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1、多孔炭材料应用不断取得突破一、 多孔炭材料应用不断取得突破随着近年来新能源，新材料等战略新兴行业的快速发展，多孔炭材料凭借其发达的微孔结构、巨大的比表面积、优异的吸附活性、稳定的物理和化学特性，与新材料、新能源科技创新深度融合，衍生出大量创新型的复合型功能新材料，尤其是功能优异、定位中高端的多孔炭材料产品如硬炭、硅碳复合材料等，可应用于新能源钠离子电池、锂离子电池等新能源、新材料产品领域。未来，随着新能源、新材料、节能环保等战略新兴领域的快速发展，多孔炭材料的应用将得到继续深化和发展，尤其是高端多孔炭材料越来越成为下游诸多细分领域中不可或缺的功能性新型材料。二、 碳材料行业下游需求旺盛根据碳达
2、峰的目标，中国光伏产业发展路线图（2020年版）预计十四五期间我国光伏年均新增光伏装机量将在70-90GW之间。随着光伏行业的迅速发展，碳/碳复合材料正快速形成在晶硅制造热场系统中对石墨材料部件的进口替代与升级换代。新冠疫情对经济的主要影响是非固定人群集中活动及相关的产业民用航空首当其冲，飞机订单的大量减少，直接导致对航空复材需求的大幅度降低。相关的主要碳纤维供应商，东丽及美国赫氏的业绩大幅度下滑。综合判断，该市场的下降幅度为30%。在体育用品市场方面，全球绝大部分体育比赛的取消或延迟，使体育产业总体上遭遇重挫。而对于碳纤维器材的影响，网球、冰雪、水上项目等群体运动器材的应用下降，高尔夫、自行
3、车、钓鱼等个人体育器材由于休闲时间的增多，则不降反升，总体上，依然保持了27%的增长。风电叶片，依然保持在势不可挡的发展。其中的关键推动者是丹麦风电巨头维斯塔斯，综合其他厂家的需求，这个市场的增长率在20%。碳纤维其他应用市场，疫情影响不是很大，大致保持在以往的增长速率，其中压力容器、碳碳复合材料（主要是热场材料）高速增长。三、 碳素材料行业集中度不高当前我国石墨及碳素制品行业存在行业竞争无序、宏观管理失控等问题。作为一种宝贵的不可再生资源，石墨具有重要的战略价值。但是，长期以来国家对石墨资源的管理没有纳入一个规模的渠道，造成了石墨主产区各自为政的局面。随着，国家对石墨及碳素制品行业的日渐重视
4、，加强宏观管理和控制已成必然趋势。因此，今后重点企业的竞争战略将会以大力推进石墨工业结构调整为重点；积极开拓国际市场，组建石墨大型企业集团为趋势。碳素材料具有电和热的良传导性、电特性、润滑性、高温特性、耐化学腐蚀性、耐热性、耐高温热剥落性、电化学性能等基本特性。碳素尤其是特种石墨已经成为现代工业不可或缺的重要物料和工业材料，依靠其固有特性，经常以基础原料、模具、用具、部件、构件以及结构材料等形式被广泛应用在各种行业不同环境、不同生产条件的工业产品制造过程。碳素行业是一个非常多元化的产业，既有传统工业的基础，又具备高技术、高科技发展的机遇和空间，行业发展前景长期向好。同时，碳素行业也是对石化和煤
5、化工行业的废渣进行深加工再利用，是一项能源二次利用、符合循环经济理念的产业。电火花加工对特种石墨的需求稳定增长。电火花加工的主要优势在于能适用于难切削材料的加工，工具电极与工件不接触，两者间作用力很小，适用于加工特殊及复杂形状的零件。在电火花加工工艺中，作为阳极的工具电极可以使用铜质材料，也可使用石墨材料。石墨电极与铜电极相比具有比铜轻，密度只有铜的20%、易加工、切削加工不易产生应力及热变形、熔点在3，000以上时热膨胀系数小的特点。在特种石墨的需求结构中，电火花加工占比约15%，是需求量最大的下游用户之一。电火花加工石墨产品中使用高档石墨约为25%，使用中低档石墨约为75%。核安全加快石墨
6、材料在核电中的应用。日本福岛核事故引发核电危机，核安全成为未来核电发展的关键因素。欧洲一些国家放缓或停止了核电站的建设，德国甚至宣布2020年关闭核电站，我国也在重新审视核电发展的规划。但从长期看，核电依然是发电效率最高、最有前途的发电机组，我国大力发展核电的长期规划没有改变。在核电建设中，核安全是首位。高温气冷堆是国际核能界公认的目前安全性最高的新型核反应堆，是未来核电装置的发展趋势。石墨是中子的慢化剂和优良的反射剂，其自身很多优良特性确立了它在核工业领域中关键材料之一。在高温气冷堆中，炭材料是不可缺少的减速材料、反射材料和结构材料。高温气冷堆需要大量的高级石墨材料，可以说没有核石墨材料就无
7、法建成高温气冷堆。在高温气冷堆中由于用氦气作为冷却剂，用碳素及陶瓷材料作为燃料的包覆材料，用石墨或炭质材料作为减速材料和炉芯结构材料，可以把接近1，000的高温气体导出反应堆外作为能源使用。国际上已经建立了多座开发研究用高温气冷堆。此外，核石墨可以用来制作热结构件，各向同性炭石墨材料用于制作石墨球、堆芯材料、电极等核石墨制品。其他需求：模具、连铸和人造金刚石石墨增长潜力不容忽视）其他需求：模具、连铸和人造金刚石石墨增长潜力不容忽视。我国用于制造模具和连铸的石墨数量较大，石墨模具和连铸用各类石墨约占总需求量26%。机械工业中的铸造行业大量使用石墨材料作为加压铸造、离心铸造、超硬合金的热挤压等加工
8、模具。生产大规格的纯铜、青铜、黄铜等主要采用连铸的方法，其中对产品质量起着至关重要影响的结晶器就是用等静压石墨材料制成的。由于等静压石墨在热传导、热稳定、自润滑、抗浸润及化学惰性等方面具有良好的性能，使之成为制作结晶器不可替代的材料。等静压石墨还用于制作金刚石工具和硬质合金的烧结模具，光纤拉丝机的热场部件（加热器、保温筒等），真空热处理炉的热场部件（加热器、承载框等），以及精密石墨热交换器、机械密封部件、活塞环、轴承、火箭喷嘴等。四、 碳素材料行业发展概况碳素材料是一种古老的材料，又是一种新型材料。早在史前，人类就与炭物质发生了关系。公元前8000年，人类就已经将木炭用于取暖、煮食等；公元前3
9、000年开始，有色金属冶炼就用炭加热或还原制取金属；公元2世纪，中国汉代已经开始用煤烟制墨，16世纪中国明代的冶炼工业已用天然石墨和粘土制成耐火坩锅，这是人类早的碳素制品。虽然人类很早就利用碳素材料，但从原始、粗糙的碳素材料发展到近代的、高质量的工业碳素材料，从世界范围看也仅有一百多年的历史。1842年德国人本生（RHBunsen）用2份能结焦的煤粉和1份焦炭粉混合在钢模中加压成型，然后焙烧制成炭质电极，这是近代碳素制品工业的先驱。此后，伴随着冶金、电化学、电器机械等行业的发展，碳素材料开始得到开发利用，尤其在这段时间后期人们进行了大量的有关电能利用的开拓性工作，如碳刷、碳电阻柱、电热和电化学
10、用电极等相继得到发明和利用，碳素材料开始工业化生产1896年，爱迪生的学生艾奇逊（EGAcheson）利用其发明的箱式电阻炉制造出第一只人造石墨电极，使得碳素材料从碳质跨越到石墨质，此后逐步利用其导电性、耐腐蚀性、耐热性、润滑性和导热性等特性，在炼钢电极、电解板、发热体、坩埚、电刷、密封圈等石墨制品方面取得突破性进展，并作为工业材料被广泛应用在炼钢、制碱、电气以及机械等领域。人造石墨的出现为碳素工业的发展揭开了新的一页。中国碳素工业起步较晚但发展较快。中国碳素工业起步于国家一五期间建设的156项重点工程。引进前苏联技术的吉林炭素厂1952年筹建、1955年建成投产，成为中国碳素工业的摇篮，之后
11、我国又陆续兴建了兰州、上海炭素厂和南通炭素厂，这四家国有碳素企业成为中国碳素企业的四大骨干企业。与行业发展历程相适应，自起步以来，国内碳素企业以石墨电极等传统碳素产品生产为主，主要以钢铁和金属冶炼行业为下游。我国是石墨生产和出口大国，同时也是进口大国，大部分以中碳或高碳形式直接出口，而高、精、尖工艺需要的石墨产品大部分从国外进口。一些发达国家把石墨列入战略储备资源，严格限制其开采、加工与出口，并且对石墨研发技术做了严格的保密规定。我国虽然是石墨大国，但不是石墨强国。目前仅能加工初级产品，缺少高附加值精深加工石墨产品及制品，石墨高技术产品需要大量进口，进口价约为出口价格的246倍。我国石墨及碳素
12、制品行业，一方面低端产品产能过剩、市场供大于求，如普通功率石墨电极、铝用阳极和普通阴极炭块等；另一方面高技术含量、高附加值的产品，如大规格大功率炭电极、核石墨、航空航天用石墨和各领域用特种石墨及炭复合材料等又有相当数量的缺口。石墨及碳素制品行业产品结构不合理的深层次原因在于技术开发投入不足，产业自主创新和技术集成创新能力弱，产品结构的优化升级缺乏强有力的技术支撑。五、 多孔碳行业市场规模多孔碳是近年来发展迅速的一类重要的多孔材料。它们具有孔结构可调、物理化学稳定性好、比表面积可变、易功能化等优点。多孔碳材料在不同的科学技术领域有着广泛的应用。在现代，多孔碳有不同的品种，包括活性炭、碳分子筛、软
13、、硬模板介孔碳、活性炭纤维或多孔纳米碳。到目前为止，在所有类型的纳米多孔材料中，多孔碳在科学、技术和工业领域的不同部门的应用最大。多孔碳代表活性炭优越的应用特性及生产利用的经济性，使其成为众多产业门类中难以替代的产品。活性炭主要应用领域涵盖了食品饮料、化工、冶金、轻纺、水处理、医药等众多产业门类，近年来随着环保节能成为经济社会发展的核心理念，活性炭在水处理、大气污染防治等领域的应用价值也日益凸显。此外，随着新材料技术、医药科学等领域的技术进展，活性炭在能源储存、天然气回收、血液净化等方面应用逐步拓展，将为行业的前景注入新的活力。活性炭产业的发展大致经历了导入期（1900初-1950s）、成长期
14、（1950s-1990s）、成熟期（1990s至今）三大阶段。欧美发达国家主导了产业发展的前两个阶段，大致在上世纪90年代，随着全球产业转移的进一步扩展，以中国为代表的发展中国家活性炭产业发展突飞猛进，成为活性炭行业的新增长极。美国、荷兰、日本是活性炭传统生产大国，随着中国活性炭产业的快速发展，当前已成为世界上最大活性炭生产国和出口国。当前全球活性炭的主要产能已经由发达国家转移到以发展中国家，特别是中国和东南亚国家。上世纪90年代由于欧美发达国家的环境监管愈发严厉、人工成本的攀升、活性炭生产赖以持续的资源匮乏，活性炭传统生产大国美国、日本、荷兰等国家纷纷将能耗较高、附加值较低的中低端活性炭产能
15、向发展中国家转移，特别是煤炭资源丰富的中国及林业资源丰富的东南亚。与此同时，发达国家国内的活性炭需求仍在稳步增加，因此仍然是全球活性炭的主要需求方。国内的活性炭目前以低端产品为主，产品专用性差，与国际巨头的差距较大。新技术新产品的开发是企业生存的基础，必须重视。在技术研究上可以采取两条腿走路的方针，一方面依托高校和科研院所的科技力量，瞄准国际上的前沿产品和高技术产品为开发目标；另一方面建立自己的研发中心，以技术难度不高的产品为开发对象。建立自己研发中心的最大好处是可以在高校等单位实验室小规模研究的基础上进行中试放大，为工业生产提供可靠的工艺参数，可以尽快将技术转化为生产力。另外，由于高校和科研
16、院所受财力、人力、物力的限制，新产品的研制周期一般较长。如果在研发时间紧迫时，可以利用研发中心的人力优势，可以大大缩短研发周期。建议聘用高校科技人员作为研发中心的客座研究员，定期来中心进行指导和学术交流。从我国多孔碳材料行业的发展历程来看，虽然我国多孔碳工业逐步发展成为全球最大生产国，但是与发达国家相比，我国的多孔碳工业仍然存在很大差距，主要表现在生产技术和产品质量方面。我国大多数生产企业规模小、生产工艺较为落后、生产设备自动化程度低、不利于大规模、连续化生产，造成较大的资源浪费和环境污染。我国多孔碳产品整体品质较低且专用性差，产品销售无序竞争严重，众多小企业为了生存相互之间恶性竞争，造成整个行业利润率下降，既影响了国内多孔碳制造业的发展和市场的培育，也影响了我国多孔碳企业的整体竞争力。随着我国经济发展，人们对生存环境认识水平不断提高和国家政策的导向作用，环境治理工程越来越得到广泛重视。目前我国正在逐步完善各类污染物的排放标准，但治理工程设备和设施的规范还没有跟上。近年来，国
