国家林业和草原局竹缠绕复合材料工程技术研究中心

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National Forestry and Grassland Administration Engineering Research Center for Bamboo Winding Composites

国家节能中心:为我国竹产业发展开辟新路——相关专家谈竹缠绕复合材料产业发展

发表时间:2022-10-09 10:17


为我国竹产业发展开辟新路——相关专家谈竹缠绕复合材料产业发展

2022-09-07

我国是世界竹资源最丰富的国家。第九次全国森林资源调查显示,我国竹林面积641.2万公顷。据有关资料显示,我国竹材总蓄积量超过5亿吨,每年可砍伐量约1.5亿吨。然而,竹材每年消耗量仅4000万吨,尚有1.1亿吨竹材资源还未开发利用,这是极大的资源浪费。我国竹材加工业发展目前遇到瓶颈期,传统大规模消耗竹材的竹胶合板和水泥模板一蹶不振,竹炭产量因环保因素的限制也大幅下降;竹材在传统建筑脚手架的应用几近消亡。所以,我们必须探索一条新路,促进我国竹产业的转型升级。

近年来兴起的竹缠绕复合材料为竹产业发展开辟了一个新的发展方向。竹缠绕复合材料是继木材、钢铁、水泥、塑料后近几年新涌现出的基础性环保材料,是国家重点推广的低碳与节能减排产品,我国具有完全自主知识产权。
竹缠绕复合材料产品有哪些优势?能解决防火问题吗?产业化进程如何?推广应用过程中遇到了哪些困难?未来会有怎样的发展前景?
竹材在新材料领域的创新产品
中国林产工业协会竹缠绕复合材料产业分会理事长彭仕国在接受媒体采访时表示,竹缠绕复合材料是国家林草局竹缠绕复合材料工程技术研究中心自主研发的一种新型生物基材料。以竹子为基材,以水溶性氨基类树脂为胶黏剂,采用缠绕工艺加工成型,拥有独立完整的知识产权,生产技术达到了国际领先水平。竹缠绕复合材料充分发挥了竹材轴向拉伸强度高、抗形变性能强的特性,产品具有重量轻、强度高、耐腐蚀、保温隔热性能好、耐火阻水、抗风抗震、使用寿命长、成本低等优点。竹缠绕这种新材料是以天然竹子为基材,充分发挥了生物基材料的环保优势,可以生产成管道、管廊、房屋、车厢等众多产品,可广泛使用于城市基础设施建设、农田水利灌溉、公路铁路、水利水电、港口码头、国防建设等领域,可以部分替代钢材、水泥、塑料等高能耗产品的需求量,不仅原料可再生、可吸碳,加工过程也能做到节能固碳、使用成本低。
竹缠绕复合材料减碳固碳功能突出
国家林业和草原局推进竹缠绕产业发展领导小组副组长、中国竹产业协会会长费本华表示,竹缠绕复合材料是国家重点推广的低碳与节能减排产品,也是我国林业产业发展“十三五”重点战略专项,作为实现减碳固碳的重要解决方案,在实现“双碳”目标中发挥着重要作用。竹缠绕复合材料最大的优势是它减碳固碳,节能环保。彭仕国说,竹子在生长期间吸收二氧化碳,减碳;加工成管材后可继续稳定二氧化碳,固碳;不让竹子在山林里腐烂,环保;竹缠绕管道在加工生产过程中能耗极低,节能;使用竹缠绕复合材料可部分替代部分钢材、水泥等原材料,能明显减少矿产资源的开采,以及在加工生产过程中的二氧化碳排放量,提高了减碳固碳和节能减排的叠加效应。中国能源研究会能效与投资评估专业委员会测算结果显示,在相同的使用条件下,每生产1延长米直径为1米的竹缠绕复合管比螺旋焊管可节能4953.39兆焦;以每年1000万吨竹缠绕复合管与螺旋焊管相比计算,可节约粗钢4505万吨,可节约管道生产能耗6680亿兆焦,相应二氧化碳减排量5223万吨。竹缠绕复合材料生产全过程和运行过程能耗明显低于同行业传统材料。竹缠绕复合材料项目是中高会2018年度科技创新成果产业化推荐项目。国家节能中心2019年度国家节能典型案例:临沂市莒南县临港产业园区供水工程中,该项目供水管道长2.6千米,竹缠绕复合管口直径为1000毫米,工程投资616.44万元。与焊接钢管相比,该项目无需对管道进行防腐蚀处理,节约投资23%,工期缩短58%,可实现生产全过程节能422吨标准煤,减排二氧化碳945吨,节能减碳效果突出。此外,竹资源可再生,周期短、好培育。竹材生长过程具有较强的储碳能力。
国家林业和草原局竹缠绕复合材料工程技术研究中心主任叶柃说,根据中国现有竹资源及竹缠绕复合管的原料构成分析,每年生产1000万吨竹缠绕复合管需要2000万吨竹材,38.24亿株竹子,在8年周期内,比其自生自灭至少可多储碳15054万吨二氧化碳,相当于可形成二氧化碳封存量1881.6万吨。另外,竹缠绕复合材料还有抗形变能力强,使用寿命长,重量轻,综合造价低等优势。
针对行业特别关心的防火问题,彭仕国说,竹材料本身不防火,但竹缠绕复合材料分为内衬层、结构层和防护层三层结构,防火层添加了防火阻燃材料,让竹缠绕复合材料达到难燃B1级,即倒上汽油等易燃品进行燃烧,也难以烧着。竹缠绕复合材料的产业化进程竹缠绕复合材料自2007年开始研发,历经初始样品制作、检测、现场试用、新产品成果省级鉴定、试验性生产线研制、部级成果鉴定,再到产业化装备下线、产品制造示范工厂建设、产品行业标准及国家标准的颁布实施,多个相关部委对技术和项目的认可及背书等过程。到现在为止,竹缠绕复合材料已完成了一个新产业在开启产业化前的全部基础工作。竹缠绕复合材料的产业化进程大致可分为三个阶段:新技术研发阶段:2007年开始,竹缠绕复合材料开始技术研发,历经初始样品制作、检测。2009年,竹缠绕复合管开始现场试用。2011年,竹缠绕复合管进行了新产品省级鉴定并获得专家的一致好评。2013年,水利部组织在浙江、新疆、黑龙江开展复合管示范工程应用。2014年,竹缠绕复合管进行了部级成果鉴定,被专家评为技术达到国际领先水平。新产品大面积示范应用阶段:2015年,竹缠绕复合材料在湖北襄阳第一个生产基地建成投产。2018年,山东临沂管廊生产线建成投产。截至2021年年底,全国有8个生产基地建成投产。2018年4月,世界首条竹缠绕城市综合管廊在内蒙古自治区呼和浩特市元亨石墨产业园铺设成功。2019年11月,山西同煤快线(南中环)三标,2020年6月份,河南淅川县渠首大道使用了竹缠绕管廊。
山西大同管廊工程于2022年7月通过了住房城乡建设部建设行业科技成果评估。评委会一致认为:该项目意义重大,项目经济、社会、环境效益显著,具有重要的推广应用前景,在管廊建设领域的材质方面填补了空白,达到了国际领先水平。
竹缠绕复合材料在知识产权保护方面也取得明显成效。截至2021年年底,已申请国内外专利386件,授权专利290件,其中发明专利76件。产业化全面推广使用阶段:目前,2022年《竹缠绕复合管》GB/T37805—2019国家标准和《竹缠绕管廊》LY/T3202—2020行业标准已颁布实施。竹缠绕复合材料技术也已完成了从技术研发、示范应用到工业化生产的全过程,已具备在全国推广应用的基本条件。目前已有多个央企和地方大国企开始竹缠绕产业布局的前期工作,特别是今年5月,竹缠绕复合材料被列入《“十四五”生物经济发展规划》,规划指出,在生物环保领域,“促进竹缠绕复合材料技术发展,推动在城市综合管廊等基础设施建设中的示范作用。”竹缠绕复合材料的快速发展指日可待。
大规模推广应用面临的问题
彭仕国表示,竹缠绕复合材料产业的发展虽万事俱备,但还是有很多困难和问题。首先,对新材料技术的宣传力度不够,造成政府部门对竹缠绕复合材料技术认识不足,支持不到位。竹缠绕复合材料是利国利民、造福子孙后代的一项大产业,资源取之不尽用之不竭,可再生好培育,低碳环保,对支撑“双碳”目标的实现意义重大,但在进入市场前,离不开国家各部委和地方政府的重视、支持和引导。其次,相关设计机构和业主对新材料技术认识不够,不敢大胆使用新材料。尽管国家林业和草原局发布了《竹缠绕复合管》GB/T37805—2019国家标准和《竹缠绕管廊》LY/T3202—2020行业标准,部分设计机构和业主仍心存顾虑,担心有风险。第三,竹缠绕复合材料牵系面广,行业主管部门不清晰,使该产业推广应用有一定难度。他认为,竹缠绕复合材料源于竹林,应归国家林业和草原局,生产成产品后归工业和信息化部,产品应用领域又涉及住房城乡建设部、交通运输部、水利水电部、农业农村部等部委。
彭仕国认为,要想使竹缠绕复合材料这项新技术真正全面推广应用、发挥作用,国家相关部门要走到台前主导产业发展,出台如新能源汽车、新能源等产业专项政策。同时,国家层面须明确一个部委全面负责指导竹缠绕复合材料产业的发展。
推广竹缠绕复合材料的意义
彭仕国表示,竹缠绕复合材料是一种新型生物基材料,它可广泛应用于国家基础设施建设,如城市、水利水电、交通、国防建设等方面。充分利用好竹缠绕复合材料可减少高能耗产业比重,加速产业结构调整,缓解国家能源安全和环境问题,助力农民就业致富和乡村振兴,推动碳减排与碳中和的实现进程。作为竹材在新材料领域的创新产品,竹缠绕复合材料涵盖了竹林培育和竹材加工,具有明显的经济效益和社会效益。若将我国70%未利用的竹资源用于发展竹缠绕复合材料产业,则可带动550万农户,每户年均增收1.1万元。发展竹缠绕复合材料产业,不仅能促进农民增收,还能促进农村产业全面振兴。竹缠绕复合材料可部分替代钢铁、水泥、塑料等传统工业材料,从而有效减少钢铁、水泥、塑料等高耗能产品需求量,降低高耗能产业比重,优化工业内部结构。竹缠绕复合材料具有固碳、减碳、储碳的三重效应,对实现碳达峰与碳中和具有重要的推动作用。在目前化石能源消费占比仍高达85%的情况下,竹缠绕产品替代传统高耗能产品,可以为缓解能源安全问题开辟了一条新渠道。竹缠绕复合材料的应用能有效提升中国制造业的绿色化水平。作为一种新型生物基材料,竹缠绕复合材料可以参与到5G基站、轨道交通、数据中心、智能农业灌溉、水资源智慧管理等相关新型基础设施建设中,以其突出的绝缘性、耐腐蚀性、经济性及节能减碳等优势,为新基建的绿色低碳发展及高质量推进提供材料保障。

北京科教科学研究院院长、俄罗斯自然科学院可持续发展学部外籍院士唐坚表示,竹缠绕复合材料是中国自主研发、拥有完全知识产权的生物基材料,具备重量轻、强度高、可再生、低碳节能及绿色环保等众多优势,目前已在市政、交通、军工、水利及建筑等领域有大量应用,其产业链更是遍布一、二、三产业。在竹缠绕技术日益成熟的环境下,未来竹缠绕产业的产值将会超万亿,成为推动中国经济高质量发展的“新引擎”。与此同时,随着竹缠绕技术的推广普及,中国的“绿水青山”将会建设得更加美好,进而实现可持续发展目标。


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