Инновации меняют мир
На фоне задач достижения пика углеродных выбросов и углеродной нейтральности, а также глобальных обязательств по декарбонизации цепочек поставок в разных отраслях укрепляется общее понимание: реальная устойчивость зависит не только от очистки и обезвреживания уже образовавшихся загрязнений, но и во всё большей степени от инноваций, позволяющих уменьшать воздействие у самого источника.
Теплоизоляционные материалы — одна из областей, вклад которых в энергоэффективность долгое время недооценивался. От пуховиков до зданий, от электромобилей до промышленных трубопроводов — характеристики теплоизоляции могут существенно влиять на общее энергопотребление.
Y-Warm — гибкий теплоизоляционный материал с закрытоячеистой структурой и наноразмерными элементами, разработанный компанией Y-Warm Technologies Co., Ltd. за восемь лет исследований и разработок. Подход, основанный на структуре материала и эффективности ограничения теплопередачи, открывает новые возможности для создания более ресурсосберегающих и экологически устойчивых теплоизоляционных решений.
I. Новый уровень характеристик: от увеличения толщины к повышению эффективности теплоизоляции
На протяжении значительной части истории теплоизоляции традиционные материалы удерживали неподвижный воздух и снижали теплопередачу благодаря своей толщине и объёмности. Люди начали выращивать хлопок тысячи лет назад, тогда как синтетические теплоизоляционные материалы появились гораздо позже, с развитием современных полимерных технологий. Несмотря на значительный прогресс в области материалов и производства, основной принцип многих традиционных решений оставался практически неизменным: создать достаточный объём для удержания прослоек неподвижного воздуха.
Этот подход предполагает очевидный компромисс: для улучшения теплоизоляции нередко требуется больше материала, а также увеличение толщины, объёма или массы.
Y-Warm предлагает иной подход.
Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) показывает внутри материала закрытоячеистую структуру, напоминающую соты. Толщина стенок ячеек составляет приблизительно 20–280 нм, диаметр пор — около 30–190 мкм, доля закрытых ячеек превышает 95 %, а эффективная пористость — 96 %.
В пористых теплоизоляционных материалах ограничение движения газа внутри пор играет важную роль в подавлении теплопередачи. Структура Y-Warm с высокой долей закрытых ячеек помогает ограничивать внутреннюю конвекцию воздуха, а чрезвычайно тонкие стенки ячеек уменьшают перенос тепла через твёрдую фазу. В совокупности эти особенности позволяют достигать коэффициента теплопроводности около 0,020 Вт/(м·К), что относит Y-Warm к высокоэффективным теплоизоляционным материалам.
Преимущества особенно заметны в практических применениях. При заданных условиях испытаний Y-Warm марки YW-01 толщиной всего 0,7 мм может повышать ощущаемую температуру при ношении одежды приблизительно на 10 °C. В сравнительных испытаниях обуви, проведённых третьей стороной, Y-Warm продемонстрировал теплоизоляционные характеристики, сопоставимые с характеристиками известных традиционных теплоизоляционных материалов, при приблизительно вчетверо меньших массе и толщине.
Это меняет подход к оценке эффективности теплоизоляции: акцент смещается с поверхностной плотности, толщины и объёмности на собственные теплоизоляционные характеристики материала.
II. Снижение потребления ресурсов и углеродных выбросов: меньше материала — потенциально меньшее воздействие
Экологический след материала тесно связан с его количеством, необходимым для выполнения определённой функции. Если сопоставимую теплоизоляцию можно обеспечить меньшим количеством материала, появляются возможности для сокращения потребления ресурсов на протяжении всего жизненного цикла изделия.
В тех применениях, где Y-Warm обеспечивает сопоставимую теплоизоляцию при массе и толщине, составляющих приблизительно четверть соответствующих показателей традиционных материалов, расход материала потенциально может быть сокращён до 75 %.
Такое сокращение достигается у источника — за счёт уменьшения исходной потребности в материале, а не только благодаря переработке после окончания срока службы. Использование меньшего количества материала может снижать потребность в сырье, а также энергозатраты и связанные с ними выбросы при добыче, транспортировке и переработке сырья, производстве и последующей логистике.
Для теплоизоляционной отрасли, традиционно во многом опиравшейся на объём и толщину материалов, переход от увеличения количества материала к повышению его эффективности представляет собой ещё один потенциальный путь снижения углеродных выбросов.
На производственном уровне Y-Warm также использует технологический процесс, отличающийся от традиционного производства аэрогелей. Аэрогели обычно получают золь-гель-методом с последующей специализированной сушкой, тогда как Y-Warm производится посредством полимеризации в водной системе. Такой подход создаёт возможности для сокращения использования и выделения летучих органических растворителей в процессе производства.
Основной принцип прост: по возможности экологическое воздействие следует уменьшать уже на этапе проектирования технологического процесса, а не только устранять последствия после образования загрязняющих веществ или выбросов.
III. Один материал — множество применений: системная эффективность универсальной материальной платформы
В теплоизоляционной отрасли традиционно используются системы материалов, разработанные для конкретных областей применения. В одежде распространены пух и синтетические волокнистые утеплители; в строительстве — минеральная вата и вспененный пенополистирол; для промышленных трубопроводов могут применяться аэрогелевые маты и другие специализированные теплоизоляционные системы; в снаряжении для активного отдыха используются разнообразные волокнистые и ячеистые материалы.
В результате разные отрасли часто формируют собственные системы материалов, методы обработки, производственное оборудование, исследовательские программы и цепочки поставок.
Y-Warm рассчитан на эксплуатацию в диапазоне температур приблизительно от −50 до 150 °C и имеет потенциальные применения более чем в 20 отраслях, включая производство одежды, обуви, палаток и постельных принадлежностей, автомобилестроение, строительство и другие области теплоизоляции. На ключевую технологию также получены международные патенты.
С промышленной точки зрения использование общей материальной платформы в различных сценариях применения может обеспечивать более широкие преимущества. Оно способно помочь распределять инвестиции в исследования и разработки между большим числом продуктов, упрощать номенклатуру материалов, снижать зависимость от узкоспециализированных теплоизоляционных решений и повышать гибкость цепочек поставок.
Поэтому ценность такого платформенного материала выходит за рамки отдельного показателя эффективности. Его более широкое значение заключается в возможности повышения системной эффективности сразу в нескольких отраслях и областях применения.
IV. Логистика и складирование: дополнительные преимущества снижения массы
Благодаря поверхностной плотности приблизительно 38–70 г/м² в зависимости от марки материала Y-Warm может обеспечивать дополнительные преимущества на последующих этапах цепочки поставок за счёт снижения массы.
В глобальных цепочках поставок транспортировка и складирование являются существенными источниками как затрат, так и экологического воздействия. Поэтому уменьшение массы и объёма материалов, необходимых для достижения заданного уровня теплоизоляции, может приносить пользу за пределами самого материала. В этом смысле снижение массы — не только преимущество с точки зрения характеристик изделия. Его эффект может распространяться на всю цепочку поставок: от транспортировки и хранения до обработки и окончательной сборки.
Логистика. Меньшие масса и объём материала могут повышать эффективность перевозок и потенциально снижать энергопотребление и связанные с ним углеродные выбросы в расчёте на единицу обеспечиваемой теплоизоляции.
Складирование. Более компактные материалы занимают меньше места, помогая эффективнее использовать складские площади и потенциально сокращать сопутствующие эксплуатационные и энергетические затраты.
Производство. Более лёгкие и тонкие исходные материалы могут упрощать перемещение и обращение с ними, уменьшать объём материалов на производственных линиях и способствовать повышению производственной эффективности.
V. Окончание срока службы: уменьшение нагрузки от отходов у источника
Экологическое воздействие теплоизоляционных материалов не заканчивается в момент выхода изделия с завода. После завершения срока службы изделия количество и объём теплоизоляции также влияют на потребности в сборе, транспортировке, переработке, сжигании и окончательном удалении отходов.
Традиционные теплоизоляционные изделия могут быть объёмными и образовывать значительные объёмы отходов по окончании срока службы. Обеспечивая высокие теплоизоляционные характеристики при меньшем количестве материала, Y-Warm потенциально способен уменьшать массу и объём теплоизоляции, поступающей в системы обращения с отходами.
Это отражает принцип, лежащий в основе его потенциала для устойчивого развития: уменьшать экологическую нагрузку за счёт сокращения исходной потребности в материале.
Заключение. Устойчивое развитие через принцип «меньше»
С момента запуска проекта в 2013 году, через успешную лабораторную разработку в 2017 году и до начала массового производства в 2021 году Y-Warm последовательно стремился к простой, но важной цели: обеспечивать более эффективную теплоизоляцию меньшим количеством материала.
Меньше сырья.
Меньше масса.
Меньше толщина.
Меньше места для хранения.
Меньше отходов.
Когда повышение эффективности использования материалов снижает одновременно экологическое воздействие и эксплуатационные затраты, устойчивое развитие уже не обязательно воспринимать исключительно как дополнительные расходы. Оно может стать естественным результатом более совершенных инженерных решений.
С этой точки зрения ценность Y-Warm для устойчивого развития заключается не просто в уменьшении толщины или массы теплоизоляции, а в демонстрации более широкого принципа снижения углеродных выбросов в промышленности:
Самым эффективным материалом в конечном счёте может оказаться тот, который позволяет использовать меньше.
