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石墨烯要打敗石油烴?
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石墨烯作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度巨大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能極強(qiáng)的一種新型納米材料,依靠其得天獨(dú)厚的物理性能,被應(yīng)用到儲(chǔ)能技術(shù)、柔性顯示器等多種領(lǐng)域。當(dāng)看到石墨烯理療、電熱防彈服裝、高導(dǎo)電涂料等產(chǎn)品時(shí),會(huì)讓人認(rèn)識(shí)到一個(gè)不可回避的事實(shí):如果石墨烯的應(yīng)用徹底實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化,它將和石油一樣成為覆蓋我們生活各個(gè)層面的重要原料之一。
更為吃驚的是石墨烯在鋰離子電池及超級(jí)電容器領(lǐng)域?qū)⒛芡卣钩龅膹V闊空間:充電幾分鐘續(xù)航幾百公里的“超級(jí)電池”一旦解決了成本問題,大規(guī)模地應(yīng)用到電動(dòng)汽車上,在街道上奔跑的汽車還有理由再使用汽柴油嗎?新型電動(dòng)汽車將成為主流。憑此一點(diǎn),石墨烯就要打敗石油烴的論調(diào)讓人們?cè)跒橹袞|的石油富豪們擔(dān)心的同時(shí),也為石油產(chǎn)業(yè)的未來捏了一把汗。
烴類化合物即碳?xì)浠衔?,在石油中占絕大部分,約幾萬種。石油的商業(yè)化應(yīng)用主要是對(duì)石油中各種烴類物質(zhì)的加工和利用。目前,石油商業(yè)化開采與應(yīng)用已經(jīng)有100多年的歷史。它不僅為空中的飛機(jī)、火箭,水中的輪船、潛艇,道路上的汽車、坦克提供動(dòng)力,也是加工生產(chǎn)許多化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品如服裝、農(nóng)藥、輪胎、化肥和塑料等不可或缺的原料,石油已經(jīng)有力地支撐起現(xiàn)代社會(huì)的文明進(jìn)程。沒有人能想象出,如果沒有了石油,我們的生活會(huì)是什么樣子。
但石墨烯來了,憑借政策支持、應(yīng)用廣泛等多方面的優(yōu)勢(shì)正在迅速崛起。中國(guó)石墨烯協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)李義春在2015年3月對(duì)媒體宣稱——2015年將成為中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的元年。按他的說法一直推演下去,石墨烯在并不遙遠(yuǎn)的將來就能成為能源領(lǐng)域最受歡迎的寵兒。
在我國(guó),石墨烯確實(shí)有很多理由成為給現(xiàn)代生活帶來巨大改變的新型材料。
——石墨儲(chǔ)量世界第一。據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)資料,目前我國(guó)晶質(zhì)石墨儲(chǔ)量為3085萬噸,基礎(chǔ)儲(chǔ)量5280萬噸;隱晶質(zhì)石墨儲(chǔ)量1358萬噸,基礎(chǔ)儲(chǔ)量2371萬噸,我國(guó)石墨儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的 70%以上。如此豐厚的石墨資源,為我國(guó)石墨烯的提煉與研發(fā)創(chuàng)造了條件。
——政策支持力度巨大。國(guó)家在“十二五”規(guī)劃中明確將包括石墨烯在內(nèi)的新材料列為重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè);《<中國(guó)制造2025>重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》等多個(gè)重要文件對(duì)石墨烯中長(zhǎng)期發(fā)展進(jìn)行了部署;國(guó)家發(fā)改委、工信部、科技部于2015年年末下發(fā)了《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》,以促進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展;包括《新材料“十三五”規(guī)劃》在內(nèi)的多個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)支持政策……這些政策的核心是推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)在“十三五”期間實(shí)現(xiàn)突破,逐步形成產(chǎn)業(yè)集群。
——科技研發(fā)投入巨大。目前全球已有超過200個(gè)機(jī)構(gòu)和數(shù)千名研究人員從事石墨烯研發(fā)。我國(guó)同樣不甘落后,國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)已經(jīng)陸續(xù)撥款超過3億元資助石墨烯相關(guān)項(xiàng)目;成立了中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟,對(duì)石墨烯技術(shù)路線、標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略、專利布局、國(guó)際合作和產(chǎn)業(yè)促進(jìn)進(jìn)行支持和合理引導(dǎo);中國(guó)在石墨烯研發(fā)上已申請(qǐng)超過2200項(xiàng)專利,占世界該領(lǐng)域各類專利的三分之一。
——市場(chǎng)前景十分廣闊。隨著大尺寸和批量化生產(chǎn)難題的破解,石墨烯的產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2016-2021年中國(guó)石墨烯行業(yè)深度市場(chǎng)調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》,預(yù)計(jì)到2020年,石墨烯全球市場(chǎng)值1.49億美元,2014-2020年年復(fù)合增長(zhǎng)率是44%,整個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)的總體規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)新突破。
另外,石墨烯所支持的各類產(chǎn)品大多以環(huán)保性能優(yōu)異而備受稱道。如此看來,似乎石墨烯真的有不可同日而語的優(yōu)勢(shì),打敗石油只是時(shí)間長(zhǎng)短的問題。但我們的答案是否定的,石墨烯確實(shí)很新潮、很強(qiáng)大,但和技術(shù)更成熟、商業(yè)化應(yīng)用更廣泛的石油烴相比,石墨烯還是個(gè)“小兄弟”,想要登堂入室,取而代之,在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)可能性并不大。理由有三:
一是石墨烯技術(shù)的研發(fā)大多還只處于起步階段。不管是8秒鐘充電的手機(jī)電池,還是超級(jí)汽車鋰電池,眾多的研發(fā)成果都沒有真正走出實(shí)驗(yàn)室,形成產(chǎn)業(yè)并進(jìn)入到商業(yè)化應(yīng)用階段還需要克服諸多技術(shù)難題,一段很漫長(zhǎng)的里程在等著石墨烯。
二是商業(yè)化應(yīng)用必須破解成本的難題?!恫t望》周刊2015年第7期發(fā)表題為《石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路有多遠(yuǎn)》的文章稱:“資本市場(chǎng)將石墨烯過度渲染為引領(lǐng)第三次產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵材料,卻未對(duì)當(dāng)前應(yīng)用石墨烯的低投資回報(bào)率問題給予重視甚至有意回避,導(dǎo)致現(xiàn)階段石墨烯的產(chǎn)業(yè)地位被夸大。”在原油價(jià)格每桶低于40美元的今天,如果以石墨烯為添加材料的新能源汽車電池不能解決成本問題,它就無法走向大眾,其應(yīng)用前景很難得到市場(chǎng)大規(guī)模的認(rèn)可。
還有一點(diǎn),即使研發(fā)出了對(duì)我們的生活起到革命性作用的石墨烯產(chǎn)品,其取代石油的可能性也很小。我們今天使用的能源中有35%都由石油提供;地球上95%以上的運(yùn)輸工具——從轎車到卡車,從貨輪到噴氣式客機(jī)——都以石油煉制品為燃料。石油科技給予人們的信任與依賴,已經(jīng)深入到大眾的生活之中,想要進(jìn)行某種替換,絕非易事。況且,在石墨烯科技進(jìn)步的同時(shí),石油科技也在飛速發(fā)展,石油產(chǎn)品的清潔度與適用性都在不斷提高,用戶體驗(yàn)的舒適感與信任也在增強(qiáng)。
誠(chéng)然,石墨烯在動(dòng)力電池復(fù)合材料研發(fā)等領(lǐng)域,有著不可限量的發(fā)展前景,甚至有可能與石油分庭抗禮,并分到半壁江山,但是在醫(yī)藥、服裝、航空等諸多領(lǐng)域,石油產(chǎn)品仍然有著成本較低、技術(shù)成熟、安全性好的優(yōu)勢(shì),其主導(dǎo)地位在可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)無法撼動(dòng)。
石墨烯的驚艷出世,確實(shí)帶給人們很多驚喜和期待。但與其相信一些媒體唱衰石油,不如期待石油與石墨攜手共進(jìn),因?yàn)樗鼈兏饔兴L(zhǎng),也應(yīng)當(dāng)各展所長(zhǎng)。石墨烯與石油烴的對(duì)抗,本身就是一個(gè)偽命題。目前的石墨烯研發(fā)已經(jīng)印證了這一點(diǎn),中國(guó)首款石墨烯發(fā)動(dòng)機(jī)油節(jié)能改進(jìn)劑“碳威”,其作用就是添加到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中,在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦副表面形成一層碳原子層保護(hù)膜,并產(chǎn)生很多納米球體,大幅降低摩擦系數(shù),平均節(jié)省7%~8%燃油。在這樣的研發(fā)過程中,石墨烯并沒有企圖替代石油,而是團(tuán)結(jié)協(xié)作,相得益彰,成為它的好助手。
石墨與石油一樣,都是不可再生資源。人類有智慧讓二者各司其職,共同為現(xiàn)代文明服務(wù)。如果一種資源一出現(xiàn)就迅速地代替另一種資源,這不僅會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)浪費(fèi),也是對(duì)為我們提供生存能量的自然資源的不敬。