Aerogel: Analisi della catena industriale "Heat Insulation"

L'aerogel è attualmente conosciuto come il materiale solido con la più bassa conducibilità termica e la più bassa densità. Ha una lunga durata, prestazioni di isolamento termico eccellente e resistenza al fuoco super alta. È conosciuto come "il materiale magico che cambia il mondo". È noto anche come "fumo blu" perché è leggero come una nebbia e ha un colore bluastro.

A causa del suo super isolamento termico e altre proprietà, è stato utilizzato principalmente nei campi aerospaziale, militare e nazionale della difesa nella fase iniziale, e poi gradualmente ampliato a petrolchimico, industria, costruzione, trasporti, uso quotidiano e altri campi; In materiali portaelettrodi, materiali catalitici, materiali di rilevamento, materiali di nano sterilizzazione, rilascio di farmaci e molti altri campi emergenti sono stati ampiamente studiati.

Attualmente, il downstream di aerogel è concentrato nell'isolamento termico di condotte industriali, quali progetti petroliferi e gas, isolamento termico industriale e isolamento termico di costruzione di edifici. Allo stesso tempo, porterà cambiamenti tecnologici nei campi dell'isolamento termico della batteria del veicolo di nuova energia.

Secondo i dati del China National Chemical Industry New Materials Industry Development Report, la dimensione globale del mercato degli aerogel sarà di circa 870 milioni di dollari nel 2021 e si prevede di raggiungere i 3,743 miliardi di dollari nel 2030, con un tasso di crescita annuo composto di circa il 17,6% nei prossimi 10 anni.

In termini di nuovi veicoli energetici, l'aerogel può efficacemente risolvere il problema della conservazione del calore delle batterie al fosfato del ferro del litio in ambienti a bassa temperatura e il problema della diffusione termica di batterie ternarie in ambienti ad alta temperatura ed è il materiale preferito per l'isolamento termico delle batterie al litio.

Secondo i dati di ID TechEx, la quota di fatturato di aerogel nel mercato delle costruzioni e delle batterie crescerà rapidamente in futuro.

Panoramica del settore Aerogel

Aerogel è nato nel 1931, ma è stato solo negli anni '90 che i paesi stranieri hanno iniziato a industrializzarlo.

Tuttavia, a causa dell'elevato costo del processo di essiccazione, gli aerogel precoci potevano essere utilizzati solo in campi militari e petrolchimici aerospaziali.

Aerogel domestico è iniziato relativamente tardi e il mercato iniziale è stato occupato da prodotti aerogel stranieri con prezzi elevati e sforzi di marketing ridotti.

Nel 2012, è stata messa in produzione la prima attrezzatura domestica supercritica dell'aerogel dell'anidride carbonica 1000L, segnando la produzione su larga scala di areogel. Dopo diverse iterazioni tecniche, il costo di produzione è stato gradualmente ridotto.

Con l'aumento delle politiche nazionali, l'aumento delle imprese nazionali di aerogel, il progresso della tecnologia e il continuo declino dei costi, aerogel è entrato in un canale di sviluppo rapido.

Aerogel è un materiale solido con una struttura di rete nanoporosa e riempito di gas nei pori. Questa struttura non porta alcun effetto convezione, effetto deflettore infinito e effetto percorso lungo infinito.

Il principio dell'isolamento termico è che i nanopori uniformi e densi e la microstruttura dei pori frattali multi-livello possono efficacemente prevenire la convezione e ridurre la radiazione di calore e il trasferimento di calore.

Rispetto ai materiali tradizionali dell'isolamento termico, la prestazione dell'isolamento termico è 2-8 volte quella dei materiali tradizionali, quindi la quantità di aerogel utilizzata è meno sotto lo stesso effetto dell'isolamento termico.

Il ciclo di sostituzione dell'aerogel è di circa 20 anni, mentre il ciclo di sostituzione dei materiali isolanti tradizionali è di circa 5 anni, quindi il costo di utilizzo dell'intero ciclo di vita è inferiore.

Ma le sue carenze sono anche molto evidenti. Attualmente, il fattore importante che limita l'applicazione dell'aerogel nei materiali di isolamento termico è l'equilibrio tra costo della materia prima e durata.

Secondo i dati degli aerogel Aspen, i costi dei materiali rappresentano circa il 48% del costo totale e i costi di produzione rappresentano circa il 44%.

Nello specifico, il costo di produzione dell'aerogel è concentrato principalmente nella fonte di silicio della materia prima, nell'ammortamento delle apparecchiature e nel consumo energetico. Tra questi, l'ammortamento delle apparecchiature e il costo del consumo energetico rappresentano circa il 60% del costo totale della catena industriale. Un'efficace riduzione dei costi dipende dalla svolta del processo di preparazione, da un lato, e dall'altro attraverso l'industrializzazione su larga scala di materie prime a basso costo.

Pertanto, la riduzione dei costi di aerogel inizia principalmente dal costo di essiccazione e dal costo della materia prima.

Aerogel Industry Chain

La catena dell'industria aerogel comprende precursori aerogel a monte (fonte di silicio inorganico e fonte di silicio organico), prodotti materiali aerogel a medio flusso e attrezzature di produzione aerogel e applicazioni a valle.

L'ortosilicato tetraetilico a monte e il silano funzionale sono fonti di silicio; feltro in fibra di vetro o feltro in fibra ceramica è la matrice; aerogel midstream e downstream: elaborazione del substrato aerogel, utilizzando la tecnologia sol-gel per caricare la fonte di silicio sulla matrice, quindi utilizzare il processo supercritico CO2 per rimuovere le impurità nei pori del gel di silice, formare ulteriormente una buona struttura microporosa e quindi effettuare post-elaborazione e vendite ai clienti a valle.

A monte: sorgente di silicio (precursore)

Secondo diverse strutture e componenti composti, le fonti di silicio possono essere suddivise in fonti di silicio organico e fonti di silicio inorganico.

Le fonti di silicio organico includono silani funzionali come l'ortosilicato di metile (TMOS) e l'ortosilicato di etile (TEOS); Le fonti di silicio inorganico includono il tetracloruro di silicio, il silicato di sodio, ecc.

Attualmente, la fonte di silicio organico è il percorso principale e i principali produttori correlati includono Chenguang Nuovi Materiali, Hongbai Nuovi Materiali, Xin'an Co., Ltd., Jinhong Gas, ecc.

Tra queste, le aziende con significativi vantaggi in termini di costi nell'intera catena industriale includono Chenguang New Materials e Hongbai New Materials.

Chenguang New Materials è leader nell'industria funzionale del silano, ha la capacità di produzione di tetraetil ortosilicato e ha un significativo vantaggio di costo; La materia prima è tagliata nella pista aerogel, che presenta i vantaggi di tutta la catena industriale; Panya Microtrans è il leader nazionale ePTFE e ha acquisito il 60% del capitale azionario di Dayin Xisheng per tagliare nel settore aerogel.

Midstream: prodotti aerogel

L'utilizzo del materiale aerogel è solitamente sotto forma di pannelli isolanti aerogel, feltri, tappeti e altri materiali compositi. Il materiale aerogel stesso ha bassa resistenza e alta fragilità e il suo uso diretto è limitato. Pertanto, di solito è composto con polimeri organici e materiali rinforzati con fibre per preparare materiali isolanti rigidi e flessibili.

I materiali compositi comunemente usati includono fibra di vetro, filo pre-ossidato, fibra ceramica, ecc Nel processo di uso specifico, la superficie esterna del materiale composito aerogel può anche essere rivestita con materiali del film, panno di vetro, ecc. per impedire che il materiale composito aerogel cada e si rompa e ulteriormente assicuri la sua integrità per massimizzare l'effetto dell'isolamento termico.

I principali produttori di prodotti aerogel includono Nano Technology, Zhongke Runzi, Chenguang Nuovi Materiali, Hongbai Nuovi Materiali, Elyson, Audemars Piguet, Dongguan Sixang, Jinna Technology, Jianghan Nuovi Materiali, ecc.

Midstream: dispositivi aerogel

Nel processo di preparazione dell'aerogel, la fase di essiccazione è il processo più critico.

L'aerogel è preparato dalla fonte inorganica del silicio o dal precursore della fonte organosilicone e il gel bagnato è preparato controllando il solvente, la temperatura, il catalizzatore, ecc. e il gel bagnato è invecchiato, modificato e asciugato per ottenere l'aerogel.

Attualmente, le principali tecnologie utilizzate nell'industrializzazione sono la tecnologia di essiccazione supercritica e la tecnologia di essiccazione a pressione atmosferica. Altre tecnologie che non sono ancora state prodotte in serie includono la liofilizzazione sottovuoto e l'essiccazione subcritica.

La tecnologia di essiccazione supercritica è la prima tecnologia per realizzare la preparazione batch di aerogel ed è relativamente matura ed è anche una tecnologia ampiamente utilizzata dalle imprese di aerogel in patria ed all'estero. L'essiccazione supercritica può mantenere intatta la struttura scheletrica del gel durante il processo di essiccazione.

A valle: lato dell'applicazione

Con il supporto di politiche, basate sull'enorme spazio di mercato dei prodotti aerogel, molte aziende sono entrate nel settore aerogel, promuovendo l'espansione accelerata della capacità produttiva del settore.

Imprese come Sinopec e PetroChina sono le prime ad entrare nel campo dell'isolamento di gasdotti e gasdotti.

Nel campo delle batterie di alimentazione, i primi dieci produttori di batterie di alimentazione al mondo, come CATL, AVIC Lithium Battery e Guoxuan Hi-Tech, acquistano tutti prodotti aerogel.

Con l'avanzamento della tecnologia e l'ulteriore scala del settore, l'aerogel dovrebbe gradualmente sostituire i materiali tradizionali dell'isolamento termico, specialmente nel campo dell'industria e delle attrezzature. L'industria nel suo complesso passerà dal periodo di introduzione al periodo di crescita e l'intera catena industriale dovrebbe aprire opportunità di sviluppo.