碳素材料给节能带来新希望

文 本刊记者 武德俊

碳素材料给节能带来新希望

文/本刊记者 武德俊

碳和氢、氧一起，是地球上最常见的三种化学元素，它以多种形式存在于我们的周围。碳也是我们人类生存不可或缺的元素，不论是我们的肌体组成，还是我们生活中的各种必需品，都离不开碳元素。同时，因为碳有多种同素异形体形式，所以它带给了我们更加多姿多彩的生活。

2013年年初，德国西格里集团在北京举办了“碳素引领未来”的媒体见面会，展示了各种碳材料及其用途，使笔者大开眼界，对碳有了更深入的认识。

碳素材料在建筑节能中大有用武之地

通过“十一五”的努力，我国建筑节能工作已经取得了显著的成效，但建筑领域仍然有很大的节能潜力可挖，我国《“十二五”建筑节能专项规划》中明确指出，到“十二五”期末，我国建筑节能要形成1.16亿吨标准煤节能能力。由于用于制冷和采暖的能源是建筑总能耗的最重要的构成部分，因此提高建筑的空气调节系统效率可以减少建筑的能耗。石墨，这种天然的纯碳产品，具有极好的热传导性，可以在提高空气调节系统效率中发挥重要作用。

西格里集团将石墨材料制成一种称为ECOPHIT的板材，其水平方向的热传导性几乎是垂直方向的五倍。这种板材可应用于空气调节系统中，凭借其良好的导热性、均匀的热分布性能、轻盈的质地、优良的化学稳定性及易加工等性能，可以打破常规的暖气和空调等制冷制热模式，很好地提高能源的利用效率。

常规的暖气或地暖系统具有诸多弊端，如供热温度通常较高，热量分配不均，使室内空气流动并引发扬尘。这种板材新型的石墨被用来作为建筑的吊顶材料，并将空气调节系统置于吊顶的内部，形成辐射吊顶系统。与传统取暖系统相比，采用辐射吊顶的表面温控系统的工作面积较大，辐射加热功效极为均匀。辐射加热与对流加热相比的优点在于，辐射可以直接到达人体，给人温暖舒适之感，同时避免常规采暖系统产生的各种问题。优良的能源效率和均匀的表面温度只需要系统提供很低的供热温度就能够满足人们的需求，从而节约了能源。同时，热泵、地热能及太阳能等可再生能源也可以作为这种辐射吊顶空气调节系统的能源。

辐射吊顶系统既可用于既有建筑改造或修缮，也可用于新建筑。从建筑设计的角度来看，辐射吊顶还具有特别的优势：它的应用使房间内不用再规划其他空调设备，这样可以节约宝贵的空间。

2007年到2010年，德意志银行总部大楼进行了改造，这座12万平米的大楼改造中采用了ECOPHIT轻型采暖和制冷建筑材料，因为它替换掉了庞大的空调、采暖和制冷系统，德意志银行大楼共节省了2000平方米的空间。此次改造使这座大楼的能源需求减少了三分之二，而碳素材料的应用对能源效率的提高功不可没。

碳素材料在节能中有更广泛的用途

随着城市化进程的不断推进，能源危机和环境问题的加剧，节能减排成为全球的一致目标。碳素材料具有独特的性能，例如良好的导电性和导热性、优异的耐热性和耐腐蚀性、低摩擦性、重量轻、高强度等特性，在许多领域中可以发挥其作用。各类碳素石墨相关产品已经在包括钢铁冶炼、轻量化构造、新能源、建筑和运动器械等诸多领域得到了广泛应用，它的应用有助于节能减排工作的推进。随着各种高性能碳素产品的出现和应用，碳素产品在我们的生产生活中的作用也越来越大，并逐渐取代传统材料。

近年来全球汽车尾气排放标准不断趋于严格，新能源和轻量化成为汽车业发展方向。我国汽车市场发展潜力巨大，随着汽车保有量的不断上升，车用能源需求不断加大，而碳素材料便可以在汽车节能中发挥自身的优势。在汽车结构中，碳素材料的应用已经成功降低了汽车的重量，从而减少能源的消耗和二氧化碳的排放。据介绍，西格里集团和宝马集团已经成立了专门的合资公司（西格里汽车碳纤维有限公司），为宝马i系列车型生产轻质材料（碳纤维增强塑料）。同样由碳纤维增强塑料制成的主结构件可以使飞机减轻自身重量并减少燃油消耗。

宝马i系：轻质汽车塑料实现低碳汽车新时代

在新能源利用中，也已经出现碳素材料的身影。由碳素材料制成的风车叶片长度可达50米，而其重量却只有5吨。尽管风车叶片要承受的机械应力非常之高，但碳素材料良好的耐疲劳性能还是能够确保其有较长的寿命。

在电弧炉炼钢中，石墨电极被用于实现钢的循环利用，被称为“电炉短流程”炼钢。

西格里集团中国区首席执行官贺文博士（Dr.Guenter Hermann）表示：“我们欣喜地看到碳材料在各个领域获得越来越广泛的应用，而且我们的高新技术和产品在中国市场受到的关注也日益增加。作为碳素石墨材料生产商，我们对于这种材料的未来发展充满信心。”

随着中国城市化进程的不断加快，更好的环境保护、更现代化的交通方案以及更高效的能源利用正变得日益重要。碳素材料凭借其完美的性能，必将在今后发展中大展拳脚，创造出一个更美好的未来。