Aerogel:; "Aislamiento térmico"; Cadena industrial
- 2022-12-08
Aerogel is currently known as the solid material with the lowest thermal conductivity and the lowest density. It has a long service life, super heat insulation performance, and super high fire resistance. It is known as "the magic material that changes the world". It is also known as "blue smoke" because it is as light as a mist and has a bluish color.
Debido a sus características de súper aislamiento térmico, se aplicó principalmente en los campos aeroespacial, militar y de defensa nacional en los primeros días, y luego se expandió gradualmente a los campos petroquímico, industrial, de construcción, transporte y uso diario; Ha sido ampliamente estudiado en muchos campos emergentes, como materiales portadores de electrodos, materiales catalíticos, materiales sensores, materiales nanobactericidas y liberación de medicamentos.
En la actualidad, los tramos inferiores del aerogel se concentran principalmente en el campo del aislamiento térmico de tuberías industriales como la ingeniería de petróleo y gas, el aislamiento térmico industrial y el aislamiento térmico de edificios. Al mismo tiempo, traerá cambios tecnológicos al campo del aislamiento térmico de las baterías de vehículos de Nueva energía.
Según el informe de desarrollo de la industria de nuevos materiales químicos de china, el tamaño del mercado mundial de aerogeles en 2021 es de unos 870 millones de dólares estadounidenses, y se espera que alcance los 3.743 millones de dólares estadounidenses en 2030, con una tasa de crecimiento anual compuesta de alrededor del 17,6% en los próximos 10 años.
En cuanto a los vehículos de Nueva energía, El aerogel puede resolver eficazmente el problema de aislamiento térmico de las baterías de fosfato de hierro y litio a baja temperatura y el problema de difusión térmica fuera de control de las baterías ternárias a alta temperatura, que es el material preferido para el aislamiento térmico de las baterías de litio.
Según datos de Id techex, la cuota de ingresos de aerogeles en el mercado de la construcción y las baterías crecerá rápidamente en el futuro.
Visión general de la industria del aerogel
Aerogel nació en 1931, pero no fue hasta la década de 1990 que los países extranjeros comenzaron a industrializarlo.
Sin embargo, debido al alto costo del proceso de secado, los primeros aerogeles solo se pueden utilizar en los campos aeroespacial, militar y petroquímico.
Los aerogeles nacionales comenzaron tarde, y el mercado temprano fue ocupado por productos aerogeles extranjeros, con altos precios y poca intensidad de comercialización.
En 2012, se puso en funcionamiento el primer equipo de secado de aerogel de dióxido de carbono supercrítico 1000l en china, marcando la producción a gran escala de gel de corona de leche. Después de varias iteraciones técnicas, los costos de producción se han reducido gradualmente.
Con el aumento de las políticas nacionales, el aumento de las empresas nacionales de aerogel, los avances tecnológicos y la disminución continua de los costos, El aerogel ha entrado en un canal de rápido desarrollo.
El aerogel es un material sólido con una estructura de red nanoporoso, con poros llenos de gas. Esta estructura no producirá efectos convectivos, efectos de deflector infinitos y efectos de trayectoria infinitamente larga.
El principio de aislamiento térmico es que la microestructura de los nanoporos uniformes y densos y los poros Fractales multinivel pueden prevenir eficazmente la convección y reducir la radiación térmica y la transferencia de calor.
En comparación con los materiales de aislamiento térmico tradicionales, sus propiedades de aislamiento térmico son 2 - 8 veces mayores que las de los materiales tradicionales, por lo que bajo el mismo efecto de aislamiento térmico, el uso de aerogel es menor.
El ciclo de reemplazo del aerogel es de unos 20 años, mientras que el ciclo de reemplazo del material de aislamiento térmico tradicional es de unos 5 años, por lo que el costo de uso de todo el ciclo de vida es más bajo.
Pero sus deficiencias también son muy prominentes. En la actualidad, un factor importante que limita la aplicación de aerogeles en materiales aislantes térmicos es el equilibrio entre el costo de las materias primas y la vida útil.
Según Aspen aerogel, el costo de los materiales representa alrededor del 48% del costo total y el costo de fabricación representa alrededor del 44%.
Específicamente, los costos de producción de aerogeles se concentran principalmente en las fuentes de silicio de materias primas, la depreciación de equipos y el consumo de energía. Entre ellos, la depreciación del equipo y los costos de consumo de energía representan aproximadamente el 60% del costo total de la cadena industrial. La reducción efectiva de costos depende, por un lado, de los avances en los procesos de preparación y, por otro, de la industrialización a gran escala de materias primas de bajo costo.
Por lo tanto, la reducción de costos de los aerogeles comienza principalmente con los costos de secado y los costos de las materias primas.
Cadena de la industria del aerogel
La cadena de la industria del aerogel incluye precursores de aerogel aguas arriba (fuentes inorgánicas de silicio y fuentes de silicio orgánico), productos de materiales de aerogel aguas abajo y equipos de producción de aerogel y aplicaciones aguas abajo.
El ortosilicato de dietilo aguas arriba y el Silano funcional son fuentes de silicio; El fieltro de fibra de vidrio o el fieltro de fibra cerámica son la matriz; Aguas abajo y medias del aerogel: procesamiento del sustrato del aerogel, carga la fuente de silicio sobre el sustrato con tecnología Sol - gel, y luego utiliza el proceso supercrítico de CO2 para eliminar las impurezas en los poros del aerogel, formando aún más una buena estructura microporosa, y luego reprocesada y vendida a clientes aguas abajo.
Aguas arriba: fuente de silicio (precursor)
Según la estructura y la composición del compuesto, las fuentes de silicio se pueden dividir en fuentes de silicio orgánico y fuentes de silicio inorgánico.
Las fuentes de silicona incluyen silanos funcionales, como el ortosilicato de metilo (tmos) y el ortosilicato de etílico (teo); Las fuentes de silicio inorgánico incluyen cloruro de silicio, silicato de sodio, etc.
En la actualidad, la fuente de silicona es la ruta principal, y los principales fabricantes relacionados incluyen nuevos materiales de chenguang, nuevos materiales rojos y blancos, Xin 'an co., ltd., co., ltd., Jinhong gas y así sucesivamente.
Entre ellos, las empresas con ventajas de costo significativas en toda la cadena industrial incluyen Chenguang New Materials y hongbai New materials.
El nuevo material de Chenguang es el líder de la industria del Silano funcional, con capacidad de producción de ortosilicato de sodio y una ventaja de costo significativa; Las materias primas se cortan en la pista de aerogel y tienen las ventajas de toda la cadena industrial; Panya microtrans, líder del eptfe nacional, ha adquirido una participación del 60% en dayin xisheng y ha entrado en el campo de los aerogeles.
Curso medio: productos aerogeles
El uso de materiales aerogeles suele ser en forma de paneles de aislamiento aerogeles, fieltro, almohadillas y otros materiales compuestos. El material aerogel en sí tiene baja resistencia y alta fragilidad, y su uso directo está limitado. Por lo tanto, suele combinarse con polímeros orgánicos y materiales reforzados con fibra para preparar materiales aislantes rígidos y flexibles.
Los materiales compuestos comúnmente utilizados incluyen fibra de vidrio, alambre de preoxidación, fibra cerámica, etc. durante el uso específico, la superficie exterior del material compuesto de aerogel también se puede aplicar con materiales de película delgada, tela de vidrio, etc., para evitar que el material compuesto de aerogel se caiga y se rompa, y garantizar aún más su integridad para maximizar el efecto de aislamiento térmico.
Los principales fabricantes de productos de aerogel incluyen nanotecnología, zhongke runzi, Chenguang New materials, hongbai New materials, alison, aibi, Dongguan sixiang, jinna technology, Jianghan New materials, etc.
Curso medio: equipos aerogeles
En el proceso de preparación del aerogel, el paso de secado es el proceso más crítico.
El aerogel está preparado a partir de una fuente de silicio inorgánico o un precursor de una fuente de silicio orgánico, que prepara gel húmedo controlando el disolvente, la temperatura, el catalizador, etc., y envejece, modifica y seca el gel húmedo para obtener el aerogel.
En la actualidad, las principales tecnologías aplicadas industrialmente son la tecnología de secado supercrítico y la tecnología de secado a presión atmosférica. Otras tecnologías que aún no se han producido a gran escala incluyen el secado por congelación al vacío y el secado subcrítico.
La tecnología de secado supercrítico es la primera tecnología para lograr la preparación por lotes de aerogeles, y es relativamente madura, y también es una tecnología ampliamente utilizada por las empresas de aerogeles en el país y en el extranjero. El secado supercrítico puede mantener la estructura esquelética completa del gel durante el proceso de secado.
Aguas abajo: lado de la aplicación
Con el apoyo de la política, basada en el enorme espacio de mercado de los productos de aerogel, muchas empresas han entrado en la industria de aerogel, impulsando la expansión acelerada de la capacidad de producción de la industria.
Sinopec, Petrochina y otras empresas tomaron la delantera en entrar en el campo del aislamiento térmico de oleoductos y gasoductos.
En el campo de las baterías de energía, los diez principales fabricantes mundiales de baterías de energía, como catl, Avic lithium y guoxuan Hi - tech, compran productos aerogeles.
Con los avances tecnológicos y una mayor expansión de la escala industrial, se espera que el aerogel reemplace gradualmente a los materiales de aislamiento térmico tradicionales, especialmente en el campo industrial y de equipos. La industria en su conjunto pasará del período de introducción al período de crecimiento, y se espera que toda la cadena industrial marque el comienzo de oportunidades de desarrollo.
