1%-4.5%；固定资产折旧所占比例高4%；流动费用差别不大。

此数据表明，随着生产规模增加、产量加大，非直接生产控制因素对生产总成本的影响逐渐减弱。对比年产500t碳纤维与年产1500t碳纤维直接费用，大规模原丝生产和碳纤维生产直接费用分别是小规模生产直接费用的84%和77%（3300t原丝产能每吨直接成本/1100t原丝产能每吨直接成本=0.86；年产1500t碳纤维每吨直接成本/年产500t碳纤维每吨直接成本=0.77）。

可见碳纤维生产规模化对于降低生产成本是非常有效的。

1.2 Oak Ridge National Laboratory（美国橡树岭国家实验室）

国泰君安证券建筑建材行业研究小组的三位分析师鲍雁辛、邓云程、黄涛在分析碳纤维格局中引用了橡树岭国家实验室发布的数据并进行分析如下：

碳纤维行业具有规模经济性，估算若单线规模1000吨上升到2000吨，成本可以降10%，2000吨到3000吨，成本可能降15%；万吨线理论成本降幅在30%左右，据此测算，在目前千吨线规模上仅提升产销率可以把理论生产成本降至约17.44美元/公斤，如图表3。而上游原丝使用的干喷湿纺工艺继续优化，且万吨线开满后，极限假设下，生产成本可以降到70元人民币/公斤（12-13美元/公斤）附近。

数据来源：Oak Ridge National Laboratory，国泰君安证券研究 

图表3 碳纤维各生产环节的成本在不同量产规模下的对比

根据图表3，一般情景生产制备情况下各工艺阶段的生产制备成本所占比例如图表4。

图表4 碳纤维生产制备过程中各工艺阶段的生产成本所占比例

1.3 Rocky Mountain

国泰君安证券建筑建材行业研究小组的三位分析师鲍雁辛、邓云程、黄涛在分析碳纤维格局中引用了Rocky Mountain发布的数据并进行分析如下：

从生产成本看，拆分得知原材料、燃料各占约3成，人工约占2成、折旧约占1成，其中原料与燃料供应稳定、价格透明，如图表5。测算日本东丽生产成本难以低过18-20美元/公斤。

数据来源：Rocky Mountain，国泰君安证券研究 

图表5 碳纤维生产制备成本结构比例

通过碳纤维生产技术（ID:carbonfiber8）小编在搜集整理资料来看，对比不同研究单位和生产企业，生产成本及成本结构也不尽相同。也正是如此，露出了很多端倪，让我去思考碳纤维未来的发展方向，到底还需要做哪方面的努力。可以看出国内外碳纤维制备成本的差距在哪里，为什么国内碳纤维成产制备成本居高不下。

目前，无论是国外还是国内碳纤维生产制备成本都非常高，难以满足日益增长的工业需求。碳纤维产业突破的一个重大方向是碳纤维价位约10美元/公斤（甚至更低），并且能够实现盈利。结合上面搜集到国内外碳纤维生产制备成本现状，要实现低成本碳纤维的制备要从原材料、工艺、能源利用、设备、规模化建设等多方面入手。在以后的碳纤维发展趋势专题系列文章中会详细的叙述到这部分内容。

（1）原材料

图表4、图表5显示原丝制备成本约占总成本的50%左右，因此开发廉价、可替代的原材料与前驱体被认为是实现低成本碳纤维的最有效途径之一。原材料多元化是碳纤维发展的重要方向。

（2）工艺方法

国内纺丝速度普遍偏低，大部分采用湿法纺丝工艺，需要采用干喷湿法纺丝技术，提高纺丝速度；采用凝胶纺丝等技术提高碳纤维强度，降低成本；简化制备工艺流程，提高生产效率；优化预氧化、碳化、表现处理等工艺方法和条件，降低各工序停留时间。

（3）能源

碳纤维生产制备过程是高耗能过程，通过合理的设计方案（能源介质综合利用、更换能源介质等），降低 制备过程能耗。

通过上面国内外生产制备成本对比发现，国内的原丝成本比例比碳丝小，国外的原丝成本占比比碳丝要高。分析可能是氧化及碳化时间较长、能源介质不同等因素造成过程能耗成本相对较高，能源综合利用率相对较低。

（4）设备

根据目前数据显示，碳纤维生产装备进口价格一般为国产设备价格的3-5倍。采用国产设备，降低综合设备、厂房投资，可以大大降低固定资产折旧成本。

（5）其他

碳纤维生产规模化对于降低生产成本是非常有效的。除此之外，提高设备自动化水平，降低人员投入；提高生产废品再利用率，开发下游制品，增加企业竞争力。