隨著北京冬奧會的(de)(de)結束(shu)，“零碳(tan)”辦奧運的(de)(de)目標順利實現，人(ren)們(men)開始注意起了碳(tan)達(da)(da)峰、碳(tan)中(zhong)和(he)這個龐(pang)大的(de)(de)市場。2019年(nian)中(zhong)國(guo)CO2年(nian)排(pai)放量(liang)達(da)(da)到了100億噸，高居全(quan)球首位，占全(quan)球總排(pai)放量(liang)的(de)(de)27.9%，這個數(shu)值是美國(guo)的(de)(de)2倍，歐(ou)盟28國(guo)的(de)(de)3倍。與歐(ou)美發達(da)(da)國(guo)家相比，我國(guo)尚處經濟上(shang)升期，2030年(nian)實現碳(tan)達(da)(da)峰，與2060年(nian)碳(tan)中(zhong)和(he)的(de)(de)目標間(jian)隔年(nian)限(xian)較短(duan)，實現“碳(tan)中(zhong)和(he)”遠景可謂是“時間(jian)緊、任務重”。
資料來源(yuan)：OurWorld in Data :EDGAR前瞻產業研究院(yuan)整理
如何準確高效對碳排放進行監控，是許多企業的重大課題。在未來，對企業污染生產、處理、排放等過程進行監控，通過對數據實時傳輸、統計分析，判斷減污降碳協同情況，將是一個重大課題。而這項課題的核心，是使用正確的氣體傳感器和物聯網設備來(lai)記錄、監測(ce)、管理碳排放量，降低環境(jing)污染。
如何選擇(ze)正確的傳感器，相信讀完(wan)本(ben)文(wen)的你，心中會(hui)有一個答案(an)~~~
氣體(ti)傳感(gan)器百年：
從礦(kuang)山工廠到客(ke)廳(ting)廚(chu)房
氣(qi)體傳感器(qi)是將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器。一(yi)般用來測量環境中某種(zhong)氣體(ti)或有機揮發物(wu)的濃度，如用于氣體(ti)含氧量監測、易(yi)燃易(yi)爆氣體(ti)、有毒有害氣體(ti)的泄露檢測等安全(quan)監管領域。
1926年，連環油(you)船爆炸事件讓美國標(biao)油(you)公司開始重視有毒有害氣(qi)(qi)體(ti)的現(xian)代手段預防(fang)和檢(jian)測，1927年美國人(ren)OliverW. Johnson利用(yong)可燃(ran)氣(qi)(qi)體(ti)催化燃(ran)燒的機(ji)理，發明了歷史上(shang)第一(yi)臺催化燃(ran)燒(LEL)傳(chuan)感器。
1968年，日(ri)(ri)本(ben)費加羅公司研發(fa)出世界上第一支實用性半導體(ti)(ti)(二(er)氧化錫)氣體(ti)(ti)傳(chuan)感器，廣泛應用于工廠和(he)家(jia)庭的(de)氣體(ti)(ti)泄漏(lou)報(bao)警中。直到80年代改革開放后(hou)我國(guo)(guo)才(cai)具備研制氣體(ti)(ti)傳(chuan)感器的(de)能力，大部分技術繼承于工業強國(guo)(guo)德國(guo)(guo)和(he)日(ri)(ri)本(ben)。
氣體傳感器在大氣環保、石油化工生產開采、煤礦安全、醫學診斷等(deng)領域作用極為(wei)關鍵，應用廣(guang)泛。據法國(guo)咨詢公司YoleDéveloppement分析，2021年全球氣體傳感器市場(chang)規(gui)模(mo)為(wei)9.2億美元，氣體傳感器的(de)需求在3.5億顆，而到2026年，全球氣體傳感器市場(chang)規(gui)模(mo)將翻一(yi)番(fan)達20億美元，前景非常可觀(guan)。
受新(xin)冠疫情沖擊，2020年醫療(liao)器械行業(尤其(qi)是(shi)呼吸機)對氣體傳感(gan)器的需求猛增(zeng)，我國氣體傳感(gan)器行業產值一舉突破14.29億(yi)人民(min)幣規模。據智研咨詢分(fen)析，2020年我國氣體傳感(gan)器產量(liang)為3540萬(wan)個，但市場需求量(liang)卻從2019年的2500萬(wan)飆升至4260萬(wan)，還有接近20%的市場需求未被滿足。
“國產替(ti)代，技術(shu)自有”的(de)支(zhi)持趨向明顯，在2010-2020十(shi)(shi)年間，國產自有氣(qi)體(ti)傳(chuan)感器專(zhuan)利數從(cong)372增加到2660件(jian)，曾(ceng)經(jing)(jing)屈(qu)指可數的(de)軟(ruan)件(jian)著作權也增至(zhi)335件(jian)，歷經(jing)(jing)幾十(shi)(shi)年的(de)沉淀(dian)，中(zhong)國氣(qi)體(ti)傳(chuan)感器行業(ye)經(jing)(jing)歷了(le)功(gong)能材(cai)料、電子(zi)陶瓷、MEMS工(gong)藝等(deng)基礎應用科學(xue)的(de)積累，有望迎(ying)來井(jing)噴式發(fa)展。
資料來源：佰騰(teng)網(wang)，華經產業研究院整理
在傳統的石油化工工業生產中，國外傳感器廠商有極高的市場占有率，國產企業常常心有余而力不足。而當前氣體傳感器在物聯網領域的應用正不斷拓寬，并有與人工智能、云平臺(tai)緊密(mi)融(rong)合(he)的趨勢。得益于國家對環保及相關產業政策的支持(chi)，當前氣體傳感器(qi)在(zai)IoT領域(yu)主要應用在(zai)這六大場景:
1、消費類市場：主要集中在消費終端產品中，包括智能家居、可(ke)穿戴設備(bei)和(he)智能手(shou)機;
2、環(huan)境監測(ce)市場：用于監測空氣質量和(he)污染情況(kuang)的氣體傳感器;
3、暖通(tong)空調市場(chang)：用于室內(nei)/車內(nei)空氣質量(liang)監測的氣體傳感器。
4、交通運輸市(shi)場：用于汽車尾氣(qi)測量或重(zhong)型車輛發動(dong)機控制的(de)氣(qi)體傳感器(qi)。
5、醫(yi)療市場：在治(zhi)療(liao)護理(li)和(he)急救時，用(yong)于呼(hu)吸分(fen)析的氣體傳感(gan)器，例如呼(hu)吸機、制氧機、監護儀等。
6、國(guo)防和(he)工業安全市場：在(zai)工業和(he)國防領域(yu)，生產制造過程所(suo)產生的(de)有害氣體(ti)監(jian)測。
氣體傳感器(qi)分類與技術原理
氣體傳感器是以檢測目標為分類基礎的，凡是用于檢測氣體成分和濃度的傳感器都可以被稱為氣體傳感器，因為氣體成分的冗雜性，對氣體傳感器很難進行精準分類。從檢測對象來說，氣體傳感器的測量對象有氧氣(常用順磁式、氧化鋯式)、易燃易爆氣體(常用催化燃燒式、紅外、熱導、半導體式)、有毒氣體傳感器（一般采用電化學、金屬半導體、光離子化、火焰離子化式）、有害氣體傳感器（常采用紅外、紫外等）和有機揮發物等。按照傳感原理不同，主流氣體傳感器可以分為半導體(ti)類(lei)、催(cui)化燃燒類(lei)、電化學類(lei)、光學類(lei)、固體(ti)電解質類(lei)等。
01 半導(dao)體氣體傳感器
半導體氣(qi)體傳(chuan)感器出現時間(jian)較(jiao)早，廣泛(fan)應用于家庭和工(gong)(gong)廠(chang)的可燃氣(qi)體泄露檢測報警裝置，適(shi)用于甲(jia)烷、液化(hua)氣(qi)、氫氣(qi)等的檢測。優點是性價(jia)比高，設計及制造過程簡單;而(er)半導體傳(chuan)感缺點也非(fei)常明(ming)顯，容易受到背景氣(qi)體和溫度干擾，工(gong)(gong)作時功耗較(jiao)大、穩定性差(cha)、線性差(cha)。
圖.半(ban)導體(ti)氣體(ti)傳感(gan)器
02 催(cui)化燃燒(shao)氣(qi)體(ti)傳(chuan)感器
該(gai)氣(qi)體(ti)傳感器(qi)也適(shi)用(yong)于甲烷、液化(hua)氣(qi)、氫氣(qi)等(deng)氣(qi)體(ti)的(de)檢測。和半導(dao)體(ti)氣(qi)體(ti)傳感器(qi)不同(tong)，催化(hua)燃(ran)(ran)燒式傳感器(qi)是利用(yong)耐高溫鉑金(jin)層(ceng)與可(ke)燃(ran)(ran)氣(qi)體(ti)接觸，在其表面(mian)燃(ran)(ran)燒以檢測可(ke)燃(ran)(ran)氣(qi)體(ti)的(de)存在。其優點是計(ji)量準(zhun)確、響應快速、壽命較長;缺點是對可(ke)燃(ran)(ran)氣(qi)體(ti)無(wu)選擇(ze)性(xing)，且暗火工作有引(yin)燃(ran)(ran)爆炸的(de)風險。
03 電(dian)化學(xue)氣體(ti)傳(chuan)感器
電(dian)化學技術因(yin)開發時間早、成熟度高(gao)，市場占有(you)率較高(gao)(近60%)，英德等國(guo)家在(zai)該領域(yu)樹立了(le)核心地位。氣體(ti)傳感器主(zhu)要(yao)有(you)兩種細(xi)分傳感器。第(di)一種恒(heng)電(dian)位電(dian)解(jie)式傳感器，主(zhu)要(yao)用(yong)于檢測(ce)毒性氣體(ti)。第(di)二種原電(dian)池式氣體(ti)傳感器，主(zhu)要(yao)用(yong)于檢測(ce)氧氣，靈敏度極高(gao)。
電化學氣體傳感器具有體積小、功耗低、靈敏度高的優點，同時也存在易受干擾，使用壽命短以及穩定性的問題。
圖.原電(dian)池(chi)式(shi)氣體(ti)傳感器內部構造(zao)
04 光學氣(qi)體傳感器
光學傳感器主要有紅外線氣體傳感器、光反應氣體傳感器、光導纖維溫度傳感器三種(zhong)，原理是通過對(dui)氣體的靈(ling)敏(min)度和光譜反應變化傳遞信號(hao)，對(dui)SO2、CO、CO2、NOx等氣體具有較高(gao)的靈(ling)敏(min)度。
因開發技術較晚，技術難(nan)度(du)較高，但(dan)在(zai)測量精度(du)、抗(kang)干(gan)擾(rao)、使(shi)用壽命(ming)與穩定性上均(jun)有(you)加強，在(zai)暖(nuan)通(tong)制冷和空氣質量監(jian)控(kong)、新風系統(tong)和工業(ye)(ye)安全防護(hu)、農林畜牧業(ye)(ye)生產監(jian)控(kong)領域有(you)廣泛的(de)應用前景。
05 固體電解質(zhi)氣體傳(chuan)感器
固體(ti)(ti)電(dian)解(jie)質氣(qi)體(ti)(ti)傳感(gan)器是一種(zhong)(zhong)以離子導(dao)(dao)體(ti)(ti)為電(dian)解(jie)質的化(hua)學電(dian)池。通過電(dian)解(jie)質和隔膜的配(pei)合，在檢(jian)測到氣(qi)體(ti)(ti)時電(dian)解(jie)質中產(chan)生電(dian)勢差，將(jiang)氣(qi)體(ti)(ti)信息轉化(hua)為電(dian)信號(hao)并(bing)輸(shu)出。由于這種(zhong)(zhong)傳感(gan)器電(dian)導(dao)(dao)率高，靈敏度和選(xuan)擇性好，得(de)到了廣(guang)泛的應(ying)用，幾乎打入了石化(hua)、環保、礦(kuang)業等各個領域，僅次于半導(dao)(dao)體(ti)(ti)氣(qi)體(ti)(ti)傳感(gan)器。
圖.固體(ti)電解(jie)質氣體(ti)傳感器(qi)內部(bu)構造
國(guo)內外氣體傳感器(qi)廠商之爭：
國產替代(dai)，敢于亮劍(jian)
相(xiang)比通信、計(ji)算機技(ji)術(shu)的日新月異，傳感器技(ji)術(shu)的發展(zhan)明(ming)顯滯后。一(yi)方(fang)面傳感器品類(lei)眾多有(you)上萬種(zhong)，不同(tong)元(yuan)件存(cun)在技(ji)術(shu)壁壘;另(ling)一(yi)方(fang)面單種(zhong)類(lei)市(shi)場規模(mo)較(jiao)小，需要(yao)深厚的技(ji)術(shu)基礎(chu)和研發投入，缺乏(fa)資本(ben)市(shi)場青睞(lai)，規模(mo)化(hua)發展(zhan)受到一(yi)定限(xian)制。
材(cai)料、硬件設計(ji)和軟件算(suan)法是傳感器的核心，再加(jia)上(shang)一些高(gao)端傳感器技術和設備被英(ying)美日德等工業強(qiang)國壟斷，在敏感材(cai)料制備、器件制造自動化、多技術整(zheng)合上(shang)仍有差距。
據企查查工商信息顯示，當前國內經營氣體傳感器的企業近2000家，大多分布在廣東、江浙滬以及山東地區。從商標專利來看，我國公開的氣體傳感器領域專利有4600多件，其中2000多件被日本特殊陶業(NGK)、德國博世(Bosch)、美國德爾福(Delphi)等外企注冊，2660件專利是中(zhong)國企業申請持(chi)有。
我國相對成熟的是半導體及催化燃燒傳感器這兩類細分產業，國內市場份額占有率高，在國際上也頗有競爭力。但在電化學、紅外氣體傳感器領域起步較晚，高端儀器近乎被美日德等國壟斷。如城(cheng)市技術(CityTechnology)、費加羅(Figaro)、安(an)費諾(Amphenol)、博世(Bosch)、盛思(si)銳(Sensirion)、森爾(Senseair)等在電化學(xue)氣體、紅外光學(xue)氣體傳感器領域扎根久，在上游元(yuan)器件研(yan)發(fa)制造能(neng)力和品牌影(ying)響(xiang)力上實力強勁。
國內氣(qi)體傳感器實力較強的有漢威科技(旗下煒盛電(dian)子)、四(si)方光電(dian)、戴維萊(lai)等企業。
漢威科技的戰略是從上游材料供應到中游的智能儀表儀器，再到對下游客戶的物聯網解決方案打通，利用平臺和產銷協同優勢，降低經營成本并提高毛利率，從傳統傳感器廠商走向“智慧城市”“智慧(hui)環保”“智慧(hui)安(an)防”“智能家居”領(ling)域的物聯(lian)網綜合服務商。
漢威(wei)科技(ji)的傳感(gan)器(qi)業(ye)務主要由旗下的煒盛(sheng)科技(ji)承擔(dan)，雖然傳感(gan)器(qi)業(ye)務在漢威(wei)科技(ji)的營(ying)收貢獻只有12%，但傳感(gan)器(qi)業(ye)務48.5%的毛利率無疑是印證了(le)煒盛(sheng)科技(ji)在氣體傳感(gan)領(ling)域(yu)的龍(long)頭地位。
漢威科技2021年(nian)度報告節(jie)選(xuan)
相(xiang)比漢威科技(ji)，四方光電在(zai)(zai)IoT上的(de)布局垂直一(yi)(yi)些，這家企業更專精(jing)于傳感(gan)器(qi)元件(jian)和(he)終端產(chan)品出貨，依靠氣體傳感(gan)器(qi)+氣體分析儀(yi)器(qi)“雙輪”戰(zhan)略(lve)，覆蓋了空(kong)氣清潔(jie)、工(gong)業環(huan)境、醫療(liao)健康、安(an)全等領域(yu)。在(zai)(zai)2021半(ban)年報(bao)中(zhong)，四方光電透露要加大對民用傳感(gan)器(qi)、消費物聯網的(de)投(tou)入，一(yi)(yi)方面(mian)是在(zai)(zai)智能家居(ju)領域(yu)CO2/粉塵監測等空(kong)氣凈化場景，拓展(zhan)油煙機、掃地機器(qi)人(ren)、吸(xi)塵器(qi)等產(chan)品的(de)滲透率;另(ling)一(yi)(yi)方面(mian)是在(zai)(zai)抓住新能源(yuan)汽車發展(zhan)的(de)東風，在(zai)(zai)車規MEMS傳感(gan)模塊發力(li)。
從兩家(jia)公司的財務數據可以看出，這兩家(jia)成熟企業(ye)在(zai)(zai)(zai)氣體傳(chuan)感器和儀表盤領域的毛利(li)率(lv)接近(jin)50%，成本控制已相當出色。同時如果從上(shang)游產業(ye)鏈(lian)延(yan)伸到下游做IoT方案，在(zai)(zai)(zai)智慧(hui)安全領域的毛利(li)率(lv)較高(50.27%)，在(zai)(zai)(zai)智慧(hui)城市(shi)領域毛利(li)率(lv)也(ye)較高(35%)，而在(zai)(zai)(zai)智慧(hui)環保(bao)行業(ye)應用的毛利(li)率(lv)較低，只有25.6%。
氣體傳感(gan)器(qi)遠景(jing)與趨勢展望
傳感器行業正走上“技術自控，國產替代”道路，通過(guo)國產(chan)替代(dai)和核心零部(bu)件(jian)自(zi)研率(lv)提(ti)升，實(shi)(shi)現(xian)關鍵零部(bu)件(jian)自(zi)主(zhu)可控，降本增(zeng)效提(ti)高毛(mao)利率(lv)，并從低(di)端的(de)技術和元件(jian)制造邁向中高端市場，以期實(shi)(shi)現(xian)完全的(de)國產(chan)替代(dai)。
在物聯網快速發展(zhan)的今天，氣體傳感(gan)器也在朝著(zhu)以下方(fang)向發展(zhan)：
1、微型(xing)化：納米、薄膜厚膜技術(shu)和MEMS工藝，為氣體傳感器縮(suo)小(xiao)體積(ji)與(yu)功耗(hao)提供了條件(jian)，應用于低(di)能耗(hao)場景與(yu)可穿(chuan)戴設備。
2、多功能(neng)化，集成工藝符合傳(chuan)感(gan)器，可(ke)測量濃(nong)度、流(liu)量、溫(wen)度、濕度、壓力等多(duo)種類型變(bian)量的復合型傳(chuan)感(gan)器將逐(zhu)漸替代單功能傳(chuan)感(gan)器。
3、智(zhi)能(neng)化：在(zai)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)內置微型處理器(qi)(qi)，或將多個(ge)相同或不同類型的氣(qi)體傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)組成傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)陣列，算法升級以實現數據存儲、邏輯判斷(duan)和功能計算。
4、信息化：通過(guo)有(you)線無線通信傳(chuan)輸，實現傳(chuan)感器(qi)之間的(de)聯動與數據交互，并要求(qiu)具備傳(chuan)輸距離遠、抗干擾性強(qiang)、自適應(ying)強(qiang)等通信特點。
5、單(dan)點發力向(xiang)集約化(hua)發展：從傳統的傳感器元件、MEMS芯片向下游產業鏈輸出產品硬件和IoT方案發力。
6、智(zhi)能儀表儀器(qi)也(ye)在走向微型(xing)化、多功能化、人工智(zhi)能化、網(wang)絡化、虛擬化發展。
從漢威科技(ji)的全產(chan)業鏈(lian)布局，囊(nang)括了氣(qi)體傳(chuan)感元件到IoT解決方(fang)案，再到四(si)方(fang)光電聚焦材料、專注開拓下游(you)硬件終端市場應用，從幾大巨頭(tou)的年報里我們發現氣(qi)體傳(chuan)感器的未來商機：
1、碳(tan)中和相關場景/智慧環保應用
“雙碳”戰略的提出和執(zhi)行(xing)(xing)，意味著碳排放(fang)監測(ce)業務在(zai)會迎來爆發式增長(chang)。去年下(xia)半年，各(ge)地的碳交(jiao)易(yi)所已經成立，并開始有(you)大型(xing)(xing)企(qi)(qi)業進行(xing)(xing)碳交(jiao)易(yi)。同時，像煤炭、化工(gong)等重污染企(qi)(qi)業早已提前布局，積極對工(gong)廠進行(xing)(xing)改造(zao)，添(tian)加各(ge)種氣體傳感(gan)(gan)器(qi)以記錄其碳數據(ju)。在(zai)未來，各(ge)種大型(xing)(xing)企(qi)(qi)業的帶動(dong)下(xia)，國內所有(you)制造(zao)型(xing)(xing)企(qi)(qi)業都會面臨在(zai)工(gong)廠增加碳排放(fang)檢測(ce)裝置，而在(zai)線連(lian)續式氣體傳感(gan)(gan)器(qi)將是碳盤查環(huan)節中重要的一(yi)環(huan)。
2、智慧(hui)工業/智能家居(ju)檢測設備(bei)
隨著消費(fei)升級(ji)(ji)和生活品(pin)質(zhi)的不斷提升，城市(shi)化(hua)衍生的環境問(wen)題日益受到重視(shi)。空(kong)(kong)氣質(zhi)量監測覆蓋室內(nei)(nei)、車內(nei)(nei)、室外等(deng)主要(yao)應用場(chang)景(jing)，室內(nei)(nei)空(kong)(kong)氣品(pin)質(zhi)檢測對(dui)象不僅(jin)限于粉塵、CO2，還拓展至(zhi)甲醛、VOC、氨氣、氡等(deng)，產(chan)品(pin)功能(neng)也由(you)單一檢測對(dui)象升級(ji)(ji)為可同時檢測多(duo)種氣體的集成化(hua)產(chan)品(pin);氣體傳感器不僅(jin)可搭載(zai)空(kong)(kong)氣凈化(hua)器、新風系統、空(kong)(kong)調(diao)等(deng)終端，還可應用于吸塵器、掃地機、油(you)煙機等(deng)家電品(pin)類。
隨著全屋智(zhi)能(neng)的(de)普及，未(wei)來(lai)氣體(ti)檢測(ce)器在智(zhi)能(neng)家(jia)居中(zhong)的(de)應用(yong)勢必會越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)。同(tong)時(shi)，工業生產中(zhong)也會需要進(jin)行大(da)量的(de)有毒(du)氣體(ti)的(de)監測(ce)，監測(ce)的(de)過程(cheng)中(zhong)離不開優質的(de)氣體(ti)傳感器。
3、汽車電子消(xiao)費應用
車用傳感器的種類非常多，而車用氣體傳感器是其中最重要的組成部分。據不完全統計，汽車發動機所用的傳感器中，氣體傳感器數量占比超過50%，大種類達到5-6個。保(bao)守(shou)估計(ji)，我國每年需要(yao)超過2億個氧(yang)傳感器(qi)、1000萬個氮(dan)氧(yang)傳感器(qi)、500萬個顆(ke)粒(li)物傳感器(qi)。同(tong)樣，汽(qi)(qi)車安全監控(kong)，尤(you)其是新能源(yuan)汽(qi)(qi)車電池安全狀況(kuang)的(de)(de)實時監控(kong)，也將成為未來電動汽(qi)(qi)車普及(ji)衍生的(de)(de)產(chan)業(ye)機(ji)遇。在(zai)汽(qi)(qi)車智能化(hua)、自動化(hua)的(de)(de)勢頭下，車用(yong)氣(qi)體傳感器(qi)正處于(yu)飛速發(fa)展的(de)(de)風口。
新(xin)一輪“新(xin)基(ji)建”如火(huo)如荼，“雙碳”政策的環(huan)保畫卷啟幕、“智慧城市(shi)”的重點項目普及(ji)，讓傳感器從傳統工(gong)業物(wu)(wu)聯網(wang)快(kuai)速涌向(xiang)生活消費物(wu)(wu)聯網(wang)，氣體傳感器的廣(guang)闊應用(yong)空(kong)間(jian)和利(li)好風向(xiang)市(shi)場，在(zai)與中短距(ju)離(li)無線通信、云(yun)計算等物(wu)(wu)聯網(wang)技術緊密(mi)結(jie)合(he)，正在(zai)在(zai)各(ge)行業煥發新(xin)的春(chun)天。
參考資(zi)料：
漢威科技2021年度報告
四方光電2021年半年度(du)報告(gao)
西南證(zheng)券，氣(qi)體傳感器行業(ye)研究(jiu)報告(gao)
華經(jing)情報(bao)網，2020年中國氣體傳感器行業技術及競(jing)爭格(ge)局(ju)
