Aerogel: Analisi dari "Isolasi Panas" Rantai Industri

Aerogel kini dikenal sebagai bahan solid dengan konduktivitas termal terendah dan densitas terendah. Ini memiliki kehidupan layanan panjang, prestasi insulasi super panas, dan perlawanan api super tinggi. Ini dikenal sebagai "bahan ajaib yang mengubah dunia". Ini juga dikenal sebagai "asap biru" karena itu adalah cahaya seperti kabut dan memiliki warna biru.

Karena insulasi panasnya super dan properti lainnya, itu terutama digunakan dalam bidang angkasa terbang, militer dan pertahanan nasional pada tahap awal, dan kemudian secara perlahan-lahan diperbesar ke bidang petrokimia, industri, konstruksi, transportasi, penggunaan sehari-hari dan bidang lainnya; dalam bahan pembawa elektroda, bahan katalitis, bahan sensasi, bahan nano sterilisasi, pembebasan obat dan banyak bidang muncul lainnya telah dipelajari secara ekstensif.

Saat ini, garis bawah dari aerogel berkonsentrasi dalam insulasi panas dari pipa industri, seperti proyek minyak dan gas, insulasi panas industri, dan insulasi panas konstruksi bangunan. Pada saat yang sama, itu akan membawa perubahan teknologi ke bidang insulasi termal kendaraan energi baru.

Menurut data dari Laporan Perbangunan Industri Material Baru Industri Nasional Industri Kimia Cina, ukuran pasar aerogel global akan sekitar 870 juta dolar di tahun 2021, dan diharapkan untuk mencapai 3,743 miliar dolar di tahun 2030, dengan tingkat pertumbuhan tahunan terkumpul sekitar 17,6% dalam 10 tahun berikutnya.

Dalam termasuk kendaraan energi baru, aerogel dapat secara efektif memecahkan masalah pertahanan panas baterai lithium besi fosfat di lingkungan suhu rendah dan masalah diffusion termal runaway baterai ternary di lingkungan suhu tinggi, dan adalah bahan yang lebih suka untuk insulasi panas baterai lithium.

Menurut data ID TechEx, bagian pendapatan aerogel dalam pasar konstruksi dan paket baterai akan tumbuh dengan cepat di masa depan.

Pemandangan Industri Aerogel

Aerogel lahir pada tahun 1931, tapi hanya pada tahun 1990-an negara asing mulai memindustrisasinya.

Namun, karena biaya yang tinggi dari proses pengeringan, aerogel awal hanya dapat digunakan di medan militer angkasa udara dan petrokimia.

Aerogel rumahnya mulai terlambat, dan pasar awal didiami oleh produk Aerogel asing dengan harga tinggi dan sedikit usaha pemasaran.

Pada tahun 2012, peralatan pengeringan aerogel karbon dioksida superkritis 1.000 L domestik pertama dimasukkan ke dalam produksi, menandai produksi skala besar areogel. Setelah beberapa iterasi teknis, biaya produksi secara perlahan-lahan dikurangi.

Dengan meningkat kebijakan rumah tangga, meningkat perusahaan aerogel rumah tangga, kemajuan teknologi dan penurunan terus-menerus biaya, aerogel telah memasuki saluran pembangunan cepat.

Aerogel adalah bahan yang solid dengan struktur jaringan nanoporus dan dipenuhi dengan gas di pori. Struktur ini tidak membawa efek konveksi, efek kekacauan tak terbatas, dan efek jalan panjang tak terbatas.

Prinsip isolasi panas adalah bahwa seragam dan nanopor padat dan mikrostruktur poro fraktal multi-tingkat dapat secara efektif mencegah konveksi dan mengurangi radiasi panas dan transfer panas.

Berbanding dengan bahan insulasi termal tradisional, prestasi insulasi termal adalah 2-8 kali lipat dari bahan tradisional, jadi jumlah aerogel yang digunakan adalah kurang di bawah efek insulasi termal yang sama.

Siklus penggantian aerogel sekitar 20 tahun, sementara siklus penggantian bahan insulasi tradisional sekitar 5 tahun, jadi biaya penggunaan seluruh siklus hidup lebih rendah.

Tapi kekurangannya juga sangat terkenal. Saat ini, faktor penting yang membatasi aplikasi aerogel dalam bahan insulasi panas adalah keseimbangan antara biaya materi prima dan hidup layanan.

Menurut data Aspen aerogels, biaya materi menghasilkan sekitar 48% dari total biaya, dan biaya produksi menghasilkan sekitar 44%.

Khususnya, biaya produksi aerogel terutama berkonsentrasi di sumber silikon materi prima, depreciasi peralatan dan konsumsi energi. Di antara mereka, depreciasi peralatan dan biaya konsumsi energi menghasilkan sekitar 60% dari total biaya rantai industri. Pengurangan biaya efektif tergantung pada penerbangan proses persiapan dari satu sisi, dan dari sisi lain melalui industrialisasi skala besar dari materi prima dengan biaya rendah.

Oleh karena itu, pengurangan biaya aerogel terutama dimulai dari biaya kering dan biaya materi prima.

Rantai Industri Aerogel

Rantai industri aerogel termasuk prekursor aerogel di atas (sumber silikon inorganis dan sumber silikon organik), produk materi aerogel di tengah-tengah stream dan peralatan produksi aerogel, dan aplikasi downstream.

Tetraetil ortosilikat dan silan berfungsi adalah sumber silikon; felt serat kaca atau serat keramik adalah matriks; aerogel midstream dan downstream: proses substrat aerogel, menggunakan teknologi sol-gel untuk memuat sumber silikon di matriks, kemudian menggunakan proses superkritis CO2 untuk menghapus ketidaksamaan dalam pori gel silica, lebih lanjut membentuk struktur mikroporous yang baik, dan kemudian melakukan post-proses dan penjualan ke pelanggan downstream.

Upstream: sumber silikon (prekursor)

Menurut struktur dan komponen komponen yang berbeda, sumber silikon dapat dibagi menjadi sumber silikon organik dan sumber silikon inorganik.

Sumber silikon organik termasuk silan fungsional seperti methyl orthosilicate (TMOS) dan ethyl orthosilicate (TEOS); sumber silikon anorganik termasuk tetrachlorid silikon, silikat natrium, dll.

Saat ini, sumber silikon organik adalah rute utama, dan produser terkait utama termasuk Chenguang New Materials, Hongbai New Materials, Xin'an Co., Ltd., Jinhong Gases, dll.

Di antara mereka, perusahaan dengan keuntungan mahal yang signifikan di seluruh rantai industri termasuk Chenguang Material Baru dan Hongbai Material Baru.

Chenguang Material Baru adalah pemimpin dalam industri silan berfungsi, memiliki kapasitas produksi tetraethyl orthosilicate, dan memiliki keuntungan biaya yang signifikan; Bahan mentah dipotong ke jalur aerogel, yang memiliki keuntungan dari seluruh rantai industri; Panya Microtrans adalah pemimpin ePTFE rumahnya, dan ia telah memperoleh 60% equity dari Dayin Xisheng untuk memotong ke lapangan aerogel.

Midstream: produk aerogel

Penggunaan bahan aerogel biasanya dalam bentuk papan insulasi aerogel, felts, mats dan bahan komposit lainnya. Material aerogel sendiri memiliki kekuatan rendah dan kelemahan tinggi, dan penggunaannya langsung terbatas. Oleh karena itu, biasanya digabungkan dengan polimer organik dan materi yang diperkuat serat untuk mempersiapkan materi insulasi yang rigid dan fleksibel.

Material komposit yang biasa digunakan termasuk serat kaca, kabel preoksidasi, serat keramik, dll. Dalam proses penggunaan spesifik, permukaan luar dari bahan komposit aerogel juga dapat ditutup dengan bahan film, kain kaca, dll. untuk mencegah bahan komposit aerogel jatuh dan pecah, dan lebih lanjut memastikan integritas untuk memaksimalkan efek insulasi termal.

Pembuat utama produk aerogel termasuk Nano Technology, Zhongke Runzi, Chenguang New Materials, Hongbai New Materials, Elyson, Audemars Piguet, Dongguan Sixiang, Jinna Technology, Jianghan New Materials, dll.

Midstream: Perangkat Aerogel

Dalam proses persiapan aerogel, langkah kering adalah proses yang paling kritis.

Aerogel disediakan dari sumber silikon inorganik atau prekursor sumber organosilicon, dan gel basah disediakan dengan mengendalikan solven, suhu, katalis, dll., dan gel basah sudah tua, diubah dan kering untuk mendapatkan aerogel.

Saat ini, teknologi utama yang digunakan dalam industrisasi adalah teknologi pengering super kritis dan teknologi pengering tekanan atmosfer. Teknologi lain yang belum diproduksi massa termasuk pembekuan-beku vakum dan pembekuan subkritis.

Teknologi pengeringan super kritis adalah teknologi paling awal untuk menyadari persiapan batch aerogel, dan itu relatif dewasa, dan juga teknologi yang sangat digunakan oleh perusahaan aerogel di rumah dan di luar negeri. Kekeringan super kritis dapat mempertahankan struktur tulang rusa intak gel selama proses pengeringan.

Downstream: sisi aplikasi

Dengan dukungan kebijakan, berdasarkan ruang pasar besar produk aerogel, banyak perusahaan telah memasuki industri aerogel, mempromosikan ekspansi kecepatan kapasitas produksi industri.

Perusahaan seperti Sinopec dan PetroChina adalah yang pertama yang memasuki bidang insulasi pipa minyak dan gas.

Dalam bidang baterai listrik, sepuluh pembuat baterai listrik terbaik di dunia, seperti CATL, AVIC Lithium Battery, dan Guoxuan Hi-Tech, semua membeli produk aerogel.

Dengan kemajuan teknologi dan skala lebih lanjut industri, aerogel diharapkan untuk secara perlahan menggantikan bahan insulasi termal tradisional, terutama dalam bidang industri dan peralatan. Industri secara keseluruhan akan transisi dari periode pengakuan ke periode pertumbuhan, dan seluruh rantai industri diharapkan untuk memberikan kesempatan pertumbuhan.