碳素材料給節(jié)能帶來新希望

文 本刊記者 武德俊

碳素材料給節(jié)能帶來新希望

文/本刊記者 武德俊

碳和氫、氧一起，是地球上最常見的三種化學元素，它以多種形式存在于我們的周圍。碳也是我們人類生存不可或缺的元素，不論是我們的肌體組成，還是我們生活中的各種必需品，都離不開碳元素。同時，因為碳有多種同素異形體形式，所以它帶給了我們更加多姿多彩的生活。

2013年年初，德國西格里集團在北京舉辦了“碳素引領未來”的媒體見面會，展示了各種碳材料及其用途，使筆者大開眼界，對碳有了更深入的認識。

碳素材料在建筑節(jié)能中大有用武之地

通過“十一五”的努力，我國建筑節(jié)能工作已經取得了顯著的成效，但建筑領域仍然有很大的節(jié)能潛力可挖，我國《“十二五”建筑節(jié)能專項規(guī)劃》中明確指出，到“十二五”期末，我國建筑節(jié)能要形成1.16億噸標準煤節(jié)能能力。由于用于制冷和采暖的能源是建筑總能耗的最重要的構成部分，因此提高建筑的空氣調節(jié)系統(tǒng)效率可以減少建筑的能耗。石墨，這種天然的純碳產品，具有極好的熱傳導性，可以在提高空氣調節(jié)系統(tǒng)效率中發(fā)揮重要作用。

西格里集團將石墨材料制成一種稱為ECOPHIT的板材，其水平方向的熱傳導性幾乎是垂直方向的五倍。這種板材可應用于空氣調節(jié)系統(tǒng)中，憑借其良好的導熱性、均勻的熱分布性能、輕盈的質地、優(yōu)良的化學穩(wěn)定性及易加工等性能，可以打破常規(guī)的暖氣和空調等制冷制熱模式，很好地提高能源的利用效率。

常規(guī)的暖氣或地暖系統(tǒng)具有諸多弊端，如供熱溫度通常較高，熱量分配不均，使室內空氣流動并引發(fā)揚塵。這種板材新型的石墨被用來作為建筑的吊頂材料，并將空氣調節(jié)系統(tǒng)置于吊頂?shù)膬炔?，形成輻射吊頂系統(tǒng)。與傳統(tǒng)取暖系統(tǒng)相比，采用輻射吊頂?shù)谋砻鏈乜叵到y(tǒng)的工作面積較大，輻射加熱功效極為均勻。輻射加熱與對流加熱相比的優(yōu)點在于，輻射可以直接到達人體，給人溫暖舒適之感，同時避免常規(guī)采暖系統(tǒng)產生的各種問題。優(yōu)良的能源效率和均勻的表面溫度只需要系統(tǒng)提供很低的供熱溫度就能夠滿足人們的需求，從而節(jié)約了能源。同時，熱泵、地熱能及太陽能等可再生能源也可以作為這種輻射吊頂空氣調節(jié)系統(tǒng)的能源。

輻射吊頂系統(tǒng)既可用于既有建筑改造或修繕，也可用于新建筑。從建筑設計的角度來看，輻射吊頂還具有特別的優(yōu)勢：它的應用使房間內不用再規(guī)劃其他空調設備，這樣可以節(jié)約寶貴的空間。

2007年到2010年，德意志銀行總部大樓進行了改造，這座12萬平米的大樓改造中采用了ECOPHIT輕型采暖和制冷建筑材料，因為它替換掉了龐大的空調、采暖和制冷系統(tǒng)，德意志銀行大樓共節(jié)省了2000平方米的空間。此次改造使這座大樓的能源需求減少了三分之二，而碳素材料的應用對能源效率的提高功不可沒。

碳素材料在節(jié)能中有更廣泛的用途

隨著城市化進程的不斷推進，能源危機和環(huán)境問題的加劇，節(jié)能減排成為全球的一致目標。碳素材料具有獨特的性能，例如良好的導電性和導熱性、優(yōu)異的耐熱性和耐腐蝕性、低摩擦性、重量輕、高強度等特性，在許多領域中可以發(fā)揮其作用。各類碳素石墨相關產品已經在包括鋼鐵冶煉、輕量化構造、新能源、建筑和運動器械等諸多領域得到了廣泛應用，它的應用有助于節(jié)能減排工作的推進。隨著各種高性能碳素產品的出現(xiàn)和應用，碳素產品在我們的生產生活中的作用也越來越大，并逐漸取代傳統(tǒng)材料。

近年來全球汽車尾氣排放標準不斷趨于嚴格，新能源和輕量化成為汽車業(yè)發(fā)展方向。我國汽車市場發(fā)展?jié)摿薮?，隨著汽車保有量的不斷上升，車用能源需求不斷加大，而碳素材料便可以在汽車節(jié)能中發(fā)揮自身的優(yōu)勢。在汽車結構中，碳素材料的應用已經成功降低了汽車的重量，從而減少能源的消耗和二氧化碳的排放。據(jù)介紹，西格里集團和寶馬集團已經成立了專門的合資公司（西格里汽車碳纖維有限公司），為寶馬i系列車型生產輕質材料（碳纖維增強塑料）。同樣由碳纖維增強塑料制成的主結構件可以使飛機減輕自身重量并減少燃油消耗。

寶馬i系：輕質汽車塑料實現(xiàn)低碳汽車新時代

在新能源利用中，也已經出現(xiàn)碳素材料的身影。由碳素材料制成的風車葉片長度可達50米，而其重量卻只有5噸。盡管風車葉片要承受的機械應力非常之高，但碳素材料良好的耐疲勞性能還是能夠確保其有較長的壽命。

在電弧爐煉鋼中，石墨電極被用于實現(xiàn)鋼的循環(huán)利用，被稱為“電爐短流程”煉鋼。

西格里集團中國區(qū)首席執(zhí)行官賀文博士（Dr.Guenter Hermann）表示：“我們欣喜地看到碳材料在各個領域獲得越來越廣泛的應用，而且我們的高新技術和產品在中國市場受到的關注也日益增加。作為碳素石墨材料生產商，我們對于這種材料的未來發(fā)展充滿信心?！?/p>

隨著中國城市化進程的不斷加快，更好的環(huán)境保護、更現(xiàn)代化的交通方案以及更高效的能源利用正變得日益重要。碳素材料憑借其完美的性能，必將在今后發(fā)展中大展拳腳，創(chuàng)造出一個更美好的未來。