Aerogeel: soojusisolatsiooni tööstusahela analüüs

Aerogeel on praegu tuntud kui tahke materjal, millel on madalaim soojusjuhtivus ja madalaim tihedus. Sellel on pikk kasutusiga, super soojusisolatsiooni jõudlus ja super kõrge tulekindlus. Seda tuntakse kui "maagilist materjali, mis muudab maailma". Seda tuntakse ka kui "sinine suits", sest see on sama kerge kui udu ja on sinikas värv.

Tänu oma super soojusisolatsioonile ja muudele omadustele kasutati seda peamiselt lennundus-, sõjaväe- ja riigikaitsevaldkondades varajases staadiumis ning seejärel laienes järk-järgult naftakeemia, tööstuse, ehituse, transpordi, igapäevase kasutamise ja muudele valdkondadele; elektroodikandjate materjalides, katalüütilistes materjalides, sensorimaterjalides, nano steriliseerimismaterjalides, ravimite vabastamises ja paljudes teistes tekkivates valdkondades on põhjalikult uuritud.

Praegu on aerogeeli allvool koondunud tööstuslike torustike soojusisolatsiooni, nagu nafta- ja gaasiprojektid, tööstuslik soojusisolatsioon ja hoonete ehituse soojusisolatsioon. Samal ajal toob see kaasa tehnoloogilisi muudatusi uute energiasõidukite aku soojusisolatsiooni valdkondades.

Hiina riikliku keemiatööstuse uute materjalide tööstuse arengu aruande andmete kohaselt on ülemaailmne aerogeeli turu suurus 2021. aastal ligikaudu 870 miljonit USA dollarit ja prognoositakse 2030. aastal 3,743 miljardit USA dollarit, mille aastane kasvumäär järgmise 10 aasta jooksul on ligikaudu 17,6%.

Uute energiasõidukite puhul saab aerogeel tõhusalt lahendada liitiumraudfosfaatpatareide soojussäilimise probleemi madalatemperatuurilistes keskkondades ja kolmepoolsete patareide soojusliku hajutamise probleemi kõrge temperatuuriga keskkondades ning on eelistatud materjal liitiumpatareide soojusisolatsiooniks.

ID TechExi andmete kohaselt kasvab aerogeeli müügitulu osakaal ehitus- ja akupaketiturul tulevikus kiiresti.

Aerogeelitööstuse ülevaade

Aerogel sündis 1931. aastal, kuid alles 1990. aastatel hakkasid välisriigid seda tööstama.

Kuivatusprotsessi kõrgete kulude tõttu oli varaseid aerogeele siiski võimalik kasutada ainult kosmosesõjaväe- ja naftakeemiavaldkondades.

Kodumaine aerogeel algas suhteliselt hilja ja varajasel turul hõivasid välismaised aerogeeli tooted, millel oli kõrged hinnad ja vähe turundust.

2012. aastal viidi tootmisse esimesed kodumaised 1000L ülikriitilised süsinikdioksiidi aerogeeli kuivatusseadmed, mis tähistavad areogeli ulatuslikku tootmist. Pärast mitut tehnilist iteratsiooni vähenesid tootmiskulud järk-järgult.

Sisepoliitika suurenemise, kodumaiste aerogeeli ettevõtete suurenemise, tehnoloogia arengu ja kulude pideva vähenemisega on aerogeel jõudnud kiiresse arengukanalisse.

Aerogeel on tahke materjal, millel on nanopoorne võrgustruktuur ja mis on täidetud poorides gaasiga. See struktuur ei too konvektsiooniefekti, lõpmatut vaheldusefekti ja lõpmatu pika tee efekti.

Soojussisolatsiooni põhimõte on, et ühtlased ja tihedad nanopoorid ja mitmetasandiline fraktaalpooride mikrostruktuur võivad tõhusalt vältida konvektsiooni ja vähendada soojuskiirgust ja soojusülekannet.

Võrreldes traditsiooniliste soojusisolatsioonimaterjalidega on soojusisolatsiooni jõudlus 2-8 korda suurem kui traditsioonilised materjalid, nii et kasutatav aerogeeli kogus on sama soojusisolatsiooni efekti all väiksem.

Aerogeeli asendustsükkel on umbes 20 aastat, samas kui traditsiooniliste isolatsioonimaterjalide asendustsükkel on umbes 5 aastat, nii et kogu elutsükli kasutuskulud on madalamad.

Kuid ka selle puudused on väga silmapaistvad. Praegu on oluline tegur, mis piirab aerogeeli kasutamist soojusisolatsioonimaterjalides, tasakaal tooraine kulude ja kasutusea vahel.

Aspeni aerogeelide andmete kohaselt moodustavad materjalikulud umbes 48% kogukuludest ja tootmiskulud umbes 44%.

Täpsemalt on aerogeeli tootmiskulud peamiselt kontsentreeritud räni tooraineallikasse, seadmete amortisatsiooni ja energiatarbimisse. Nende hulgas moodustavad seadmete amortisatsiooni ja energiatarbimise kulud umbes 60% tööstusahela kogumaksumusest. Tõhus kulude vähendamine sõltub ühelt poolt ettevalmistusprotsessi läbimurdest ja teiselt poolt odavate toorainete ulatusliku industrialiseerimise kaudu.

Seetõttu algab aerogeeli kulude vähendamine peamiselt kuivatamiskuludest ja tooraine kuludest.

Aerogeeli tööstusahel

Aerogeelitööstuse ahel hõlmab aerogeeli lähteaineid (anorgaaniline räni allikas ja orgaaniline räni allikas), aerogeeli keskmise voolu materjali tooteid ja aerogeeli tootmisseadmeid ning järgnevaid rakendusi.

ülesvoolu tetraetüülortosilikaat ja funktsionaalne silaan on räni allikad; klaaskiud vilt või keraamiline kiud vilt on maatriks; aerogeeli kesk- ja allvoolu: aerogeeli substraadi töötlemine, kasutades sol-geeli tehnoloogiat räniallika laadimiseks maatriksile, Seejärel kasutage CO2 superkriitilist protsessi silikageeli pooride lisandite eemaldamiseks, moodustage veelgi hea mikropoorne struktuur ning viige seejärel läbi järeltöötlus ja müük allvoolu klientidele.

Ülevaade: räni allikas (lähteaine)

Vastavalt erinevatele ühendstruktuuridele ja komponentidele saab räni allikaid jagada orgaanilisteks räni allikateks ja anorgaanilisteks räni allikateks.

Orgaanilise räni allikate hulka kuuluvad funktsionaalsed silaanid, nagu metüülortosilikaat (TMOS) ja etüülortosilikaat (TEOS); anorgaanilised räni allikad hõlmavad ränitetrakloriidi, naatriumsilikaati jne.

Praegu on orgaaniline räni allikas peamine marsruut ja peamised seotud tootjad on Chenguang New Materials, Hongbai New Materials, Xin'an Co., Ltd., Jinhong Gases jne.

Nende hulgas on kogu tööstusharu ahelas märkimisväärsete kulueelistega ettevõtted Chenguang New Materials ja Hongbai New Materials.

Chenguang New Materials on funktsionaalse silaanitööstuse liider, tal on tetraetüülortosilikaadi tootmisvõimsus ja tal on märkimisväärne kulueelis; Tooraine lõigatakse aerogeeli rajale, millel on kogu tööstusharu ahela eelised; Panya Microtrans on kodumaine ePTFE liider ja ta on omandanud 60% Dayin Xishengi aktsia aerogeeli valdkonnas lõikamiseks.

Keskvoog: aerogeeltooted

Aerogeeli materjali kasutamine toimub tavaliselt aerogeeli isolatsioonplaatide, viltide, matide ja muude komposiitmaterjalide kujul. Aerogeeli materjal ise on madal tugevus ja kõrge haprus ning selle otsene kasutamine on piiratud. Seetõttu segatakse seda tavaliselt orgaaniliste polümeeride ja kiudainetega tugevdatud materjalidega jäikade ja paindlike isolatsioonimaterjalide valmistamiseks.

Tavaliselt kasutatavad komposiitmaterjalid hõlmavad klaaskiud, eelkoksüdeeritud traati, keraamilisi kiud jne Spetsiifilises kasutusprotsessis võib aerogeeli komposiitmaterjali välispinda katta ka kilematerjalide, klaaslapiga jne, et vältida aerogeeli komposiitmaterjali kukkumist ja purunemist ning veelgi tagada selle terviklikkus, et maksimeerida soojusisolatsiooni efekt.

Aerogeeli toodete peamised tootjad on Nano Technology, Zhongke Runzi, Chenguang New Materials, Hongbai New Materials, Elyson, Audemars Piguet, Dongguan Sixiang, Jinna Technology, Jianghan New Materials jne.

Keskvoog: aerogeelseadmed

Aerogeeli ettevalmistamise protsessis on kuivatamisetapp kõige kriitilisem protsess.

Aerogeel valmistatakse anorgaanilisest räni allikast või organosiili allika lähteainest ja märg geel valmistatakse lahusti, temperatuuri, katalüsaatori jne kontrollimise teel ning märg geel vanandatakse, modifitseeritakse ja kuivatatakse aerogeeli saamiseks.

Praegu on tööstuse peamised tehnoloogiad superkriitiline kuivatustehnoloogia ja atmosfäärirõhu kuivatamise tehnoloogia. Muud tehnoloogiad, mida ei ole veel massitoodetud, hõlmavad vaakumkülmkuivatamist ja subkriitilist kuivatamist.

Ülikriitiline kuivatustehnoloogia on esimene tehnoloogia aerogeeli partii ettevalmistamiseks ja see on suhteliselt küps ning see on ka aerogeeli ettevõtetes laialdaselt kasutatav tehnoloogia kodus ja välismaal. Ülikriitiline kuivatamine võib säilitada geeli terve skeleti struktuuri kuivatamise ajal.

Järgmine etapp: rakenduse pool

Aerogeeli toodete tohutult turul põhinevate poliitikate toetusel on paljud ettevõtted aerogeelitööstusse sisenenud, edendades tööstuse tootmisvõimsuse kiiremat laienemist.

Ettevõtted nagu Sinopec ja PetroChina on esimesed, kes sisenevad nafta- ja gaasijuhtmete isolatsiooni valdkonda.

Toiteakude valdkonnas ostavad kõik maailma kümme parimat toiteakude tootjat, nagu CATL, AVIC liitiumaku ja Guoxuan Hi-Tech, aerogeeli tooteid.

Tehnoloogia arengu ja tööstuse edasise ulatuse tõttu eeldatakse, et aerogeel asendab järk-järgult traditsioonilised soojusisolatsioonimaterjalid, eriti tööstuse ja seadmete valdkonnas. Tööstus tervikuna läheb üle sissejuhatusperioodilt kasvuperioodile ning kogu tööstusharu ahel peaks looma arenguvõimalusi.