【优秀论文】超临界流体技术产业高质量发展浅析

  国家将军民融合发展上升为国家战略，是长期探索经济建设和国防建设协调发展规律的重大成果，是从国家安全和发展的策略全局出发做出的重大决策，既是兴国之举，又是强军之策。中央、国务院、联合印发了军民融合发展纲领性文件《关于经济建设和国防建设融合发展的意见》，明白准确地提出要打造军民深层次地融合发展的中国特色先进国防科技工业体系。军工集团作为国防科技工业的骨干力量，肩负着服务国防军队建设、促进科学技术进步、服务经济发展三大历史使命，具有鲜明的军民融合属性，是贯彻军民融合发展国家战略的主力军。

  公司自进入超临界流体技术领域以来，依托军工技术优势，加强科研创新平台建设，积极地推进超临界流体技术装备国产化。自主研发设计了国内首套3500L大型容积超临界干燥设备，80MPa10L超临界萃取设备，填补了国内空白。现已设计开发了1L-3500L超临界流体技术装备系列新产品，可为客户提供包括工艺流程设计、参数优化、项目可行性和经济性分析等服务，是目前国内唯一具备提供超临界流体技术成套装备设计、制造和技术集成解决方案的高新技术企业。

  公司研发生产的超临界CO2萃取装备已在航天306所、航天703所、广药集团、香港伊纳维康、澳门国际生物、晨光生物科学技术、新疆红帆、张仲景大厨房、印度Synthite（馨赛德）、突尼斯Agriland（阿戈里兰德）、保加利亚巴尔干（Balkan）等100多家科研院所及有名的公司推广应用，大多数都用在食品制造业中香精香料、调味品香辛料、天然食用色素和精油的提取，中药现代化中有效成分的提取及多孔纳米材料的制备，涉及新材料制备、中药现代化、食品制造业、保健品等领域。最近3年的年均设备销售量达到10套，销售额超过5000万元，2018年预计将突破6500万元。

  为积极推进超临界流体技术与我省大健康产业深层次地融合，公司进一步深化与清华大学、中山大学、大连理工大学、西北农林科技大学等国内知名高等学校的战略合作伙伴关系，专题针对我省丰富的中药材和农副产品资源精深加工开展应用研究，研发的核桃油生产线已投入到正常的使用中，全力助推我省大健康产业实现健康发展、科学发展、跨越发展。

  气凝胶通常是指以具有纳米量级微细颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构，并在纳米量级的网络骨架中充满大量气态分散介质的轻质纳米固态材料，保温效果是传统保温材料的数倍乃至数十倍，是国家重点支持和鼓励发展的节能环保高新技术材料。

  2012年，公司利用自建的超临界流体技术科学技术创新平台，在凝胶制备和超临界干燥关键技术应用研究上取得重大突破，成功研制出多孔纳米保温隔热材料SiO2气凝胶。该材料热传导系数为0.016～0.018W/m.k，绝热效果是传统保温隔热材料的2～10倍，在城市管网、新能源汽车、航空航天、船舶舰艇、石油化学工业、冶金行业、工业炉窑、节能建筑等领域具有广阔的应用前景。据测算，最近10年，每年的市场需求量在100亿元以上。

  公司投资近1.2亿元建成的Ⅰ期、Ⅱ期气凝胶生产线均已投产，近两年年均出售的收益超过4000万元，并呈现爆发式增长态势，预计2018年将实现出售的收益1.1亿元。

  随着全社会对纯天然健康食品和药品的需求日益旺盛，应用超临界流体技术装备可以萃取天然食用色素、香料、香精、精油等（如：辣椒红素、麦芽胚油、葡萄籽油、番茄红素等有用的组分），还能去除其中的残留农药，是符合国家发展趋势的技术，目前，国内规模以上香辛料及食品添加剂生产企业3000余家，按照工业化量产设备1套500万元计算，该细分市场国内总容量高达150亿元，在排除生产企业规模及其他替代技术影响的前提下，按照年均项目上马1%的保守计算，年均市场占有率约1.5亿元，而公司作为国内知名度排名第一的制造企业，未来5年市场占有率可保持在10套/年，销售额0.5亿元/年。

  国内超临界萃取应用最多的领域是中药、保健品等行业，多用于植物中有效成分的提取。全国从事中成药提取的企业约2800余家，这是超临界萃取技术本身的优势所决定的，也是国家产业政策所引导的，但是该行业传统提取技术仍然具有根深蒂固的成本优势，预计未来5年，保守估计每年会有15家会建立工业化超临界萃取生产装置，年均市场占有率在8000万元，公司在该行业仍然具备一定的技术优势，市场占有率约10套/年，销售额0.5亿元/年。

  随着人们对污染问题的日益关注，石油领域对环保装备的需求将会与日俱增，而通过超临界提取技术提取污染泥土中的有害成分，从而使得污染泥土达到国家环保标准将会对国内生态环境的恢复提供巨大的帮助，目前，该项技术仍然处于行业空白阶段，公司已着手进行先期研究，预计“十三五”时期将会实现工业化生产，在“十三五”期间按保守估计，未来5年每年实现1户石油企业的推广就将会产生4500万以上出售的收益（该型技术所用容量大多为1500L，每套按照造价1500万元计算，1户石油企业至少需要3套产品作为I期项目的推广验证期），该行业技术属于公司独家所有，预计在未来五年内都不可能会产生新的竞争者，而在“十四五”期间，该产品将会迎来井喷式的上量批产，所带来的收入规模增长将达到上亿规模。

  在国际上，韩国、印度和东南亚一些国家对超临界技术的开发研究也很看重。特别是韩国和印度，对保健药品、保健食品和香精香料的需求非常大，而这些国家对超临界萃取装置的制造还赶不上日渐增长的需要，原因是价格太高，技术不过关。这是一个很有潜力的市场，在2016年韩国、越南、新加坡等多家国际公司已来函、来人对公司做考察，目前正在洽谈中。保守的估计，2～3年后，每年出口3～5套大型设备是可完全的，预计年销售额将达到1500万元至2500万元。

  全国城市热力管网长度在10万公里以上，现有传统保温材料主要为玻璃纤维、硅酸铝等，这些材料的保温效果差，热量损失大，且寿命不长，需频繁维修。采用气凝胶材料保温的示范工程证明，与传统保温材料相比，节约能源的效果在20%以上，且维修周期延长3倍以上，经测算，每改造一公里城市热力管网，需气凝胶材料100立方米，潜在市场容量达到1500亿元。假设以上改造在15年内完成，加上维修需求，每年的市场容量约100亿元。目前，以北京市区、涿州、雄安新区为代表的北方城市热力管网慢慢的开始采用航天乌江气凝胶材料，项目示范效应明显，有望加快北方地区城市热力管网的改建进度。

  气凝胶融合现有玻璃制造技术形成的气凝胶玻璃，是世界玻璃制造业的颠覆者，它既具有玻璃的透明性，又具有聚苯乙烯、聚氨酯类高分子材料的低导热特性及炭黑材料的高比表面积等特性，与现有玻璃比较，其优异的导热性能将提升建筑节约能源的效果30%以上，同时，因其优良的光漫射效果以及A级防火等级，极大的提高了城市建筑的舒适性能以及防火减灾能力。据中国统计年鉴反映，我国每年新增建筑约16-20亿m2,按窗墙比20%测算，每年新建建筑需求量不低于2亿m2，气凝胶材料需求量达300万立方米,市场容量2400亿元。同时，目前国内建筑存量约500亿m2,95%以上属于高能耗建筑，按窗墙比20%测算，建筑存量改造约需气凝胶15000万立方米，按10年改造测算，每年气凝胶需求量1500万立方米，市场容量1.2万亿，即使每年只完成市场容量的1%，每年市场容量仍有144亿元。

  目前全国建有石化厂超过250家，其中20多家炼化厂已开始采用气凝胶材料代替传统保温材料。国内每年炼油能力超过6亿吨，以一条800万吨/年的中型催化裂化生产线计算，如部分采用气凝胶材料，则至少需用3500立方米。因此，仅石油炼化行业对气凝胶材料的需求就达26.25万立方米，市场容量52.5亿元；国内输油管道、稠油开采所用的热力蒸汽供热管道超过4万公里，按每米管道需包裹气凝胶材料约0.03立方米来计算，在石油管道上的用量约为120万立方米，市场容量240亿元。假设以上改造在15年内完成，加上维修需求，每年的市场容量约20亿元。目前，航天乌江与中石油在新疆克拉玛依油田合作推广的某稠油保温示范项目已经启动，一旦获得成功，将对石油炼化领域推广气凝胶材料带来较好的示范效应。

  2016年工信部发布的《电动客车安全技术条件》，将气凝胶材料强制性推向电动客车防火隔热市场，至此，开启了气凝胶在新能源汽车领域的产业化应用，按照《中国制造2025》绘就的新能源汽车产业未来发展路线年，中国新能源汽车年销售量将达到汽车市场需求总量的20%，自主新能源汽车市场占有率达到80%以上，按照现有年汽车需求量3600万辆测算，未来5-10年内，每年将有600万辆自主新能源汽车需要用气凝胶材料，按每辆轿车需用气凝胶材料300元计算（大型新能源汽车每辆需1500元左右），每年市场容量约18亿元。

  气凝胶材料的低密度、低热传导率使得在同等隔热效果条件下，比传统隔热材料的品质更轻、体积更小，这在空间受到限制的飞行器热防护系统、运输方舱、军用电源中有着非常明显的优势。如英国“美洲豹”战斗机的机舱隔热层，就采用了气凝胶材料，美国阿帕奇直升机使用气凝胶隔离红外线。军用气凝胶市场产品可靠性要求高、附加值高，市场容量约20亿元。

  随着国家海洋战略的深入实施，远洋运输、海上油田将会得到迅速的发展，军用舰船、海上钻井平台、石油运输船、液化天然气（LNG）船、液化石油气（LPG）船等特种船舶和民用船只对气凝胶材料的需求必将呈现快速增长态势。每艘军用船舶需要气凝胶材料800立方米～1000立方米，按每年10艘舰船改造需求计算，年均市场需求1万立方米，年均市场容量2亿元；每艘液化天然气（LNG）船需要气凝胶材料3000 立方米，按每年有3～4艘采用气凝胶材料来保温隔热计算，市场需求为1万立方米，市场容量为2亿元。此外，全国拥有规模巨大的民用船只，这些船只按部分开始采用气凝胶材料来保温隔热,年均市场需求也在1.5亿元左右。综上所述，气凝胶材料在船舶工业行业的每年市场容量约5.5亿元。

  现有工业窑炉的炉体保温材料一般为轻质保温砖、磷酸盐珠光体、珍珠岩、硝酸盐、岩棉等，这些保温材料的导热系数较高，通常在0.05 W/m.K（常温）以上。与国外领先水平相比，我国玻璃窑炉能耗比国外高30%左右。为提高保温隔热效果，降低能耗，全国均在尝试利用气凝胶材料等新技术对工业炉窑进行高效设计。由于国内气凝胶产品几乎属于空白，特别是耐1500℃以上高温的产品一直依赖进口，价格高昂，投资较大。航天乌江自主研制生产的耐高温气凝胶价格仅为国外的1/2～1/3,具有较为显著的性价比优势，应用前景广阔。据不完全统计，全国建有工业化生产玻璃炉窑400多台，陶瓷炉窑更是达到5000多台，每台工业炉窑需气凝胶材料100立方米左右（目前航天乌江为中型玻璃炉窑提供的保温材料为120立方米/台），需要材料费用200万左右，仅玻璃炉窑和陶瓷炉窑两行业市场改造需求就达100亿元。市场容量年均改造项目按照5%计算，亦可达到5亿元的市场需求规模。同时，每年新增玻璃窑炉及陶瓷窑炉按照1000台计算，每年新增市场容量也将达到18亿元。以上市场合计23亿元/年。

  超临界流体技术装备是一项绿色、环保、亲近自然的提取技术，符合下列国家政策：

  《国务院关于进一步促进贵州经济社会又好又快发展的若干意见（国发【2012】2号）》

  《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011年度）》、《我国应掌握自主知识产权的关键技术和产品目录》

  《产业结构调整指导目录》、《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》等。

  贵州气候独特，地理环境复杂，适应多种植被生长，孕育出了特色鲜明的植物资源和名优农产品，其中，药材、烟叶、茶叶、姜、辣椒等特色农产品优势较为显著，拥有贵州绿茶、老干妈辣椒、贵州三宝等多个特色品牌，已形成了以农产品加工、民族医药现代化为发展中心的产业链，成为提高贵州经济竞争力、促进地方经济发展的着力点。此外，随着西部大开发战略的深入推进，中药现代化、天然特色资源精深加工、新材料、先进装备制造等产业被《贵州省中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》、《贵州省“十二五”新兴起的产业发展规划》列为贵州省当前的发展重点。

  气凝胶作为被全世界科学界广泛关注的新材料，吸引着世界各国科学家倾力研究，科学家们发现多孔纳米材料可使众多行业、学科产生质的飞跃。多孔纳米材料在力学、声学、热学、光学、化学、物理学等方面均有独特的优良性质，在诸多领域都有广泛的潜在用途。目前，已在石化管道、工业窑炉、热力管网、市政工程、轨道交通、舰船等保温隔热行业逐步替代或用于增强传统保温材料。未来，随着科技的不断进步，气凝胶纳米多孔保温材料还将在航空航天领域、隔音材料领域、信息领域等发挥更加重要的作用。

  公司超临界流体技术产业是符合国家政策导向与集团公司军民融合发展战略的产业化项目，通过近年的努力，产业高质量发展成效显著，已成为公司支柱型产业，到“十三五”末期，将助推公司实现跨越式发展，使公司成为集团公司内一流军民融合企业。

  【1】张晓天，《军民融合式发展的探索与实践》，国防大学出版社，2009年；

  【2】孔勇、沈晓冬、崔升，《中国材料进展2016年08期》，2016年。返回搜狐，查看更加多