Aerogel: Analyysi "Heat Insulation" -teollisuusketjusta

Aerogel tunnetaan tällä hetkellä kiinteänä materiaalina, jolla on pienin lämmönjohtavuus ja pienin tiheys. Sillä on pitkä käyttöikä, super lämmöneristys suorituskyky ja erittäin korkea palonkestävyys. Se tunnetaan nimellä "maaginen materiaali, joka muuttaa maailmaa". Se tunnetaan myös nimellä "sininen savu", koska se on yhtä kevyt kuin sumu ja on sinertävä väri.

Superlämmöneristyksen ja muiden ominaisuuksiensa vuoksi sitä käytettiin pääasiassa ilmailu-, sotilas- ja maanpuolustusaloilla varhaisessa vaiheessa, ja sitten vähitellen laajennettiin petrokemiaan, teollisuuteen, rakentamiseen, kuljetukseen, päivittäiseen käyttöön ja muihin aloihin; Elektrodien kantomateriaaleissa, katalyyttisissä materiaaleissa, anturimateriaaleissa, nanosterilointimateriaaleissa, lääkkeiden vapautumisessa ja monilla muilla kehittyvillä aloilla on tutkittu laajasti.

Tällä hetkellä aerogeelin loppuvirta keskittyy teollisuusputkien, kuten öljy- ja kaasuhankkeiden, teollisuuden lämmöneristyksen ja rakennusten lämmöneristyksen lämmöneristykseen. Samalla se tuo teknologisia muutoksia uusien energiaajoneuvojen akkujen lämmöneristyksen aloille.

Kiinan kansallisen kemianteollisuuden uusien materiaalien teollisuuden kehitysraportin tietojen mukaan globaalin aerogeelimarkkinoiden koko on noin 870 miljoonaa dollaria vuonna 2021, ja sen odotetaan saavuttavan 3,743 miljardia dollaria vuonna 2030, ja yhdistetty vuotuinen kasvuvauhti on noin 17,6% seuraavien 10 vuoden aikana.

Uusien energiaajoneuvojen osalta aerogeeli voi tehokkaasti ratkaista litiumrautafosfaattiakkujen lämmönsäilymisen ongelman alhaisessa lämpötilassa ja kolmikantaisten akkujen lämpökarkean diffuusion ongelman korkean lämpötilan ympäristöissä, ja se on suositeltu materiaali litiumparistojen lämmöneristykseen.

ID TechExin tietojen mukaan aerogeelin liikevaihto rakennus- ja akkumarkkinoilla kasvaa tulevaisuudessa nopeasti.

Aerogel-teollisuuden yleiskatsaus

Aerogel syntyi 1931, mutta vasta 1990-luvulla ulkomaiset maat alkoivat teollistaa sitä.

Kuivausprosessin korkeiden kustannusten vuoksi varhaisia aerogeelejä voitiin kuitenkin käyttää vain ilmailun sotilas- ja petrokemian aloilla.

Kotimaan aerogeeli alkoi suhteellisen myöhään, ja alkumarkkinoilla oli ulkomaisia aerogeeli tuotteita, joilla oli korkeat hinnat ja vähäiset markkinointiponnistelut.

Vuonna 2012 otettiin käyttöön ensimmäinen kansallinen 1000L superkriittinen hiilidioksidiaerogeelikuivauslaite, joka merkitsi areogelin laajamittaista tuotantoa. Useiden teknisten iteraatioiden jälkeen tuotantokustannukset pienenivät vähitellen.

Kotimaisten politiikkojen kasvun, kotimaisten aerogeeliyritysten kasvun, teknologian kehityksen ja kustannusten jatkuvan laskun myötä aerogeeli on tullut nopeaan kehityskanavaan.

Aerogel on kiinteä materiaali, jolla on nanohuokoinen verkkorakenne ja joka on täytetty kaasulla huokosissa. Tämä rakenne ei tuo konvektio-vaikutusta, ääretön defle-vaikutus ja ääretön pitkä polku-vaikutus.

Lämmöneristyksen periaate on, että tasaiset ja tiheät nanohuokoset ja monitasoinen fraktaalinen huokosrakenne voivat tehokkaasti estää konvektion ja vähentää lämmön säteilyä ja lämmönsiirtoa.

Verrattuna perinteisiin lämmöneristysmateriaaleihin lämmöneristysteho on 2-8 kertaa perinteisiin materiaaleihin, joten käytetyn aerogeelin määrä on pienempi samalla lämmöneristysvaikutuksella.

Aerogeelin vaihtosykli on noin 20 vuotta, kun taas perinteisten eristysmateriaalien vaihtosykli on noin 5 vuotta, joten koko elinkaaren käyttökustannukset ovat alhaisemmat.

Sen puutteet ovat kuitenkin myös hyvin näkyviä. Tällä hetkellä tärkeä aerogeelin käyttöä lämmöneristysmateriaaleissa rajoittava tekijä on raaka-aineen kustannusten ja käyttöiän välinen tasapaino.

Aspenin aerogeelien tietojen mukaan materiaalikustannukset muodostavat noin 48% kokonaiskustannuksista ja valmistuskustannukset noin 44%.

Aerogeelin tuotantokustannukset keskittyvät pääasiassa piiraaka-aineen lähteeseen, laitteiden poistoihin ja energiankulutukseen. Niistä laitteiden poistot ja energiankulutuskustannukset muodostavat noin 60 prosenttia teollisuusketjun kokonaiskustannuksista. Tehokas kustannusten alentaminen riippuu toisaalta valmistusprosessin läpimurrosta ja toisaalta edullisten raaka-aineiden laajamittaisesta teollistamisesta.

Siksi aerogeelin kustannusten alentaminen alkaa pääasiassa kuivauskustannuksista ja raaka-ainekustannuksista.

Aerogel-teollisuusketju

Aerogeeliteollisuuden ketjuun kuuluvat aerogeelien lähtöaineet (epäorgaaninen piilähde ja orgaaninen piilähde), aerogeelimateriaalituotteet ja aerogeelin tuotantolaitteet sekä jatkosovellukset.

Tetraetyyliortosilikaatti ja toiminnallinen silaani ovat piilähteitä; lasikuituhuopa tai keraaminen kuituhuopa on matriisi; aerogeelin midstream- ja downstream: aerogeelin substraattikäsittely käyttämällä sol-geelitekniikkaa silikageelihuokosten epäpuhtauksien poistamiseksi, muodosta edelleen hyvä mikrohuokosrakenne ja suorita sitten jälkikäsittely ja myynti jatko-asiakkaille.

Pääosa: piilähde (esiaste)

Eri yhdisteiden rakenteiden ja komponenttien mukaan piilähteet voidaan jakaa orgaanisiin piilähteisiin ja epäorgaanisiin piilähteisiin.

Orgaanisen piin lähteitä ovat toiminnalliset silaanit, kuten metyyliortosilikaatti (TMOS) ja etyyliortosilikaatti (TEOS). epäorgaanisia piilähteitä ovat piitetrakloridi, natriumsilikaatti jne.

Tällä hetkellä orgaaninen piilähde on valtavirtareitti, ja tärkeimmät etuyhteydessä olevat valmistajat ovat Chenguang New Materials, Hongbai New Materials, Xin'an Co., Ltd., Jinhong Gases jne.

Niiden joukossa yrityksiä, joilla on merkittäviä kustannusetuja koko toimialaketjussa, ovat Chenguang New Materials ja Hongbai New Materials.

Chenguang New Materials on toimiva silaaniteollisuuden johtaja, sillä on tetraetyyliortosilikaatin tuotantokapasiteetti ja sillä on merkittävä kustannusetu; Raaka-aine leikataan aerogeeliradaan, jolla on koko teollisuuden ketjun edut; Panya Microtrans on kotimainen ePTFE-johtaja, ja se on hankkinut 60% Dayin Xishengistä leikatakseen aerogeelikentän.

Keskivirta: aerogeelit

Aerogeelimateriaalin käyttö tapahtuu yleensä aerogeelimateriaalien, huopien, matojen ja muiden komposiittimateriaalien muodossa. Itse aerogeelimateriaalilla on alhainen lujuus ja korkea hauraus, ja sen suora käyttö on rajoitettu. Siksi se on yleensä yhdistetty orgaanisiin polymeereihin ja kuituvahvisteisiin materiaaleihin jäykkien ja joustavien eristysmateriaalien valmistamiseksi.

Yleisesti käytettyjä komposiittimateriaaleja ovat lasikuitu, esihapettu lanka, keraaminen kuitu jne. Erityisessä käyttöprosessissa aerogeelikomposiittimateriaalin ulkopinta voidaan myös pinnoittaa kalvomateriaaleilla, lasikankaalla jne., jotta aerogeelikomposiittimateriaali ei putoa ja hajoa, ja varmistaa edelleen sen eheys lämmöneristysvaikutuksen maksimoimiseksi.

Aerogeeli-tuotteiden tärkeimmät valmistajat ovat Nano Technology, Zhongke Runzi, Chenguang Uudet materiaalit, Hongbai Uudet materiaalit, Elyson, Audemars Piguet, Dongguan Sixiang, Jinna Technology, Jianghan Uudet materiaalit jne.

Keskivirta: Aerogel Devices

Aerogeelin valmistusprosessissa kuivausvaihe on kriittisin prosessi.

Aerogeeli valmistetaan epäorgaanisesta piilähteestä tai orgaanisesta silikonilähteestä, ja märkä geeli valmistetaan säätämällä liuotinta, lämpötilaa, katalyyttia jne., ja märkä geeli vanhennetaan, muunnetaan ja kuivataan aerogeelin saamiseksi.

Tällä hetkellä tärkeimmät teollistumisessa käytettävät teknologiat ovat superkriittinen kuivaustekniikka ja ilmakehän painekuivaustekniikka. Muita tekniikoita, joita ei ole vielä massatuotettu, ovat tyhjiökuivaus ja alikriittinen kuivaus.

Ylikriittinen kuivaustekniikka on varhaisin tekniikka aerogeelin erävalmisteluun, ja se on suhteellisen kypsä, ja se on myös tekniikka, jota aerogeeliyritykset käyttävät laajalti kotimaassa ja ulkomailla. Ylikriittinen kuivaus voi säilyttää geelin ehjän luurangon rakenteen kuivausprosessin aikana.

Jatkojakso: sovelluksen puoli

Aerogeelituotteiden valtavaan markkinatilaan perustuvien politiikkojen tuella monet yritykset ovat tulleet aerogeeliteollisuuteen, mikä edistää teollisuuden tuotantokapasiteetin nopeuttamista.

Yritykset kuten Sinopec ja PetroChina ovat ensimmäisiä, jotka tulevat öljy- ja kaasuputkien eristyksen alalle.

Tehoakkujen alalla maailman kymmenen parasta akkuvalmistajaa, kuten CATL, AVIC Litium Battery ja Guoxuan Hi-Tech, ostavat kaikki aerogeelilaitteita.

Teknologian kehityksen ja teollisuuden laajemman mittakaavan myötä aerogeelin odotetaan vähitellen korvaavan perinteiset lämmöneristysmateriaalit, erityisesti teollisuuden ja laitteiden alalla. Koko toimiala siirtyy käyttöönottovaiheesta kasvukauteen, ja koko toimialaketjun odotetaan avaavan kehitysmahdollisuuksia.