對微波加熱持懷疑態度的人說，這行不通——總部位于大阪的微波化學公司說，它已經做到了——并繼續推進其基于模擬的技術，以減少制造業的 能源使用和排放。

　　

　　

　　

　　化學公司已將其微波加熱技術應用于碳纖維生產，據報道，該公司將能源使用量減少了50%，二氧化碳減少了90%

　　

　　微波化學公司（MWCC，日本大阪）成立于2007年。該公司目前有60名員工，其使命是創新化學工業，并利用其微波技術徹底改變制造業，以“創造一個我們從未見過的世界”。

　　

　　

　　

　　微波化學公司（MWCC）已經與世界頂級化學公司（如巴斯夫（#1）、 三菱化學（#11）、住友化學（#19）、三井化學（#29））以及開創可持續材料的公司（如 Taiyo Kagaku Co.、Futamura Chemical）和 PeptiStar， 該公司生產用于治療癌癥、糖尿病、艾滋病毒和其他免疫疾病的肽類藥物。

　　

　　在過去的15年里，MWCC與世界頂級化工公司以及可持續材料和工藝領域的先驅合作，證明其微波技術 與當前基于化石燃料的工業系統相比，可減少高達70%的能源使用、高達90%的加熱時間和高達80%的設備占地面積。

　　

　　2022年11月，MWCC宣布，其基于微波的Carbon MX技術將在生產環保碳纖維的中試生產線上進行演示。該示范設施將于2023年12月在合作伙伴三井化學（日本東京）名古屋工廠內建成。

　　

　　對綠色碳纖維的需求

　　

　　Carbon MX 的開發確實是及時的。正如Dowty Propellers（英國格洛斯特）高級復合材料工程師James Trevarthen 在CW2022巡演文章中所解釋的那樣，“碳纖維的生產是我們產品總體上最大的能耗步驟。我們正 在與包括Teijin（日本東京）在內的供應商合作，盡可 能減少碳纖維對環境的影響。”

　　

　　弗勞恩霍夫環境 、 安全和能源技術研究所 (UMSICHT，Oberhausen，Germany)在2019年CW關于再生碳纖維的一篇文章中引用了這篇文章，該研究發現，生產一公噸碳纖維會排放29.45公噸二氧化碳。在最近對Hexagon Purus（挪威奧斯陸）首席執行官Morten Holum的采訪中，這個問題得到了進一步的強調， 一家用于儲存氫氣的碳纖維復合材料壓力容器的生產商：“碳纖維必須以更可持續的方式生產。我們都有 ESG （環境、社會、治理）作為一家清潔能源解決方案公司， 我們致力于盡可能實現可持續發展。在我們的產品中， 碳纖維是能源和減排方面最具挑戰性的成分。作為碳纖維消費者，我們需要一種碳強度（二氧化碳排放量）顯著降低、前體更可持續的產品。制造商還需要開發一種成本較低的制造方法。所有碳纖維制造商都將越來越感受到這種壓力，要求其更加可持續，因為這是全球的當務之急。”

　　

　　微波化學公司的歷史

　　

　　巖尾吉野(Iwao Yoshino)是微波化學公司的首席執 行官和創始人。吉野出生于大阪，大學畢業后被三井株式會社聘用。他被分配到化學品部，主要從事石化產品貿易。后來，他離開三井，在美國加州大學伯克利分校 獲得MBA學位。吉野位于硅谷附近，他看到了風險投資公司如何通過將新技術商業化而產生全球影響。

　　

　　獲得MBA學位后，吉野在西雅圖一家支持環保和 能源初創公司的公司工作。從這些經驗中，他開始制定戰略，通過基于商業的解決方案影響全球能源和環境問題。

　　

　　吉野回到日本，并在2006年認識了大阪大學工程 研究生院的微波研究員Tsukahara Yasunori。他們于2007年共同創立了 MWCC，用化工廠和食品廠的廢油生產生物柴油。然而，在這樣一個保守的行業中，應用微波 處理等新技術并不容易被接受。MWCC意識到，它必須建造自己的微波化工廠來證明這項技術的有效性。該公 司在2014年做到了這一點，并增加了項目合作伙伴。

　　

　　15年后，MWCC于2022年6月在東京證券交易所 創業板成功完成 IPO。吉野說：“電動制造和移動據說是碳中和的關鍵。” “隨著我們公司的微波技術平臺現已成熟，重要的是我們要發展壯大，以建立能夠為世界環境和能源問題提供這些解決方案的企業。”

　　

　　替代加熱、碳纖維生產線

　　

　　微波加熱在碳纖維制造中的潛力并不新鮮。2014年， CW報道了UHT Unitech（臺灣鐘離）的微波技術，與傳統工藝相比，生產T800或T1000 級纖維的能量減少了30%，工藝時間減少了50%，成本降低了15-30%。

　　

　　什么是傳統的碳纖維工藝？根據CW公司 2008 年 關于碳纖維制造的底漆和其他來源，該工藝從首先在富 氧環境中穩定的 PAN（聚丙烯腈）前體開始——在200- 300°C下氧化通常需要 30-120 分鐘。隨后的碳化可能需 要長達 30-40 分鐘，但大多數較新的生產線只需要幾分 鐘，纖維就可以通過低溫（700-800°C）和高溫（1200- 1500°C）烘箱/熔爐，這兩個烘箱/熔爐都充滿了惰性氣體（如氮氣）。一條典型的生產線可以使用 4-6 個烤箱。控制放熱、溫度、張力和其他參數是確保高質量碳纖維 具有所需拉伸模量、強度和破壞應變的關鍵。

　　

　　等離子體化學是碳纖維制造的另一種節能替代品。雖然等離子體通常被認為是非常熱的，比如在恒星中， 但也有冷等離子體，它可以在室溫下工作。4M Carbon Fiber（美國田納西州諾克斯維爾）在其等離子體氧化技 術中使用的正是這種等離子體，據4M報道，與傳統的熱空氣氧化相比，這種等離子體可以節省高達75%的能源消耗（kWh/kg纖維），并在專有的增強化學和新穎的硬件和工藝設計的幫助下將產量提高 300%。2020 年， CW 報道稱，沙特阿美技術公司（沙特阿拉伯達蘭）將 進行包括微波和等離子體加熱在內的研究，以及旨在將碳纖維制造成本降低50%的新型前體。

　　

　　迪肯大學（澳大利亞吉隆）的專利技術——由 LeMond Carbon（美國田納西州橡樹嶺）授權——也可 以實現快速氧化，但不能通過微波或等離子體加熱。相反，它添加了1到2分鐘的無氧前體預穩定階段，可以 將隨后的氧化/穩定減少到15分鐘，然后進行3分鐘的碳化。迪肯24K纖維試驗線的第三方審計證實了這種短的氧化時間，其性能與東麗（日本東京）T300 纖維相當 ——273千兆帕斯卡拉伸模量、3.5千兆帕斯卡抗拉強度和1.5%的失效應變。這些性能并沒有完全達到 Toray T700S標準模量12K纖維的性能，該纖維是壓力容器和 一些航空航天應用的基準。更準確地說，迪肯大學的纖維超過了T700S模量（273對230千兆帕斯卡），但低于4.9千兆帕斯卡的拉伸強度和2.1%的失效應變。然而，迪肯大學和LeMond Carbon聲稱，每公斤輸出纖維的資本支出減少了75%，能耗減少了70%。對于由模量驅動且不需要如此高的抗拉強度的應用，這是非常值得追求的。

　　

　　Carbon MX微波技術

　　

　　MWCC首席執行官吉野說：“我們在氧化和碳化過 程中都使用微波加熱。” “使用我們的Carbon MX 技術需要新的碳纖維制造設備，但與物理足跡小得多的傳統 碳纖維生產線相比，其能源使用量約為50%。資本支出也小得多。”

　　

　　吉野說：“我們已經在實驗室規模和我們工廠的第一條試驗線上展示了這種碳纖維生產方法。” “現在， 我們正在與三井化學合作，在他們的工廠安裝一條更大 的第二階段試驗線。”這條示范生產線將耗資20億日元 （1400 萬歐元）。MWCC目前無法透露其產能。請注意，這一成本幾乎比 Leonardo（意大利羅馬）和MAE（意大利佛羅倫薩）（PAN 前體生產線專家）建造 的碳纖維中試線低20%。這條耗資 1700 萬歐元的常規 生產線位于意大利皮亞琴察，計劃于2022年第二季度 開始生產，預計年產能為30公噸PAN前體和12.5公噸碳纖維，每年運營250天。

　　

　　相比之下，目前碳纖維生產的領導者東麗（日本東京）于2022年11月宣布，其歐洲部門將投資 1 億歐元， 在其位于法國拉克的工廠建造一條新的 1000 噸/年碳纖維生產線。一個200 x 30米的新大廠房計劃于2023年年中開始施工，兩年后開始生產，這是新碳纖維生產上 線的典型時機。如果這個設施只需要該空間的 1/5，并且二氧化碳排放量減少 90%。