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碳纖維用“新”托舉未來 我國新材料產(chǎn)業(yè)進入發(fā)展新階段
近年來,一批蓬勃發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)正在成長為構筑現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的新支柱。其中,作為先進制造業(yè)的“底盤技術”,新材料是支撐**裝備和重大工程不可或缺的物質基礎。
據(jù)測算,今年1—9月,新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值超過5萬億元,保持兩位數(shù)增長。加速爆發(fā)的新材料究竟“新”在何處?和傳統(tǒng)材料相比,又有怎樣的過人之處?今天我們就一起走近“新材料**”——碳纖維。
賽場上,它助力運動員刷新紀錄;生活中,它讓輕裝上陣成為習慣;太空里,它向金屬材料發(fā)起凌厲沖擊。它就是碳纖維,一束筷子粗的T1000級碳纖維,足以拉動兩架C919國產(chǎn)大飛機。世界上具備碳纖維研發(fā)和規(guī)?;a(chǎn)能力的國家****,中國便是其中之一。
2021年,我國**成為全球*大的碳纖維生產(chǎn)國,2022年,國產(chǎn)碳纖維用量**超越進口量。今年5月,全球單體*大年產(chǎn)2.5萬噸高性能碳纖維項目在西寧**投產(chǎn),隨著國產(chǎn)化碳纖維大規(guī)模生產(chǎn),曾經(jīng)被進口限制推高的價格應聲回落,受限于成本的需求大量釋放。
總臺央視記者 易揚:像滑雪場一樣開闊的這片區(qū)域是一支海上風電葉片的內腔,這支葉片的長度達到了123米,而懸在空中的是正在吊裝的主梁,它主要由碳纖維制造而成,它在葉片當中的作用相當于人的脊梁。
一支葉片的碳纖維用量大約在10噸左右,碳梁占風機葉片重量的五分之一,成本則占到三分之一以上。
總臺央視記者 易揚:這里就是碳梁的生產(chǎn)車間,鋪在巨大的風機葉片中,像海苔片一樣薄薄一層的碳梁,實際上*厚的地方是由十幾層的碳板組成。我手中拿起的這塊碳板大約是一千克重,它的碳纖維含量占到70%以上,在今年以前,這里一直使用的是進口碳纖維,這樣一塊碳板的價格在150元左右。從今年起,這里開始使用國產(chǎn)碳纖維,這樣一塊碳板的成本就下降了一半。
成本降低讓企業(yè)有了更多選擇,產(chǎn)品也有了更多可能。
中材科技風電葉片股份有限公司研發(fā)總監(jiān) 李成良:我們現(xiàn)在量產(chǎn)的120米級的海上風電葉片已經(jīng)是全球*長的葉片,限制葉片長度進一步增加的主要因素就是它的重量,現(xiàn)在這個葉片采用的是普通模量的碳纖維,如果我們采用更高性能的碳纖維,可以使得葉片的重量進一步減輕,我們的葉片將來有可能做到更長。
對于日后碳纖維的供應和價格,李成良從上游供應商那里得到了信心。
即便風電葉片已經(jīng)是碳纖維用量*大的行業(yè)之一,但目前碳纖維也只用在了海上風電葉片的主梁上,李成良的團隊正在計劃將更高性能的碳纖維用到更多關鍵部件中,并嘗試在陸地葉片上使用碳纖維,而陸地風電葉片的市場規(guī)模大約是海上的十倍。
用得起碳纖維的行業(yè)越來越多,用得上碳纖維的市場也在加速形成。在“雙碳”戰(zhàn)略的推動下,氫能作為未來國家能源體系的重要組成部分,吸引了一批未來產(chǎn)業(yè)的布局,儲運就是亟待破解的難題。
總臺央視記者 易揚:正在纏繞碳纖維的這只儲氫瓶用于加氫站之間的氫氣轉運,相比傳統(tǒng)的儲氫鋼瓶,它中間包裹的這只鋼瓶內膽的厚度可以從兩厘米下降到一厘米,在同樣重量的情況下可以多運30%的氫氣。
用更輕便的容器儲存更多的氫氣是行業(yè)的發(fā)展方向,也是碳纖維可以大顯身手的地方。這條今年剛取得制造許可的產(chǎn)品批量生產(chǎn)線,目前正與車企聯(lián)合開發(fā)氫燃料電池乘用車所需的儲氫瓶。
這只63升的儲氫瓶可以存下相當于它體積500倍的氫氣,儲氫瓶內壁則處于70MPa的高壓狀態(tài)。
無論是從0到1的突破,還是從1到100的深耕,以碳纖維為代表的新材料,不斷通過技術**撬動產(chǎn)品升級,推動產(chǎn)業(yè)躍遷。
集聚資源協(xié)同** 我國新材料產(chǎn)業(yè)進入發(fā)展新階段
作為新型材料領域的明星,碳纖維只是新材料飛速發(fā)展的一個縮影。數(shù)據(jù)顯示,2022年我國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值約6.8萬億元,較2012年增長了近6倍,年均復合增長率超過20%。
多項關鍵新材料取得突破性進展的背后,離不開科技**的力量,而新材料的發(fā)展又進一步支撐了新技術的進步,加快形成新質生產(chǎn)力,新材料還將如何發(fā)力?來看記者對國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任、中國工程院院士干勇的專訪。
國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任 中國工程院院士 干勇:中國新材料這兩年在爆發(fā)性地變化和增長,中國現(xiàn)在用了全世界60%—70%的鈦合金,產(chǎn)能還要大。碳纖維也不得了,中國這兩年就增加了4萬—5萬噸,真是難以想象,這種重要材料就過關了。
干勇告訴記者,一代材料決定一代技術,新材料是一個底盤技術,同時更是一個先行技術。近年來,正是在關鍵材料上的一個個突破,有力支撐了我國軌道交通、載人航天、能源工程、電子信息、生物技術等新一代技術的發(fā)展,并對上下游產(chǎn)業(yè)形成了有力推動。
國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任 中國工程院院士 干勇:比如新的鋼鐵材料、特種合金材料,我們見證了全世界*長的4.2萬公里的高鐵,還有新材料發(fā)展推動了新能源汽車在全世界**整個技術發(fā)展。信息材料也是,特別是化合物半導體,我們已經(jīng)突破了很多,所以這些材料的支撐,對制造強國在高質量發(fā)展中進入高質量階段已經(jīng)打下了比較好的基礎。
目前,我國新材料產(chǎn)業(yè)面臨重大戰(zhàn)略需求,進入發(fā)展關鍵窗口期。以納米材料、碳基材料、涂層材料、先進纖維材料、第三代第四代半導體等先進新材料為代表的關鍵核心領域,正成為全球未來競爭的焦點。
國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任 中國工程院院士 干勇:特別是在集成電路14納米、22納米以下,甚至到7納米(以下),這方面一些材料我們要跟上。在前沿材料的布局上,很重要的一種材料就是信息新材料,它是國家整體算力底座的能力與未來人工智能時代的國力之爭。所以,現(xiàn)在量子通信、量子顯示、量子計算、量子檢測都在布局,包括未來6G材料、信息的存儲材料等等。那么這樣,實際上對未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也提供了基礎。
近年來,在新材料領域,全球競爭越來越激烈。干勇認為,通過國家重大專項集聚**資源,打造多主體、全鏈條、系統(tǒng)化的新材料體系,可以實現(xiàn)從材料大國向材料強國的轉變。目前,我國新材料領域的專業(yè)技能人才數(shù)量位居****,其中,中科院和工程院院士200多名,材料科技人才超過115萬人,新材料的國內重點實驗室超過60個,近期啟動的新材料重大專項逐步實施,這些都將成為**推動我國新材料產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的支撐。
國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任 中國工程院院士 干勇:形成若干長久穩(wěn)定的高水平的研發(fā)平臺,去**推動中國新材料向**發(fā)展。我感覺在新質生產(chǎn)力的新階段下,新材料會進入一個蓬勃發(fā)展的階段,而且有些材料由于巨大(需求),通過超大市場的拖動,發(fā)展速度會超越常規(guī),我們自主國產(chǎn)化的材料品種就越來越多,在**材料上的突破能力就越來越強。