2022年工业气体行业发展现状及市场规模分析.docx

2022年工业气体行业发展现状及市场规模分析1.气体需求伴随世界制造技术成长19世纪末，运气设备和低温技术是工业行业起步的基础。1886年英国科学家霍华德、理查德和德国科学家马克思、赖因哈德分别研制出高压气罐技术，使得通过气罐运输气体成为可能。1893年杜瓦设计出特殊的低温恒温器（杜瓦瓶）用于贮存低温液体，并于1898年在杜瓦瓶中实现氢的液化。气体液化和储存是气体行业形成的关键一环，其重要性就行业成立而言更甚于在接下来一个世纪任何下游市场的开发。事实上，早在18世纪就有将氧气应用于医疗领域的先例，然而种种原因使得行业在一百余年后才见到规模化的成型。林德将学界理论引入实践，两个技术思想获得气体液化专利。依靠制冷技术背景，卡尔·林德使用类似于空气制冷机所用的冲压气缸实现低温气体液化。设备的核心原理在于利用逆流连续冷却和内部做功冷却。与通常的压缩制冷过程不同，气体通过逆流发生器膨胀冷却，由此产生的循环过程在发生器两侧产生温差，在接近大气温度的一侧（热端），冷却从外部进行，实现温度的持续下降。林德在制冷过程中发现，当逆流发生器的低温测接近临界温度时，除了等效的外部做功外还伴有大量内能变化。这一发现本质上是对英国物理学家焦耳和汤姆逊在1857年所描述效应的发展。即使在特定温度下没有外界做功，气体通过骤然缩小的界面，阻力增大、局部压力降低，也会引发冷却过程。1895年林德首次冷却得到液态空气，这一利用两个学界理论的大气液化技术获批专利。世纪之交，氧乙炔焊接切割工艺带动工业气体早期需求萌芽。19世纪后期，氧气主要用于剧院聚光灯和医院，尽管不断更新的制气技术提高了氧气产能，下游需求十分有限。德国制冷业务的最大客户啤酒厂将氧气引入催熟威士忌的尝试也宣告失败。直到1901年，法国工程师查理斯和埃德蒙发明了氧乙炔焊接喷灯，激发对高纯度氧气的需求。1904年，皮卡德制造出第一个氧乙炔切割枪，一夜间改变了金属加工的方法。工业的迅速发展带动了氧气和乙炔市场成熟，同时空气分离技术得到显著发展，1910年空分制气已具备经济性。此外，当时电解水制氧的技术问题已经攻克，然而由于其高昂成本与氢气副产物，这种方法没有得到推广。化学技术进步创造条件，大气其他成分的应用逐渐得到开发。1910年哈伯法打通了氮气制备氨的过程，一年后的一战，德军开始使用氨作为制备炸药的原料。同时，一战期间停止进口智利的硝酸钾，其他化学工业也需要新的氮源。1912年，科学家逐步发现大气中稀有气体的存在，氦气被用作军方飞艇的升力气体，氩、氖、氪、氙气短期内寻找到了工业用途：填充灯泡；二战期间，氩气被作为电弧焊的保护气体。尽管德国1918年宣布战败，但这并未影响其继续蓬勃发展的工业水平，甚至在20年代末期，德国对氧气的需求出现激增。1910-1920s是工业气体发展的第一段黄金年代，当今世界的气体巨头除空气化工外，都在一战前成立。氧气为起家业务，极高的协同性使林德具备向其他市场拓展的技术能力。自1895年实现空气液化后，林德开始研究精馏法获取纯氧的装置。1902年，卡尔的儿子Friedrich利用高压精馏塔生产出近乎纯净的氧气。公司于1903年推出了一种用于液体空气净化的单柱系统并于同年开始销售氧气，1910年双柱系统被设计出来，为现代空分设备打下了坚实基础。相似的技术被用于其他气体的分离，在与教授团队及氮气厂的合作下，林德实现了通过一氧化碳的部分冷凝从水气中提取纯氮和氢(林德-弗兰克-卡罗过程)。1928年林德完成了第500个氮氧工厂的建立，尽管已经具备从空气、焦炉煤气中提取不同组分的技术，林德的重心始终在氧气业务上。在行业进入者不断增加的情形下，林德向其他国家拓展，并坚定决定垄断氧气市场。吹氧替代空气生产高纯度钢铁，战后冶金再次提振氧气需求。海兰德工艺和林德弗兰克工艺的发展使得氧气生产成本大大下降，鼓励在电炉和平炉中使用氧气的尝试。20世纪40年代生产的钢材杂质含量很高，工业开始使用纯氧作为空气的替代品以氧化去除钢中多余的硅、锰和碳。Bessemer设计的梨形容器能够在加热铁的同时通过熔融金属吹入氧气，从而去除杂质，相比于直接吹入空气显著提高了产品纯度并催化反应。1952年面世的更加流程化和工业化的Linz-Donawitz过程（氧气顶吹转炉炼钢法）至今仍是全球钢铁生产的主流工艺。60年代开始的随后近十年，伴随钢铁工业从平炉转变为氧气炉，氧气的需求增加了十倍以上，工业气体公司纷纷建造大型制氧厂和管道系统以供应钢铁行业。半导体等新兴技术推动电子气体发展。电子气体是液晶面板、集成电路、LED、光伏、光纤等电子工业生产中的关键原料。1958年9月美国公司基尔比制成了世界上第一个集成电路振荡器，宣告半导体的初始技术累积已经到达一定程度；随后的计算机与互联网产业革命将半导体产业推向高潮。半导体技术的发展逐渐在大规模集成电路、光通信技术、无线通信技术、太阳能电池、白光照明等得以应用，打开了电子特气的广阔市场。电子特气技术壁垒更甚一般工业气体，市场集中度极高。相对一般工业气体，电子特种气体附加值更高。2018年全球半导体用电子气体市场中，林德、空气化工、液化空气和大阳日酸控制全球91%的市场份额，形成寡头垄断的局面。在国内市场，海外气体巨头控制了88%的份额。工业生产带来能源危机，环保需求推动特种气体另一条线的发展。1973年石油危机后，石油价格冲击导致的对化石燃料储量的担忧与对燃烧废气影响环境的批评让电解水制氢成为新的方向，人们开始关注“氢社会”-以氢为主要的能源来源的未来社会。2.布局全面化、业务全球化是必由之路气体巨头集中成立于19世纪末期经济蓬勃发展的国家，成立之时各有侧重。当今全球气体巨头除美国空气产品外均成立于一战以前，首次覆盖的业务多以大气成分中氧气为主，对二氧化碳、乙炔与氢气的关注较少。20世纪初期创造出的氧和乙炔焊接切割工艺推进了部分地区的工业气体产业萌芽（如日本大阳日酸，1910）。同时，相对早期成立的公司也在全球范围内推动了技术进步。林德认为美国的钢铁工业非常发达并且高速增长，氧气市场在美国前景广阔，因而选址于美国建立普莱克斯。然而事实上，氧乙炔焊接法当时只在欧洲流行，为了提高氧气在美国的需求，林德将新的焊接方法引入美国。从西欧和北美开始，行业国际化进程在80年代迎来跨洲际的爆发。早期的工业气体行业完全集中于英、法、德、美等几个工业化国家，尽管诸如林德之类的公司有过拓展地域市场的尝试，但始终没有迈出既有洲际。20世纪70年代，大西洋两岸渐显国际化趋势；80年代中期，韩国、新加坡和马来西亚等亚洲国家逐渐成为西方工业气体公司的合作伙伴。随着苏联解体、东欧解放和中国改革开放，新的国际市场向外打开。正如林德的步伐，西方国家的许多工业气体企业并购在80年代如火如荼的开展，西方巨头逐渐完成“全球气体”秩序的建立。全球巨头规模较大，且业绩保持稳定增长。林德在与普莱克斯合并后，作为目前全球第一的工业气体巨头，2020年疫情影响下净利润高达25.01亿美元，同比增幅9.4%，2021年营业收入近308亿美元，居于行业首位且强劲增长。法液空与美国空气化工整体收入规模稳定，2021年规模分别为为233亿欧元187亿美元左右。海外巨头面对疫情冲击，营收下滑幅度均较小，净利润则实现增长。资本壁垒与技术壁垒建起护城河，市场处于寡头垄断状态。工业气体行业自成立以来就表现出极强的寡头垄断市场特征，头部玩家均或多或少地在一定区域内占据主导地位，国际巨头间共同成立合资企业的现象并不罕见。根据SAI公司的统计数据，2000年行业CR7超过90%；2013年前四大生产厂商占全球市场的75%，市场高度集中。2018年10月林德与普莱克斯合并后，三大气体巨头（林德集团、法国液化空气、空气化工产品）占据全球工业气体外包市场76.71%的份额。对于有意入行者，资本开支是壁垒，而对于业内集团，前期资本开支带来充裕现金流。3.工业气体市场仍有较大潜力全球工业气体市场2018年超过千亿美元，市场空间较大。在全球工业稳定发展的环境下，全球工业气体市场持续增长。根据亿渡数据，2020年，全球工业气体市场规模达1341亿美元，未来有望继续保持较为稳定的增长。工业气体行业增长趋势与GDP步调基本一致，为实际GDP增速的8倍左右。我们选择林德、美国空气化工作为参考标的，对比二者近30年来营业收入与母公司所在地的实际GDP增速，同时通过加合二者收入作为全球工业气体市场增速的替代指标，对比全球GDP增速，可以看出企业/行业的增长与工业发展和宏观经济紧密联系。全球实际GDP增长率与两家巨头营业收入增长率之和高度拟合，后者为前者的8倍左右。因此当宏观经济步入景气周期后，工业气体市场有巨大潜力。随着新技术的产生与对旧技术的迭代，同一气体新的应用持续浮现。尽管工业气体的生产始于1900年左右，时至今日行业的发展几乎没有停滞，以氧气为例，20世纪内制备产能剧增，一方面由技术进步支撑，也说明在时代背景变化下，不断涌现对氧气的新需求，这一切都应归功于市场中的龙头企业不断拓展终端市场。多下游覆盖，终端市场进可攻退可守。不同于制造业其他细分领域，工业气体行业下游覆盖多个终端市场，且很大程度为工业消费品，叠加气体厂商与客户往往签订的是长期、大型合同，行业具有较强的防御属性，对经济衰退的敏感程度较低。经济衰退或宏观环境不利时，部分行业伴随周期步入低迷，萧条时期即使是制造业和化工领域龙头也可见亏损。与各终端市场龙头相比，尽管工业气体行业营收与利润规模较小，但始终保持盈利乃至稳定增长状态。由于生产的气体种类、下游用气细分市场和供气方式存在差异，工业气体行业内利润水平有所区别，但整体毛利率维持相对较高水平。