华陆新材:扎根气凝胶领域的央企“尖兵”
1300摄氏度的高温火焰喷枪,对准仅有1厘米厚的“复合毡”的一面发起挑战。令人意外的是,“复合毡”完胜,它不仅没有燃烧起来,用手去摸另一面却并不烫手。
原来,这就是被誉为“改变世界的神奇材料”气凝胶复合材料,也是材料领域的“隔热王者”。
7月的山城骄阳似火。生产线上各类设备有序运行,一张张洁白的硅基纳米气凝胶复合材料陆续下线……重庆长寿经济技术开发区的中国化学工程华陆公司所属中化学华陆新材料有限公司(下称华陆新材)的生产车间内,一派繁忙景象。
硅基纳米气凝胶复合材料到底有什么样的独特魅力?华陆新材在新冠疫情防控期间,从成立到装置投产,仅仅历时一年零五个月是如何做到的?带着这一系列疑问,《企业观察报》采访了华陆新材党支部书记韩志伟。
中国化学工程速度
《企业观察报》:中化学华陆新材料有限公司成立于2020年9月,贵司研发气凝胶的背景是什么?
韩志伟:气凝胶是一种高分散固态三维纳米材料,是目前已知热导率最低的固体材料,在热学、光学、电学、力学、声学等方面有许多特殊的性能,如:低导热系数、低密度、高孔隙率、纳米级材料、高比表面积、超疏水性、防火性能优越、透明、隔音等,因此被誉为“改变世界的神奇材料”,具有巨大的应用价值。纳米气凝胶复合材料在航空航天等高技术领域及工业绝热、建筑节能等民用领域都具有极为广泛的应用前景,是国家重点支持的战略性新型材料。
纳米气凝胶复合材料示范项目是中国化学工程华陆工程科技有限责任公司(下称华陆公司)积极推进“三年五年规划,十年三十年愿景目标”中长期发展战略实施的重要举措。其意义在于,以人才技术优势为依托,实现研发和产业化协调发展,使实业业务发展成为华陆公司的重要业务板块,形成技术驱动实业、实业带动企业发展的新局面。
在“双碳”目标的背景之下,纳米气凝胶复合材料作为绝热材料的佼佼者,其应用前景非常广泛。保守估算,气凝胶绝热材料的全面使用可以降低40%~50%的工业高温输送散热损失,节能量占工业整体能耗的8%~10%,可降低全国能源消耗5%以上,对实现“双碳”目标具有重要战略意义。
2015年开始,华陆公司开始接触超临界萃取技术和气凝胶产品,并针对相关产业开展技术研究。伴随着对超临界技术应用及衍生产业认识的逐渐深入,特别是对超临界干燥法制备纳米气凝胶复合材料后续巨大市场潜力的认知,经过公司科学调研,慎重决策之后,决心投资气凝胶复合材料产业,项目公司华陆新材于2020年9月在重庆长寿注册成立。
《企业观察报》:2022年2月27日,华陆新材年产5万立方米硅基纳米气凝胶复合材料项目一次性开车成功,并产出第一批合格的硅基纳米气凝胶复合绝热毡产品,标志着我国气凝胶产品实现了大规模产业化。当前,贵司硅基纳米气凝胶研发与应用领域都取得了哪些成绩?是如何实现的?
韩志伟:以气凝胶为“拳头产品”的华陆新材,是按照混合所有制模式设置股权结构,由华陆公司控股,同步设立员工跟投平台,引入产业基金和战略投资方,充分集合各股东方优势,形成了多元股权结构。
华陆新材气凝胶项目获得了集团公司、当地政府和各参建单位的大力支持,各项工作得以迅速推进。从华陆新材成立到2022年2月底首条线投产,仅仅历时一年零五个月,创造了“中国化学工程速度”。
到2022年底,华陆新材气凝胶产品经过一年的产品研发和市场推广,品类得以极大丰富,受到行业广泛关注期待。
2022年全年新签合同额1.89亿元,共生产各类气凝胶复合材料产品109.36万平方米,产品在石油化工、热力管网、新能源汽车等领域获得广泛应用,客户反馈使用效果良好。华陆新材做到了项目当年投产、当年盈利,展现了中国化学工程改革发展的质量。
成本制约发展
《企业观察报》:气凝胶对生产的过程需求极其严格复杂,这个行业存在哪些发展瓶颈?华陆新材在研发和生产过程中遇到哪些困难?
韩志伟:首先,气凝胶行业还处于市场培育阶段,距离产业成熟期还有很长的路要走,需要更多有责任的企业从长远发展的角度做好产品、做好应用端研究、做好市场培育工作。但是目前气凝胶行业已经出现无序竞争的现象,以次充好、以假乱真等扰乱市场的行为时有发生,这种情况不利于行业的健康发展。
其次,气凝胶的独特性能来源于气凝胶材料特殊的结构,因此气凝胶产品的性能取决于其结构的稳定性,不同的生产工艺本身对材料结构的影响不一,而气凝胶复合材料的生产过程相对比较复杂,二氧化碳超临界萃取技术对生产过程控制的要求高,同时产品生产过程本身就是个不断摸索、逐步完善的过程,需要一定的积累和试错的过程,华陆新材刚刚进入气凝胶行业,这个企业发展阶段是我们必须要经历的。目前公司发展遇到的最大挑战就是国内气凝胶行业发展正处于机遇期,华陆新材作为新进入市场的企业,既要实现弯道超车跨越发展,又要打造企业产品品牌树立良好口碑,时间紧、任务重、责任大,抢抓发展机遇非常紧迫。
相对于传统保温材料,气凝胶复合材料本身的比较优势是非常明显的,然而气凝胶较高的生产成本成为一直以来制约气凝胶产品广泛应用的重要因素,约占产业链总成本的60%。其中干燥工艺是构成生产制备流程成本的主要因素。目前,全球常见干燥工艺分为常压干燥工艺和超临界干燥工艺,生产成本较高,且产品质量稳定性及一致性控制比较难。因此,如何有效降低成本、提高产品质量稳定性、提高生产自动化程度是气凝胶行业的“卡脖子”问题。
应用场景多元化
《企业观察报》:贵司的气凝胶产品在日常生活中有哪些具体应用场景?
韩志伟:华陆新材现已拥有面对不同领域的5大类10余个系列的气凝胶产品,产品型号达到几十种,其中有面向传统保温场景的气凝胶系列产品、面向新能源汽车及储能领域的电池隔热片产品、面向建筑领域的定制保温产品、适用于超高温应用场景的耐高温气凝胶复合材料产品、适用于超低温应用场景的深冷气凝胶复合材料产品等。目前,气凝胶产品已经应用到有保温隔热需求的各种应用场景。
争当产业链链长
《企业观察报》:在打造产业链方面,贵司有哪些布局?
韩志伟:目前,华陆新材一方面要提供一体化的能源管理综合解决方案,系统解决传统用能企业能耗高的问题;另一方面是为用户企业提供优质的气凝胶产品,推广气凝材料。后续,华陆新材会在做好产品的基础上,有序向产业链上游原料端和下游应用端延伸。
华陆新材30万方/年硅基气凝胶复合材料项目分三期建设实施,占地约938亩。其中,一期建设年产5万立方米/年硅基气凝胶复合材料的生产能力;二期主要产品新增10万立方米/年硅基气凝胶复合材料,配套硅酸酯等硅基新材料;三期主要产品新增15万立方米/年硅基气凝胶复合材料,配套其他新型硅基材料。目前一期项目已经投产,二期、三期项目还在规划中。
未来,华陆新材将加大气凝胶技术及其应用研究力度,做好产品研发和升级迭代,提高产品性能保障和售后服务支撑。通过依托硅基气凝胶项目,积极创建硅基材料创新平台,华陆公司也将整合多晶硅、有机硅、硅基纳米气凝胶等领域的技术和业务资源,力争打造硅材料产业链链长单位,为中国化学工程全力打造工业工程领域综合解决方案服务商、高端化学品和先进材料供应商,争创世界一流企业贡献更大力量。
深耕气凝胶产业赋能高质量发展
《企业观察报》:目前,国内气凝胶行业发展状况如何?商业化现状如何?与国外相比存在哪些差距?
韩志伟:中国气凝胶行业相较于欧美等发达地区,起步较晚。在20世纪90年代,同济大学首次从国外引进气凝胶研究,随后清华大学、哈尔滨工业大学等高校纷纷进入气凝胶研究领域;在2005年前后中国气凝胶逐步进入商业化。在随后的近20年里,越来越多的企业进入气凝胶领域。近几年,在国家政策的大力支持及企业加大研发投入下,技术不断进步,成本得以大幅下降。当前成本较10年前已实现大幅降低,性价比优势开始显现。尤其在石化管道等领域,龙头企业纷纷从传统隔热材料切换至气凝胶,气凝胶需求持续增长。
虽然国内气凝胶的产量和消费量增长快速,但当前国内气凝胶行业还处于市场培育阶段,气凝胶产品的门类、形态很多,从事气凝胶产品技术研发的机构很多,但真正进行产业化推广应用的产品不多,以硅基气凝胶为主。
尽管气凝胶材料应用领域广泛,但在很多行业的使用还处于初级阶段,需要逐步培育市场,也需要时间去让更多的用户了解气凝胶产品。与国外相比,国内市场真正认识和接受气凝胶产品与国外市场项目有较大差距;另一方面,国内低端的保温材料比较多,相比较而言,气凝胶材料的性价比优势不如国外明显。
与此同时,在“双碳”目标大背景下,诸多行业的快速发展会为气凝胶材料发展创造更多新的机遇。以新能源汽车行业为例,近年来,汽车产业加速电动化转型,国内新能源汽车发展迅速。2022年,中国新能源汽车销量688.7万辆,同比增长93.4%,渗透率达到25.6%;2023年上半年,新能源汽车完成产销分别为378.6万辆和374.7万辆,同比分别增长42.4%和44.1%,市占率达到28.3%以上。随着新能源汽车销量及保有量的快速增长,动力电池的安全性成为关注重点。动力电池密度的不断提高,在安全性方面也面临更大挑战。
在新能源汽车领域,传统隔热材料不仅重量大、隔热效果差,易造成燃烧、爆炸的风险,而使用气凝胶材料可以耐受住电池包短路造成的高温能量瞬间冲击,更好地解决动力电池安全问题,逐渐成为新能源汽车隔热材料的最优选,气凝胶材料在新能源汽车领域将得到更大规模的推广应用。
由此可见,在国家转型升级和行业高质量发展的大背景下,越来越多的新材料会逐步替代落后产品,占领市场,气凝胶材料也会迎来更多发展机遇。华陆新材将牢记央企责任担当,深耕气凝胶产业,培育气凝胶市场,用优质高效的气凝胶产品和一体化的能源管理综合解决方案,为行业发展和社会进步贡献力量。