Oggi, le microsfere di vetro cave ad alte prestazioni di Hainuo Technology sono state ancora una volta presentate nel *Science and Technology Daily* come un “Nuovo prodotto innovativo · chiave per la Cina”!
Essendo la prima azienda in Cina a possedere diritti di proprietà intellettuale indipendenti e a raggiungere una produzione su scala industriale, il processo di produzione proprietario di Hainuo Technology è riuscito a rompere con successo il monopolio internazionale, accelerando il ritmo della sostituzione interna.
Il testo completo del rapporto è riportato di seguito, invitandovi a testimoniare le formidabili capacità di questa impresa di “materiali leggeri cinesi”.
Recentemente, l’Amministrazione nazionale cinese per la proprietà intellettuale ha pubblicato l’“Elenco dei candidati per le imprese nazionali di dimostrazione della proprietà intellettuale (2025-2027)”, in cui figura Shanxi Hainuo Technology Co., Ltd. (di seguito denominata “Shanxi Hainuo”). Essendo la prima impresa nazionale a possedere diritti di proprietà intellettuale indipendenti e ad ottenere una produzione su scala industriale di microsfere di vetro cave ad alte prestazioni (di seguito denominate “microsfere cave”), il processo di produzione proprietario di Shanxi Hainuo ha sfondato i monopoli internazionali.
"Dopo più di un decennio di intensa ricerca e sviluppo, siamo riusciti a sviluppare con successo un processo di produzione per microsfere cave", ha spiegato Shen Pengzhan, presidente dell'azienda. “Le prestazioni globali delle microsfere cave prodotte utilizzando questo processo hanno raggiunto livelli avanzati a livello internazionale, con alcuni modelli leader a livello mondiale in indicatori chiave come la resistenza alla compressione e la distribuzione delle dimensioni delle particelle”.
Le microsfere cave sono sfere cave di dimensioni micron realizzate in vetro borosilicato alcalino-calcico; sono riempiti con un gas inerte, hanno una parete esterna estremamente sottile e sono estremamente leggeri ma allo stesso tempo altamente resistenti alla compressione. Trentotto milioni di microsfere cave pesano appena 1 grammo, con una resistenza alla compressione massima superiore a 180 megapascal. Grazie alle loro caratteristiche principali di leggerezza ma elevata resistenza, isolamento termico, resistenza alla corrosione e bassa costante dielettrica, le microsfere cave sono diventate un materiale chiave indispensabile nella catena industriale dei materiali compositi avanzati, con un'ampia gamma di applicazioni.
Materiali specializzati essenziali per l'estrazione petrolifera offshore
Recentemente, in una base operativa della China National Offshore Oil Corporation (CNOOC) nel Mar Cinese Meridionale orientale, i tubi di perforazione stavano avanzando in acque profonde oltre un chilometro. Gli operatori sul posto hanno spiegato che, una volta completata la perforazione, una sospensione di cemento contenente microsfere cave verrà iniettata nello spazio anulare tra il pozzo e la formazione rocciosa circostante, formando un anello di cemento a bassa densità e ad alta resistenza alla compressione che migliora la qualità della cementazione e garantisce la sicurezza dello sviluppo di petrolio e gas.
"Questa è una fase cruciale nell'esplorazione e nello sviluppo di petrolio e gas in acque profonde. Nella cementazione in acque profonde, l'uso di fanghi cementizi convenzionali ad alta densità può facilmente fratturare fragili formazioni del fondale marino, portando alla perdita di fluidi di perforazione", ha affermato Shen Pengzhan. “L’aggiunta di una certa proporzione di microsfere cave all’impasto liquido di cemento conferisce bassa densità ed elevata resistenza alla compressione, soddisfacendo i requisiti tecnici per la cementazione di pozzi offshore in acque profonde”.
Per molto tempo le microsfere cave utilizzate nell'estrazione petrolifera cinese hanno dovuto essere importate dall'estero. “Oltre il 75% della quota di mercato nazionale era monopolizzata da prodotti stranieri e le società straniere imponevano severi embarghi tecnologici, monitorando l’uso dei loro prodotti e imponendo la restituzione di materiali e scarti non utilizzati”, ha ammesso Zhao Huilong, segretario del consiglio di Shanxi Hainuo.
Nel 2015, Shanxi Hainuo ha ottenuto una svolta nella produzione di massa di microsfere cave, che sono state immediatamente fornite alle basi petrolifere offshore della China National Offshore Oil Corporation (CNOOC) in acque poco profonde. I volumi di fornitura sono aumentati di anno in anno da 80 tonnellate durante la fase di prova a centinaia e poi migliaia di tonnellate, espandendosi fino a coprire tutti gli intervalli operativi di profondità dell'acqua. Ad oggi, Shanxi Hainuo ha fornito oltre 10.000 tonnellate di microsfere cave, raggiungendo il 100% della fornitura di microsfere cave di vetro specializzate di CNOOC per operazioni di cementazione.
"Le microsfere cave che produciamo sono alla pari dei prodotti stranieri in termini di prestazioni, ma costano solo un terzo del prezzo delle importazioni", ha affermato Shen Pengzhan. “Ancora più importante, abbiamo ottenuto un controllo indipendente sulle tecnologie chiave nel campo dei materiali cementanti petroliferi offshore”.
Decine di migliaia di esperimenti per risolvere le sfide industriali
Nell'ottobre 2023, la China National Petroleum and Chemical Industry Federation ha certificato che la "tecnologia ingegneristica e l'applicazione di microsfere di vetro cavo per la cementazione del petrolio offshore" di Shanxi Haino aveva raggiunto un livello leader a livello internazionale.
Essendo un materiale ad alte prestazioni per la cementazione del petrolio offshore, la produzione su scala industriale di microsfere cave di vetro non è un’impresa facile. "Quando siamo entrati in questo campo, abbiamo dovuto affrontare il dilemma degli embarghi tecnologici stranieri e della mancanza di precedenti nazionali per l'industrializzazione; ci siamo trovati in una situazione di 'tre no': niente disegni tecnici, niente attrezzature già pronte e nessun talento specializzato", ricorda Shen Pengzhan. Ha finanziato la creazione di un team di ricerca e sviluppo, iniziando con una prova da 5 chilogrammi per elaborare il processo di produzione industriale.
Nel 2009, nello stabilimento Shanxi Hainuo, nel profondo delle montagne Taihang, il team di ricerca e sviluppo ha mescolato materie prime come il biossido di silicio in un impasto liquido e, dopo aver subito processi tra cui macinazione, omogeneizzazione e cottura, ha atteso la creazione delle microsfere cave. Quando il forno di sferizzazione ad alta temperatura veniva prima acceso e poi raffreddato, il risultato era una pila di microsfere di vetro solide o agglomerate. “Passare dalla sperimentazione alla produzione industriale, tradurre la ricerca in risultati pratici non è più facile della ricerca teorica”, ha affermato Shen Pengzhan. "Anche la minima deviazione nel rapporto delle materie prime per le microsfere cave può portare a prodotti finali molto diversi; se la temperatura di sinterizzazione è solo di pochi gradi Celsius più alta, la struttura cava potrebbe collassare."
Pile di quaderni ingialliti contenenti dati sperimentali si alzavano in alto, mentre pile di prodotti difettosi pesavano pesantemente sul loro umore. Attraverso ripetuti test e aggiustamenti dei parametri, passando da prove su piccola scala a prove su larga scala e decine di migliaia di tentativi ed errori, il team di ricerca e sviluppo, attraverso un duro lavoro, ha identificato tutti i dati chiave e i processi necessari per la produzione industriale di microsfere cave entro il 2012: preparazione di un impasto liquido multicomponente di materia prima, formazione di corpi verdi tramite granulazione a spruzzo di precisione e quindi rafforzamento istantaneo in perle utilizzando una fiamma ad alta temperatura.
Tuttavia, la svolta nel processo di produzione è stata solo il primo passo. Le decine di attrezzature specializzate necessarie per la produzione di microsfere cave non erano allora disponibili in Cina; tutto, dall'attrezzatura per l'essiccazione al forno di pellettizzazione, doveva essere sviluppato internamente. Per un singolo essiccatore personalizzato, il team di ricerca e sviluppo si è recato fino a Jiangsu, collaborando con i tecnici del produttore per perfezionare il prototipo sei o sette volte prima di raggiungere il successo. "Essendo l'elemento centrale dell'attrezzatura, il forno di pellettizzazione doveva essere in grado di controllare con precisione la fiamma nell'intervallo 600-1.000 °C per garantire che le microsfere cave passassero attraverso la fiamma in modo uniforme", ha affermato Zhao Huilong. "Abbiamo elaborato i progetti di progettazione e guidato un produttore del sud attraverso il processo di produzione; ci sono volute decine di cicli di revisione prima di produrre finalmente un forno che soddisfacesse le nostre specifiche."
Partendo da zero e ampliandosi gradualmente, Shanxi Haino è passato da prove su piccola scala che coinvolgono centinaia di chilogrammi, e poi a prove pilota su scala di tonnellate, adottando un approccio di “espansione graduale” per affrontare sfide come l’adattamento delle apparecchiature per le microsfere cave e la stabilizzazione dei processi uno per uno. Nel 2015, Shanxi Haino ha creato la prima linea di produzione industriale della Cina e nel 2023 ha completato l'unica linea di produzione del paese su scala metrica di 10.000 tonnellate.
Avanzando nell'oceano blu delle applicazioni della microsfera cava
"Il parco industriale di nuovi materiali per microsfere cave ad alte prestazioni di Hainuo che stiamo costruendo nella zona di sviluppo economico di Gaoping, nello Shanxi, è stato incluso nell'elenco dello Shanxi dei progetti chiave a livello provinciale per quest'anno. Con l'assistenza delle autorità competenti, il terreno per il progetto è stato assicurato. Stiamo attualmente finalizzando le procedure preliminari, come la valutazione dell'impatto ambientale e la valutazione dell'efficienza energetica, e la costruzione inizierà a breve", ha affermato Zhao Huilong.
Quest'anno Shanxi Hainuo investirà 750 milioni di yuan nella costruzione del parco industriale, che ha una capacità produttiva progettata di 30.000 tonnellate e che dovrebbe essere completato e messo in funzione l'anno prossimo. "La nostra attuale capacità di produzione annuale è pari a 15.000 tonnellate; con l'aggiunta di queste 30.000 tonnellate, il parco industriale diventerà la più grande base di produzione intelligente al mondo per microsfere cave", ha affermato Zhao Huilong. Ha aggiunto che una volta completato il parco industriale, le microsfere cave non saranno utilizzate solo nell'estrazione del petrolio, ma si prevede che troveranno applicazioni anche in settori come l'aerospaziale e l'elettronica.
A tal fine, Shanxi Hainuo ha istituito un quadro di ricerca e sviluppo comprendente “alleanze – istituti di ricerca – centri di ingegneria – postazioni di lavoro”, formando una matrice completa industria-università-ricerca-applicazione che copre la ricerca fondamentale, la trasformazione ingegneristica e il supporto industriale, facendo così avanzare continuamente l’innovazione nella ricerca e nello sviluppo delle microsfere cave.
Le microsfere cave dello Shanxi Hainuo si stanno espandendo in campi come l'intelligenza artificiale, i semiconduttori, l'economia a bassa quota e l'edilizia moderna. “Abbiamo inoltre sviluppato nove nuovi prodotti che fanno il loro debutto sul mercato, tra cui materiali solidi di galleggiamento a microsfere cave, materiali compositi lavorabili in poliuretano simili al legno e microsfere di vetro cave ad alte prestazioni con dimensioni ridotte delle particelle e bassa costante dielettrica appositamente progettate per applicazioni 5G”, ha affermato Shen Pengzhan. Ha aggiunto che diversi prodotti sono stati convalidati per applicazioni su larga scala da aziende leader in più settori, servendo direttamente clienti come BYD e China Aerospace Science and Industry Corporation.
Shanxi Haino è un'impresa "Specializzata, raffinata, unica e innovativa" (SRUI) a livello statale specializzata nella produzione di microsfere cave, con l'obiettivo di "diventare un'impresa leader a livello mondiale nei nuovi materiali per microsfere". Shen Pengzhan ha dichiarato: 'Intendiamo continuare ad approfondire la nostra esperienza nel campo dei nuovi materiali a microsfere cave, ponendo così solide basi di nuovi materiali per la sicurezza delle industrie strategiche della nazione!'
Fonte: Scienza e tecnologia quotidiana
Il tuo messaggio deve contenere da 20 a 3000 caratteri!
