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(xué)元素，它以多種形式存在于我們的周圍。碳也是我們?nèi)祟惿娌豢苫蛉钡脑兀徽撌俏覀兊募◇w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(lǐng)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(jīng)取得了顯著的成效，但建筑領(lǐng)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(gòu)成部分，因此提高建筑的空氣調(diào)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(chǎn)品，具有極好的熱傳導(dǎo)性，可以在提高空氣調(diào)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(dǎo)性幾乎是垂直方向的五倍。這種板材可應(yīng)用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，憑借其良好的導(dǎo)熱性、均勻的熱分布性能、輕盈的質(zhì)地、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性及易加工等性能，可以打破常規(guī)的暖氣和空調(diào)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(nèi)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(diào)節(jié)系統(tǒng)置于吊頂?shù)膬?nèi)部，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(chǎn)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?zé)崮芗疤柲艿瓤稍偕茉匆部梢宰鳛檫@種輻射吊頂空氣調(diào)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(shè)計的角度來看，輻射吊頂還具有特別的優(yōu)勢：它的應(yīng)用使房間內(nèi)不用再規(guī)劃其他空調(diào)設(shè)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(diào)、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(yīng)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(dǎo)電性和導(dǎo)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(lǐng)域中可以發(fā)揮其作用。各類碳素石墨相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)在包括鋼鐵冶煉、輕量化構(gòu)造、新能源、建筑和運動器械等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，它的應(yīng)用有助于節(jié)能減排工作的推進。隨著各種高性能碳素產(chǎn)品的出現(xiàn)和應(yīng)用，碳素產(chǎn)品在我們的生產(chǎn)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(jié)構(gòu)中，碳素材料的應(yīng)用已經(jīng)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(jīng)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(chǎn)輕質(zhì)材料（碳纖維增強塑料）。同樣由碳纖維增強塑料制成的主結(jié)構(gòu)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(zhì)汽車塑料實現(xiàn)低碳汽車新時代

在新能源利用中，也已經(jīng)出現(xiàn)碳素材料的身影。由碳素材料制成的風(fēng)車葉片長度可達50米，而其重量卻只有5噸。盡管風(fēng)車葉片要承受的機械應(yīng)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(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用，而且我們的高新技術(shù)和產(chǎn)品在中國市場受到的關(guān)注也日益增加。作為碳素石墨材料生產(chǎn)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。