塑料，能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵材料用得越多 節(jié)約越多
目前為止，塑料最主要的初始來源還是石油，并因之而備受詬病，塑料似乎搶占了原本可以應(yīng)用于交通運(yùn)輸或其他更多用途的資源。然而，研究表明，塑料制造所消耗的石油量只占到全球年度總用量的3%，而不同塑料應(yīng)用所能帶來的節(jié)能效果，則達(dá)到其消耗燃料量的數(shù)倍、幾十倍，甚至上百倍?；蛟S正因如此，塑料“用得越多，節(jié)約越多”的觀點(diǎn)才漸漸成為業(yè)界的共識(shí)。而如今，最新的塑料技術(shù)已經(jīng)步入“用得越來越少，可以實(shí)現(xiàn)的節(jié)約越來越多”的全新時(shí)期，塑料技術(shù)正在為能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及現(xiàn)有能源的高效利用提供全面的解決之路。
建筑節(jié)能
建筑耗能約占全社會(huì)整體能源消耗的40%，包括建筑應(yīng)用時(shí)采暖、制冷的能耗和生產(chǎn)建材的能耗兩方面。采暖和制冷能耗取決于建筑的保溫隔熱性能和采暖、降溫系統(tǒng)的熱效率。
經(jīng)過多年實(shí)踐，建筑界已公認(rèn)在大多場合，各種泡沫塑料是最有競爭力的保溫隔熱材料，主要優(yōu)點(diǎn)是保溫隔熱性能好、質(zhì)量輕、不吸水、施工方便、價(jià)格低廉。一層40毫米的聚苯乙烯泡沫塑料EPS板的隔熱效果相當(dāng)于860毫米厚的磚墻，而每平方米40毫米EPS板的重量不到1公斤。因此在世界各國都大量應(yīng)用塑料隔熱材料。
在建筑整體保溫隔熱之外，建筑內(nèi)部同樣有不少環(huán)節(jié)與節(jié)能相關(guān)。近年來已為越來越多建筑所采用的“地板采暖”（或稱輻射采暖）方式，就是一種兼具室內(nèi)舒適性和節(jié)能效果的技術(shù)，而塑料已成為這一應(yīng)用最具優(yōu)勢(shì)的材料。常采用的地暖管有交聯(lián)聚乙烯管PEX、耐熱聚乙烯PE-RT管、鋁塑復(fù)合管或聚丁烯PB管等。
建筑耗能還包括生產(chǎn)建材過程中消費(fèi)的能源。很多傳統(tǒng)建材不只是生產(chǎn)過程中耗能大，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染對(duì)環(huán)境造成的影響也很嚴(yán)重。如今，塑料建材已經(jīng)越來越多地替代傳統(tǒng)建材在建筑中的應(yīng)用。例如，在現(xiàn)代建筑中上下水管、布線管等基本上已為塑料管道所代替。一般而言，塑料管道的加工能耗不到鋼管的1/4，而且由于塑料管道具有輕量、耐腐蝕、保溫性能好等特點(diǎn)，還可以減少運(yùn)輸能耗以及用于熱水輸送時(shí)的熱量損失。
太陽能等新能源技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)隨處可見，而塑料是其能夠?qū)崿F(xiàn)高效運(yùn)作的最重要的基礎(chǔ)材料之一。
交通運(yùn)輸節(jié)能
交通運(yùn)輸工具的能耗和其本身的重量密切相關(guān)，采用性能重量比大、容易成型加工的塑料可以顯著降低能耗。有關(guān)研究表明，使用塑料有助于減輕汽車重量，汽車重量每減少10%，燃料經(jīng)濟(jì)性可提高5%。用聚碳酸酯替代玻璃的環(huán)境效益包括重量、安全和設(shè)計(jì)。1千克的聚碳酸酯可替代2.2千克的玻璃，對(duì)于15萬公里使用壽命（以美國轎車平常消費(fèi)計(jì)），可節(jié)約200-300兆焦的能量和減少14-22千克二氧化碳排放。
如今，塑料已經(jīng)是汽車上應(yīng)用最廣泛的輕質(zhì)材料，汽車塑料化是當(dāng)今國際汽車制造業(yè)的一大發(fā)展趨勢(shì)，其塑料化用量已經(jīng)成為一個(gè)國家汽車技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。輕型車輛市場對(duì)尼龍、聚丙烯、聚氨酯和其它工程塑料的需求量非常大，約占樹脂市場需求的30%以上。借助塑料和復(fù)合材料，可用更輕質(zhì)的材料來生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件。金屬車門板、前端模塊和油箱也都可用或已經(jīng)為塑料材料代替。
塑料在汽車上的廣泛應(yīng)用所帶來的輕量化效果，可以顯著降低汽車能耗。而被寄予厚望的全電動(dòng)汽車，要盡快推向市場，輕量化是現(xiàn)階段最可行的路線。圖中為三菱化學(xué)在CHINAPLAS 2012展出的全電動(dòng)概念車。
塑料節(jié)能領(lǐng)域廣闊
塑料應(yīng)用所帶來的節(jié)能效果并不局限于建筑和交通運(yùn)輸兩個(gè)方面。塑料用于食品保鮮，可以減少遠(yuǎn)途運(yùn)輸時(shí)食品的腐敗變質(zhì)，從而提高運(yùn)輸效率，同時(shí)也減少由于食品供應(yīng)不足而導(dǎo)致的重新制造、生產(chǎn)過程無謂消耗的大量能源，以及無效運(yùn)輸、廢棄物處理等能耗。
事實(shí)上，塑料在每一個(gè)發(fā)揮作用的應(yīng)用領(lǐng)域，之所以能夠成為與傳統(tǒng)材料競爭的優(yōu)勝者，與其優(yōu)異的性能及顯著的節(jié)能效果密不可分。
塑料：提高新能源利用效率
積極開發(fā)新能源應(yīng)用是近年來應(yīng)對(duì)能源緊張趨勢(shì)，推動(dòng)能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。而在新能源應(yīng)用的各個(gè)方面，如太陽能、風(fēng)能、潮汐能、氫能，塑料都是其中被寄予厚望的重要材料。尤其是在行業(yè)發(fā)展面對(duì)困境的時(shí)候，越來越多的研究者開始把眼光轉(zhuǎn)向聚合物可以提供的先進(jìn)解決方案?！禖PRJ中國塑料橡膠》在2011年4/5月刊特別做過一期關(guān)于聚合物與新能源的專題，其中詳細(xì)地分析介紹了聚合物在新能源工業(yè)的應(yīng)用解決方案與發(fā)展前景。其中介紹了大量塑料在不同新能源領(lǐng)域的應(yīng)用案例。從中可以感受到，塑料在新能源工業(yè)的重要意義，以及塑料如何幫助新能源工業(yè)實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率。
塑料在汽車上的廣泛應(yīng)用所帶來的輕量化效果，可以顯著降低汽車能耗。而被寄予厚望的全電動(dòng)汽車，要盡快推向市場，輕量化是現(xiàn)階段最可行的路線。圖中為帝人在CHINAPLAS 2012展出的全電動(dòng)概念車。
新能源工業(yè)的基礎(chǔ)材料
在日前于杜塞爾多夫舉行的“K 2013預(yù)覽”活動(dòng)中，WVK（德國塑料工業(yè)聯(lián)合會(huì)）主席Dr Josef Ertl在其以“變化的世界”的報(bào)告中談到的第一個(gè)變化即是能源行業(yè)的變化以及聚合物在其中的重要意義，“在德國，我們目前正在經(jīng)歷我們所謂的‘能量轉(zhuǎn)向’，在德文里叫做‘Energiewende’。隨著核能發(fā)展的突然叫停，整個(gè)能源工業(yè)開始轉(zhuǎn)向其他可替代能源工業(yè)。在開發(fā)替代能源的過程中，塑料已成為其中最重要的基礎(chǔ)材料：沒有塑料，就不可能有太陽能電池，也不可能有風(fēng)電葉片。”
正如Dr Josef Ertl談到的，塑料已經(jīng)是新能源工業(yè)發(fā)展不可或缺的重要材料。尤其是最近幾年，太陽能技術(shù)與應(yīng)用高速發(fā)展、常規(guī)風(fēng)能以及大規(guī)模海上風(fēng)能技術(shù)逐漸成熟、新能源汽車商業(yè)化等，使聚合物在新能源產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出更加廣闊的前景。
解決全電動(dòng)汽車市場化的根本出路
事實(shí)上并不只是太陽能、風(fēng)能等新能源市場離不開聚合物材料，在解決交通問題上，被寄予厚望的電動(dòng)汽車領(lǐng)域，塑料可能是目前技術(shù)條件下唯一可行的解決方案。
當(dāng)前全電動(dòng)汽車面對(duì)幾個(gè)重大的挑戰(zhàn)：電池本身體積龐大重量過大、電池儲(chǔ)存效率不高、汽車?yán)m(xù)航里程有限、充電時(shí)間過長或充電基站不足、電池工作的可靠性與安全性問題等。其中續(xù)航里程不足可以說是用戶體驗(yàn)不佳的根本問題。
筆者認(rèn)為，電池技術(shù)的輕量化與汽車本身的輕量化是解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的兩個(gè)關(guān)鍵。如果汽車重量只有現(xiàn)在汽車重量的1/3，同樣的電池能夠增加多少行駛里程？在不同的全球性展覽會(huì)上，尤其是塑料行業(yè)展覽會(huì)上，我們能夠看到各種各樣的輕量化電動(dòng)汽車，例如在K 2010展會(huì)上，Ticona展出一款全新的概念電動(dòng)車；2011和2012年的CHINAPLAS國際橡塑展上，三菱化學(xué)展出一款重量只有490KG的全電動(dòng)概念車，該概念車同時(shí)配備太陽能輔助電源；帝人在2012年的CHINAPLAS展出一輛超輕量電動(dòng)汽車，僅重437kg，該電動(dòng)汽車應(yīng)用了帝人各種輕量化材料及最新科技，具備實(shí)際行駛所需車體剛性。
當(dāng)然這些概念車，要實(shí)現(xiàn)最終商業(yè)化，還涉及到成本等方方面面的因素。盡管如此，如果只是把全電動(dòng)的思路，應(yīng)用在現(xiàn)有的燃油汽車上，除非電池技術(shù)取得突破性進(jìn)展，可以在相當(dāng)小的體積上實(shí)現(xiàn)足夠大的蓄能，才有可能發(fā)揮出全電動(dòng)的真正潛力。
從目前的技術(shù)發(fā)展來看，短期內(nèi)要實(shí)現(xiàn)電池的革命性的創(chuàng)新，包括性能的大幅提高與電池體積的大幅縮小，都不現(xiàn)實(shí)。因此，對(duì)全電動(dòng)汽車的發(fā)展而言，汽車本身的輕量化才是目前全電動(dòng)汽車發(fā)展的根本出路。 |
