给臭氧层上“紧箍咒”:我国首创无氯氟聚氨酯发泡剂,每年减少3.2亿吨温室气体排放

2021年10月26日 阅读量:4

“绿色、环保,是无氯氟聚氨酯化学发泡剂最鲜明的标签。它实现了卤素等有害成分的‘零排放’,摘掉了‘聚氨酯产业破坏臭氧层’的‘紧箍咒’。”谈起这项自主研发成果,年近70岁的山东理工大学新型聚氨酯材料研究院院长毕玉遂教授说,预计该技术成功推广后,全球每年将减少约40万吨氯氟烃排放,折合成二氧化碳排放量,高达3.2亿吨,“补天”不再只存在于神话传说。

“2.5公分厚度的泡沫材料,相当于86公分的钢筋混凝土的保温性能。”毕玉遂介绍,“在反复进行零下165℃的深冷测试后,我们发现聚氨酯化学发泡剂发出的泡沫的导热系数为0.010w/m·k,优于同类材料,证实在超低温环境中的绝热性能。为适用不同场景,我们已研发出三种成型的液体发泡剂。”

 

“救星”变“元凶”

 

与氢氯氟烃相比,氢氟碳化物是更新一代的物理发泡剂,原本是作为氟利昂等对臭氧层有害物质的替代品而引入的,被广泛应用于空调、冰箱、喷雾剂、泡沫及其他制冷产品中。然而,这个曾被视为保护臭氧层的“救星”,却被证实是强效温室气体,其全球变暖潜能值比二氧化碳还要高数千倍,是造成全球气候变暖的“元凶”之一。更令人担忧的是,目前,氢氟碳化物已经成为世界上增长最快的温室气体,排放量正以每年10%的速率增加。

 

2016年10月15日,近200个《蒙特利尔议定书》缔约方在卢旺达首都基加利签署了基加利修正案。根据这一修正案,各国将氢氟碳化物列入限控清单,在2040年前逐步减少80%至85%的氢氟碳化物。发达国家从2019年首先减少氢氟碳化物用量,包括中国在内的100多个发展中国家从2024年冻结使用氢氟碳化物。

 

中国聚氨酯工业协会秘书长吕国会介绍,我国企业目前仍在大量使用氢氯氟烃作为物理发泡剂,由于出口要求,有些企业使用氢氟碳化物。“但目前欧美等发达国家已开始管控氢氟碳化物,这对我国冰箱、空调等出口产品造成不小影响。若相关行业和企业不能及时调整技术方向,进行技术升级和改造,出口市场将面临严重的绿色贸易壁垒。”

 

替代材料何处寻?

 

联合国环境署执行主任埃里克·索尔海姆强调,正在研究的氢氟碳化物替代品需要具有很低的臭氧消耗潜能值和全球变暖潜能值。眼下,聚氨酯行业淘汰传统物理发泡剂的时间表已明确,全球都在寻找更加高效环保的替代方案。中国又该如何行动?

 

其实,早在2016年国际保护臭氧层日纪念大会上,环境保护部副部长赵英民就表示,中国将出台《含氢氯氟烃重点替代技术推荐目录》,修订完善替代品标准法规,并通过产业政策、政府绿色采购、绿色产品认证、舆论宣传引导等方式,鼓励和支持绿色低碳替代技术的研发和推广。

 

环境保护部对外合作中心项目三处副处长郭晓林说:“通过大力推动对臭氧层和气候友好的替代技术,引导相关制造业从供给侧实现技术升级和产品结构优化,提升我国相关行业和产品的国际竞争力和可持续发展潜力。同时,目录发布能够提高公众对环保低碳技术的认知,引导绿色消费潮流,推动地方政府绿色采购行为,形成有利于绿色低碳产品推广的市场机制。”

中国方案现端倪

 

原料易得、工艺简单、不燃不爆、发泡效率高、泡沫材料尺寸稳定、极佳绝热性能等特性,让其应用前景一片光明。目前,聚氨酯化学发泡剂在建筑节能、冰箱家电、冷藏保温、管道保温、汽车、深冷保温、太阳能等多个领域都能大施拳脚。事实上,国产新的替代材料已经崭露头角,而且走出了与以往不同的技术路线。

据毕玉遂介绍,这种名为CFA8的无氯氟聚氨酯化学发泡剂不含卤元素,在生产和使用中,既从根本上避免了强效温室气体的排放,又能满足聚氨酯泡沫导热系数等性能要求。

 

这意味着,世界聚氨酯产业将有望摆脱强效温室气体排放的困扰,迎来绿色发展。

 

在很多城市,一些老旧居民楼都在进行建筑节能改造,整个工程往往持续半年甚至一年,既复杂又难免扰民。而在山东淄博正华发泡材料有限公司院内,技术人员手持喷枪对着墙面上下左右移动。几分钟后,墙体就膨胀出1厘米厚的保温发泡材料,既方便又快捷。

 

“多年来,我国聚氨酯产业的发展始终被国外牵着鼻子走,在国外公司设定的游戏规则中承受着畸高的价格成本。”吕国会认为,CFA8的产业化成功将彻底改变欧美跨国公司长期控制物理发泡剂技术路线给我国带来的尴尬局面。然而,从技术研发成功到工业化应用,还有很长的路要走。

 

在国家层面,国家知识产权局已为这项技术构筑了专利池,并对在欧美国家的专利注册有所准备。在对现场制备的泡沫材料性能做了第三方检测后,环境保护部将其认定为新物质,并为项目的开发提供“多边基金”支持。

 

该技术成果具有四大创新点:一是设计合成了两类新结构无氯氟聚氨酯化学发泡剂。这两类发泡剂为化学新物质,已完成毒理实验和新物质注册,安全绿色。二是提出了新结构发泡剂的开发新思路。采用这种新思路制备的发泡剂在反应热促进下,分解产生二氧化碳;发泡剂与多元醇组分有较好相容性,形成的发泡材料泡孔细腻均匀,性能优良。三是开发了新结构发泡剂在建筑保温板、管道保温、冷库保温等领域的应用技术。四是开发了新结构发泡剂的制备工艺,建成了中试装置。新工艺生产的发泡材料经检测,导热系数等性能指标达到国家标准要求。

 

这种无氯氟聚氨酯化学发泡剂是由山东理工大学毕玉遂教授科研团队历经10余年研发而成。2016年以来,山东理工大学和补天新材料公司合作开展了新结构发泡剂应用和产业化技术的研究工作,并建成年生产规模为3000吨的中试装置,产出的发泡剂产品出口到美国,获得用户好评。

 

据统计,无氯氟聚氨酯化学发泡剂技术已获得全球主要国家的专利授权,授权的发明专利已获授权50余件(其中已授权32件)、PCT国际专利2件,欧洲,澳大利亚、日本、俄罗斯、印度已授权发明专利共7项,在全球范围内已经形成了我国独有的知识产权。

 

现如今,很多国外企业想找毕玉遂合作。“这就是核心专利掌握在自己手里的好处,他们想用这个技术,就只能找中国。”

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