因原料经济易得、产品安全稳定、绝热性能优异,可以完美解决传统工业用无机纤维绝热材料等问题,二氧化硅气凝胶被业内评为“改变世界的神奇材料”。

气凝胶具有极高的孔隙率、极低的密度、极低的声传播速度、极低的介电常数、极高的比表面积等优异性能,被期许为“改变世界的神奇材料”,在热学、光学、声学、微电子、催化、航空航天、节能建筑等领域具有十分广阔的应用前景。

2021年9月22日,《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中提出,要加强绿色低碳重大科技攻关和推广应用,其中重点提出要推动气凝胶等新型材料研发应用。10月26日,国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》中提出,工业领域的碳达峰行动要推动建材行业碳达峰,其中特别提出要加强新型胶凝材料的产品研发应用。

“连续两个重磅文件,将对建材行业的发展产生深刻影响。”中国绝热节能材料协会气凝胶分会副秘书长毕鉴挺说,“优质高效的工业领域绝热,气凝胶纳米材料的应用前景广阔。”

气凝胶材料是通过溶胶—凝胶法制备的一种新型材料,因制备使用原料溶胶微观单体的直径为5纳米左右,通过凝胶和干燥后制备的产品的平均孔径在50纳米至60纳米之间,所以气凝胶被公认为一种纳米材料。二氧化硅气凝胶因原料经济易得、产品安全稳定、绝热性能优异,可以完美解决传统工业用无机纤维绝热材料“吸水下垂寿命短、频繁维护费用高、保温层下腐蚀重、保温厚重能耗高”等问题,在高质量发展和“双碳”目标大力倡导节能的当下,气凝胶绝热节能一定能发挥巨大的作用。

实施绝热节能,仅了解行业的整体能耗还不够,还要明确能耗损失的具体部位和数量,特别需要区分开哪些是“能”、哪些是“耗”。

中国绝热节能材料协会常务副会长兼秘书长韩继先提到,“能”是生产运行中起关键作用的那部分能量,不对生产工艺机理做大的改变就很难降低;“耗”是消费能量过程中没有起作用而损失掉的部分,是必须想办法降低的。

在对众多工业高温行业调研的结果是,高温管道和设备的散热损耗大得惊人。首先,高温管道的体量绝对够大,冶金、化工、热电行业热源到用热部位的输热管道距离一般都不少于3公里。其次,高温管道散热损失率也很高,设计经验都按每100米散热损失3%考虑加量补偿;每公里热损耗占热源厂输出总量的26%。生产过程中的所有能源消耗(热能和电能)都与热能的管道输送相关,这个过程的热耗要格外重视。

气凝胶材料应用于150℃以上高温管道和设备的绝热节能是最合适的。毕鉴挺介绍说,单位长度的管道达到同样的热阻抗值(保温效果),气凝胶的厚度仅为传统材料的1/3至1/4,减少管道的散热面积就有35%以上,加上保温层蓄热等其他的因素,气凝胶替换传统绝热材料能减少40%至50%的管道散热损失。

以最常见的蒸汽输送工况为例,管径φ325的管道以1.6MPa的压力输送300℃的蒸汽,使用硅酸铝纤维毡需要150mm厚度,而使用气凝胶绝热毡仅需要40mm,轻松减少35%以上的管道散热面积;温度和管径更大气凝胶“瘦身”节能的效果更明显,在某两台100万千瓦大型燃煤发电厂的管径φ720再热蒸汽管道内输送630℃的超临界蒸汽,管道保温原来使用600mm硅酸铝纤维毡,而使用气凝胶绝热毡仅需要130mm,减少50%的管道散热面积。

保守预估,在钢铁冶金、化工能源、发电供热、高温建材等高温行业的高温工段的输热管道全面使用气凝胶绝热节能材料,可降低至少6%至7%的工业能耗,约占整个国民能耗总量的3%至4%。

而在建筑领域,从目前看使用气凝胶材料的必要性还不是很大。随着建筑的节能要求越来越高,墙体保温层厚度用传统材料要150mm至200mm厚,传统材料的设计厚度和重量出现没法安装、很难实现的情况,也会迫使建设方选择新型的气凝胶材料。同时,当土地的价格达到足够高,超厚的建筑保温层影响了建筑的容积率、得房率,影响了开放商和业主住户的直接经济利益时,也许才会考虑气凝胶的综合效益,气凝胶在建筑墙体保温的大量使用才有可能性。

中国建材报记者:阴音

责编:丁涛

校对:张健

监审:韩凤凤

来源:中国建材报

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