碳纳米管如何从“贵”到“惠”

近日，从赢纳材料科技（镇江）有限公司（以下简称赢纳材料）传出消息，该公司研发的“甲醇/煤制碳纳米管联产低碳氢气”技术取得突破，将甲醇中的碳元素转化为高附加值碳纳米管，氢元素转化为氢气。与传统使用聚合级乙烯/丙烯原料相比，该技术将推动碳纳米管生产成本大幅下降，单台反应器年产能提升至千吨级，有望打开锂电池导电剂等万亿级下游应用市场。

30年“卡”在哪儿

“我们都知道碳纳米管好。”赢纳材料首席专家赵社涛说，“碳纳米管在1991年就被发现，强度是钢的百倍，导电导热性能卓越，被称为‘终极材料’。30多年过去了，它在高端锂电池导电剂领域站住了脚，但然后呢？”

这个疑问引出了碳纳米管产业的症结所在。赵社涛介绍，碳纳米管经历了从实验室热捧到产业化艰难的困境，论文发了上千篇，应用构想上百种，从芯片传感器到增强混凝土，前景一片光明。可一到市场上，为什么就是“叫好不叫座”？

“原因不复杂，就一个字：贵。”他说得直接，“现在碳纳米管粉体，一吨要卖到6万到50万元。”当前，碳纳米管产能规模较小，与炭黑、石墨、活性炭等相比，价格较高，只能用于高端领域。此外，碳纳米管的单台反应器产能多为百吨级，想扩大规模就得堆数量，投资和管理成本呈几何级数上涨。

把“贵”原料换成甲醇

既然原有的路越走越窄，能不能索性换条路走？“我们的想法很朴素，找最丰富、最便宜的碳源，那就是煤。而煤化工的成熟路径之一就是制成甲醇。”赵社涛说，这便是他们技术路线的起点。

“具体来说，我们把甲醇，或者用煤制成的合成气，通过自主研发的催化剂体系进行催化裂解。这是一个精准拆解的过程：甲醇里的碳原子，被组装成高价值的碳纳米管，像搭积木一样生长出来；氢原子则被释放，得到高纯度的氢气。”他强调，“最关键的是，这个过程几乎不产生二氧化碳。碳元素变成了固态产品，而不是以二氧化碳形式排放掉。”

原料路线的变革，带来的是成本降低。“工业甲醇来源广，储运方便、价格便宜。初步测算，我们仅原料成本就能降低60%以上。”赵社涛指出。

但仅有便宜的原料还不够，必须配上能“吃得下”这些原料的装备。2024年底，赢纳材料与贵州遵义聚源新材料公司合作建成的第三代工厂，建成了年产千吨级碳纳米管的单台反应器。

赵社涛解释道：“这意味着建设同样规模的产能，所需反应器数量能减少80%，所研发的新反应器融合了多种床型优势，能长周期稳定运行，并且能灵活调整参数，生产不同规格的碳纳米管产品。”

开启“新”应用时代

“碳纳米管的性能优于炭黑等传统碳材料，一旦成本降下来，碳纳米管将迎来在大型水电站大坝、水泥建筑等工程领域的应用新空间。”赵社涛分析，过去用不起的领域，比如高强混凝土，未来在关键桥梁、大坝中加入少量碳纳米管，寿命和安全性将得到质的提升。

对于这项技术的绿色属性，赵社涛介绍：“该工艺本身是低碳的，当我们以煤作为工艺起点时，副产的大量氢气可以回馈到前端的煤气化或合成气转化工序，用来调节合成气比例，从而大幅减少传统水煤气变换工序产生的二氧化碳。”

目前，赢纳材料已从催化剂、反应器到工艺包进行了全球专利布局，覆盖美、日、德等国家，从原料到装备再到产品，产业链的核心环节均实现自主可控。