Aerogel: การวิเคราะห์ห่วงโซ่อุตสาหกรรม "ฉนวนกันความร้อน"

แอโรเจลเป็นวัสดุแข็งที่มีการนำความร้อนต่ำสุดและมีความหนาแน่นต่ำสุดที่รู้จักกันในปัจจุบัน อายุการใช้งานยาวนานมีฉนวนกันความร้อนที่แข็งแกร่งและทนไฟสูงมาก มันถูกเรียกว่า "วัสดุมหัศจรรย์ที่เปลี่ยนโลก" มีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า บลูสโมค เพราะเบาเหมือนหมอก เป็นสีฟ้า

เนื่องจากฉนวนกันความร้อนที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษและคุณสมบัติอื่น ๆ ในช่วงต้นส่วนใหญ่จะใช้ในการบินและอวกาศการทหารและการป้องกันประเทศและต่อมาค่อย ๆ ขยายไปยังปิโตรเคมีอุตสาหกรรมการก่อสร้างการขนส่งรายวันและสาขาอื่น ๆ มีการวิจัยอย่างกว้างขวางในหลายสาขาที่เกิดขึ้นใหม่เช่นวัสดุผู้ให้บริการอิเล็กโทรดวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาวัสดุตรวจจับวัสดุฆ่าเชื้อนาโนการปล่อยยาและอื่น ๆ

ปัจจุบันปลายน้ำของ aerogel ส่วนใหญ่จะมุ่งเน้นไปที่พื้นที่ฉนวนกันความร้อนของท่ออุตสาหกรรมเช่นโครงการน้ำมันและก๊าซฉนวนกันความร้อนอุตสาหกรรมฉนวนกันความร้อนการก่อสร้างอาคาร ในขณะเดียวกันก็จะนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีในด้านของฉนวนกันความร้อนแบตเตอรี่รถยนต์พลังงานใหม่

ตามรายงานการพัฒนาอุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ใหม่ของจีน ขนาดของตลาด aerogel ทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 870 ล้านเหรียญสหรัฐในปี 2021 คาดว่าจะสูงถึง 3.743 ล้านเหรียญสหรัฐในปี 2030 และอัตราการเติบโตต่อปีประมาณ 17.6% ในอีก 10 ปีข้างหน้า

สำหรับยานพาหนะพลังงานใหม่ aerogel สามารถแก้ปัญหาการเก็บรักษาความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำและปัญหาการแพร่กระจายความร้อนที่ควบคุมไม่ได้ของแบตเตอรี่ไตรภาคีในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับฉนวนกันความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียม

จากข้อมูลของ ID TechEx ส่วนแบ่งรายได้ของแอโรเจลในตลาดอาคารและแบตเตอรี่ในอนาคตจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ภาพรวมอุตสาหกรรม Aerogel

แอโรเจลถือกำเนิดขึ้นในปี 1931 แต่จนถึงทศวรรษ 1990 ต่างประเทศเริ่มเข้าสู่อุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระบวนการอบแห้งมีค่าใช้จ่ายสูง แอโรเจลรุ่นแรกจึงสามารถใช้ในด้านการบินและอวกาศ การทหารและปิโตรเคมีเท่านั้น

แอโรเจลในประเทศเริ่มต้นค่อนข้างช้า,ตลาดช่วงแรกถูกครอบครองโดยสินค้าแอโรเจลจากต่างประเทศที่มีราคาสูงและแรงทางการตลาดน้อย

ในปี 2012 อุปกรณ์การอบแห้ง aerogel คาร์บอนไดออกไซด์ 1000L supercritical CO2 เครื่องแรกในประเทศถูกนำไปผลิตซึ่งเป็นเครื่องหมายการผลิตขนาดใหญ่ของ areola gel หลังจากการทำซ้ำทางเทคนิคหลายครั้งต้นทุนการผลิตจะลดลงเรื่อย ๆ

แอโรเจลได้เข้าสู่ช่องทางที่เติบโตอย่างรวดเร็วตามการเพิ่มขึ้นของนโยบายภายในประเทศการเพิ่มขึ้นของธุรกิจแอโรเจลในประเทศความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและต้นทุนที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง

แอโรเจลเป็นวัสดุแข็งที่มีโครงสร้างเครือข่ายรูพรุนนาโนที่เต็มไปด้วยก๊าซในรูขุมขน โครงสร้างนี้ไม่ก่อให้เกิดการพาความร้อนผลกระทบอุปสรรคไม่ จำกัด และผลกระทบเส้นทางยาวไม่ จำกัด

หลักการของฉนวนกันความร้อนคือรูขุมขนนาโนที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอและโครงสร้างจุลภาคของรูพรุนหลายขั้นตอนสามารถป้องกันการพาความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพลดการแผ่รังสีความร้อนและการถ่ายเทความร้อน

เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุฉนวนความร้อนแบบดั้งเดิม คุณสมบัติฉนวนกันความร้อนของมันจะสูงกว่าวัสดุทั่วไปถึง 2-8 เท่า ดังนั้นจึงมีการใช้แอโรเจลน้อยลงภายใต้ผลฉนวนเดียวกัน

วงจรการเปลี่ยนแอร์เจลจะอยู่ที่ประมาณ 20 ปี ขณะที่วงจรการเปลี่ยนฉนวนแบบเดิมจะอยู่ที่ประมาณ 5 ปี ทำให้ต้นทุนการใช้งานตลอดวงจรชีวิตลดลง

แต่ข้อเสียของมันก็โดดเด่นมาก ปัจจุบันปัจจัยสำคัญที่จำกัดการใช้แอร์เจลในวัสดุกันความร้อน คือ ความสมดุลระหว่างต้นทุนวัตถุดิบและอายุการใช้งาน

จากข้อมูลของ Aspen Airgel ต้นทุนวัสดุคิดเป็นประมาณ 48% ของต้นทุนทั้งหมดและต้นทุนการผลิตคิดเป็นประมาณ 44%

โดยเฉพาะต้นทุนการผลิตแอร์โรเจลจะเน้นไปที่แหล่งซิลิคอนดิบ ค่าเสื่อมราคาของอุปกรณ์และการใช้พลังงานเป็นหลัก ในหมู่พวกเขา ค่าเสื่อมราคาของอุปกรณ์และค่าใช้จ่ายการใช้พลังงานคิดเป็นประมาณ 60% ของต้นทุนทั้งหมดของห่วงโซ่อุตสาหกรรม การลดต้นทุนอย่างมีประสิทธิภาพในมือข้างหนึ่งขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าของกระบวนการเตรียมการและอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ของวัตถุดิบต้นทุนต่ำ

ดังนั้น การลดต้นทุนของแอโรเจลจึงเริ่มต้นจากต้นทุนการอบแห้งและต้นทุนวัตถุดิบเป็นหลัก

ห่วงโซ่อุตสาหกรรม Aerogel

ห่วงโซ่อุตสาหกรรมแอโรเจลประกอบด้วยสารตั้งต้นแอโรเจลตอนบน (แหล่งซิลิคอนอนินทรีย์และแหล่งซิลิโคน) ผลิตภัณฑ์วัสดุแอโรเจลขนาดกลางและอุปกรณ์การผลิตแอโรเจลและการใช้งานปลายน้ำ

โปรต้นน้ำ tetraethyl ซิลิเกตและไซเลนทำงานเป็นแหล่งซิลิคอน แผ่นใยแก้วหรือเส้นใยเซรามิกเป็นเมทริกซ์ แอโรเจลกลางและปลายน้ำ: การแปรรูปพื้นผิวแอโรเจลโดยใช้เทคโนโลยีโซลเจลเพื่อโหลดแหล่งซิลิกอนบนเมทริกซ์จากนั้นใช้กระบวนการ CO2 supercritical เพื่อขจัดสิ่งสกปรกออกจากรูขุมขนซิลิโคนเพื่อสร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนที่ดีจากนั้นจะทำการรักษาและขายให้กับลูกค้าปลายน้ำ

ต้นน้ำ: แหล่งกำเนิดซิลิคอน (สารตั้งต้น)

ตามโครงสร้างและส่วนประกอบของสารประกอบที่แตกต่างกันแหล่งซิลิคอนสามารถแบ่งออกเป็นแหล่งซิลิโคนและแหล่งซิลิโคนอนินทรีย์

แหล่งที่มาของซิลิโคนรวมถึงไซเลนทำงานเช่น promethylsilicate (TMOS) และ proethyl silicate (TEOS); แหล่งซิลิคอนอนินทรีย์ ได้แก่ ซิลิคอนเตตระคลอไรด์โซเดียมซิลิเกตเป็นต้น

ปัจจุบันแหล่งซิลิโคนเป็นเส้นทางหลักผู้ผลิตที่เกี่ยวข้องหลัก ได้แก่ วัสดุใหม่ Morning Light, Hongbai New Material, Xinan Co. , Ltd. , Jinhong Gas เป็นต้น

ในหมู่พวกเขา บริษัทที่มีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่สําคัญในห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมด ได้แก่ Mornings New Materials และ Hongbai New Materials

วัสดุใหม่ Morningshine เป็นองค์กรชั้นนำในอุตสาหกรรมไซเลนที่ทำงานมีความสามารถในการผลิตของ tetraethyl ซิลิเกตดิบมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่สำคัญ วัตถุดิบถูกตัดลงในแทร็ค aerogel มีข้อได้เปรียบของห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมด Pan Asia Micro Lr เป็นผู้นําของ ePTFE ในประเทศและได้ซื้อหุ้น 60% ของ Dayin Xisheng เพื่อเข้าสู่วงการแอร์เจล

กลางน้ำ: ผลิตภัณฑ์แอโรเจล

การใช้วัสดุ aerogel มักจะทำในรูปแบบของฉนวนกันความร้อน aerogel รู้สึกแผ่นและวัสดุคอมโพสิตอื่น ๆ วัสดุอากาศเจลเองมีความแข็งแรงต่ำและมีความเปราะบางสูงและมีข้อจำกัดในการใช้งานโดยตรง ดังนั้นจึงมักผสมกับโพลิเมอร์อินทรีย์และวัสดุเสริมเส้นใยเพื่อเตรียมวัสดุฉนวนที่แข็งและยืดหยุ่น

วัสดุคอมโพสิตที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ไฟเบอร์กลาสลวดออกซิไดซ์ใยเซรามิค ฯลฯ ในระหว่างการใช้งานเฉพาะวัสดุฟิล์มผ้าแก้ว ฯลฯ สามารถเคลือบบนพื้นผิวด้านนอกของวัสดุคอมโพสิต aerogel เพื่อป้องกันไม่ให้สารประกอบ aerogel หลุดออกและแตกหักและมั่นใจได้ถึงความสมบูรณ์ของฉนวนกันความร้อนสูงสุด

ผู้ผลิตหลักของผลิตภัณฑ์ aerogel ได้แก่ Nanotech, ZhongKerunzi, Morninglight วัสดุใหม่, Hongbai วัสดุใหม่, อลิสัน, Aipei, ตงกวน Sixiang, Kinner เทคโนโลยี, Jianghan วัสดุใหม่ ฯลฯ

กลางน้ำ: อุปกรณ์ Aerogel

ขั้นตอนการอบแห้งเป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดในการเตรียมแอโรเจล

Aerogel จัดทำขึ้นจากแหล่งซิลิกอนอนินทรีย์หรือระบบขับเคลื่อนล่วงหน้าของแหล่งกำเนิดซิลิโคนเพื่อเตรียมเจลเปียกโดยการควบคุมตัวทำละลายอุณหภูมิตัวเร่งปฏิกิริยา ฯลฯ และอายุการดัดแปลงและการอบแห้งของเจลเปียกจะได้รับ Aerogel

ปัจจุบันเทคโนโลยีหลักสำหรับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมมีเทคโนโลยีการอบแห้งแบบ supercritical และเทคโนโลยีการอบแห้งแบบบรรยากาศ เทคโนโลยีอื่น ๆ ที่ยังไม่ได้ผลิตขนาดใหญ่ ได้แก่ การอบแห้งแบบสุญญากาศและการอบแห้งแบบย่อยวิกฤต

เทคโนโลยีการอบแห้งแบบ supercritical เป็นเทคโนโลยีที่เก่าแก่ที่สุดในการตระหนักถึงการเตรียมชุดแอโรเจลและค่อนข้างเป็นผู้ใหญ่ นอกจากนี้ยังเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยองค์กรแอโรเจลทั้งในประเทศและต่างประเทศ การอบแห้งแบบ Supercritical สามารถรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างโครงกระดูกเจลในระหว่างการอบแห้ง

ปลายน้ำ: สิ้นสุดการใช้งาน

ด้วยพื้นที่ตลาดขนาดใหญ่ของผลิตภัณฑ์แอโรเจล หลายบริษัทได้เข้าสู่อุตสาหกรรมแอโรเจล โดยได้รับการสนับสนุนจากนโยบาย และส่งเสริมการขยายตัวของกำลังการผลิตของอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็ว

ซิโนเปค ปิโตรไชน่าและบริษัทอื่น ๆ เป็นผู้นําในการเข้าสู่สาขาฉนวนกันความร้อนของท่อส่งน้ํามันและก๊าซ

ในด้านแบตเตอรี่พลังงาน ผู้ผลิตแบตเตอรี่พลังงาน 10 อันดับแรกของโลก เช่น CATL, AVIC ลิเธียมและ Guoxuangaoke ล้วนซื้อผลิตภัณฑ์แอโรเจล

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการขยายตัวของขนาดอุตสาหกรรมต่อไป aerogel คาดว่าจะค่อยๆแทนที่วัสดุฉนวนกันความร้อนแบบดั้งเดิมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านอุตสาหกรรมและอุปกรณ์ อุตสาหกรรมโดยรวมจะเปลี่ยนจากระยะเวลาการนําเข้าเป็นระยะเวลาการเติบโตและห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมดคาดว่าจะนําไปสู่โอกาสในการพัฒนา