▲上海石化大丝束碳纤维生产线。李英豪/摄
集低重量、高强度、耐腐蚀于一体的碳纤维被誉为“新材料之王”。碳纤维同时也是石油、煤炭资源化利用的关键路径。近年来，随着新能源、电动汽车和航空航天等领域快速发展，全球对碳纤维的需求不断扩大。
近期，山西实现T1000级高性能碳纤维量产，标志着国产高性能碳纤维规模化量产实现关键性突破。预计今年我国碳纤维总产能将首次超过海外碳纤维合计产能。
不过，随着风电、新能源汽车、建筑等下游需求增速放缓，碳纤维也面临“供过于求”的危机。行业面临从“增量扩张”到“高端转型”的关键阶段。攻克向高等级、高性能发展的壁垒，不仅是行业摆脱同质化竞争的关键一步，更是推进能源强国建设的必然选择。
让产品“减重增肌”
从汽车的引擎盖、尾翼，到风电机组的叶片，甚至手机壳、鱼竿，碳纤维正走进各行各业，成为各类产品“减重增肌”的关键材料。
相比同级别的燃油车，电动汽车普遍要重10%—30%，如何用轻便又坚固的材料降低整车重量，是新能源汽车提升性能的关键。当前，特斯拉、宝马旗下车型已规模化应用碳纤维组件，中国品牌如蔚来、小鹏也在高端车型中加速导入碳纤维材料。中研普华产业研究院预测，2030年，新能源汽车行业碳纤维需求量将占总需求的45%，成为最大的单一应用领域。
在风电方面，2025年，碳纤维拉挤板主梁渗透率达到45%，单台7兆瓦风机用量可超20吨，较玻璃纤维减重38%，大幅提升发电效率和设备可靠性。2025年，全球风电领域对碳纤维的需求超过10万吨，占全球总需求的60%以上。而在光热、氢能领域，碳纤维也是设备组件、储氢瓶的关键材料，拥有广阔的市场增长空间。
当前，电动汽车和新能源已是我国重要的新兴产业，同时，我国碳纤维需求量和产量同样位居世界前列。去年，我国碳纤维总需求已达8.4万吨，同比增长21.7%。当前，中国碳纤维产能主要集中在华东、东北和西北三大区域，国产化进程不断推进。2024年，国产碳纤维供应量占我国总需求的80.1%，同比增长27.6%。风机叶片、光热等领域的碳纤维材料供应已基本实现进口替代。
不过，值得注意的是，2025年我国碳纤维产能利用率较低，产能扩张速度已超过需求增长速度，过剩风险正在加剧。
高端量产门槛较高
目前，碳纤维行业破解产能过剩的核心在于从“增量扩张”转向“提质增效”。而碳纤维该如何向“高端化”和“量产化”发展？首先，要回归碳纤维最基础的分级概念。
“当前，国际通用的碳纤维分类方式是由日本东丽公司制定的，以‘T+数字’的方式命名。”中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院副教授刘金昌向《中国能源报》记者解释，“T”是拉伸强度（Tensile strength）的首字母，而数字则表示碳纤维的拉伸强度等级。等级较低的T300拉伸强度约为3530MPa，较高的T1100则可达7000MPa以上，远高于金属材料的强度。“以T开头的碳纤维都是拉伸强度比较突出的。也有以M开头的，是杨氏模量比较优异的碳纤维。”简而言之，杨氏模量较高的材料更硬，抗形变水平更强，但拉伸强度可能有所下降。
目前大规模工业化生产的碳纤维主要有两种，一种是聚丙烯腈基碳纤维，其市场份额可占全世界市场总份额的90%左右，另一种是沥青基碳纤维。前者的优势在于可以做到高强度，后者可以做到高模量，应用在不同需求场景中。
“高等级碳纤维的生产门槛主要跟工艺流程相关。碳纤维的生产工艺流程很长，涉及多学科、多专业，每个步骤中的控制因素也很多，但凡有一个控制不好，都可能影响产品性能。”刘金昌说，“每个企业所遇到的技术门槛和瓶颈都不一样，由于碳纤维生产技术保密性高，有些企业甚至无法确定问题成因、不明白哪个步骤出了问题。”
刘金昌指出，在高质量原料的合成与调控方面，全世界掌握相关技术的企业屈指可数。此外，高等级碳纤维的生产需要更精密的工艺控制，原丝纯度要求更高，研发周期长、投入大，失败率高。每提升一个等级，碳纤维生产成本就呈指数级增长，T1000的成本可能是T300的10—20倍。
高端转型时机成熟
近年来，我国大力发展碳纤维自主生产技术，产业已从“跟跑”迈入“并跑”阶段，形成较为明显的规模优势。不过，我国碳纤维高端供给能力仍存在短板，T300面临产能过剩危机。另外，虽然我国已基本实现T800的稳定量产及T1000的试验量产，但高等级标号仍缺乏体系化。
刘金昌认为，确保量产高等级的碳纤维，不仅是保障国家安全的必然需要，也是产业升级转型的关键一步。“当前，碳纤维价格仍然较高，在新能源、电动汽车领域，仍无法对现用材料形成规模化替代。碳纤维行业到了从‘规模驱动’转向‘价值驱动’的阶段，加速向高端化、高性能化、功能化演进，是机遇而非危机。”
作为我国首款国产大飞机，C919的碳纤维用量占比达11.5%，据了解，后续型号C929的用量有望提升至50%，可带动国产高端碳纤维需求快速增长。
刘金昌指出，为实现高等级碳纤维稳定量产，我国应在攻关高强高模PAN原丝的均匀性与批次稳定性、推动从材料到结构件设计、解决应用端短缺滞后等方面进行布局。“未来，碳纤维还可结合新能源安全防护、车身轻量化、氢能等开发更多高增长、高壁垒、高附加值的新市场与新场景。”