2013年6月4-5日，美国能源部（DEO）下属的再生能源与能效办公室（EERE）在汽车城底特律举办了一场国际研讨会。会议以服务汽车轻量化为出发点，探讨了可再生、低成本碳纤维的研发和制造。参加会议的既有产业界的精英，也有学术界的权威专家。会议的主要议题包括如何寻找合适的可再生前驱体、如何将其应用于碳纤维生产并最终服务于汽车轻量化。

清洁能源生产动议书

    美国能源部2013年7月间发布清洁能源生产动议书（Clean Energy Manufacturing Initiative），旨在提升美国在清洁能源生产领域的国际竞争力，进而借此提升美国制造产业的国际竞争力。该动议书由EERE下属的清洁能源技术办公室（Clean Energy Technology Office）和先进制造技术办公室（Advanced Manufacturing Office）负责具体操作，汇集了大批的产业界、学术界和政界的人员并机构，为美国制造业赢得未来市场的主动权谋划蓝图、制定战略。

    为提升该动议书的影响力，美国能源部举办了一系列的座谈会、研讨会、咨询会，投资说明会等活动。作为系列会议之一，由能源部下属生物能源技术办公室（Bioenergy Technologies Office）与先进制造技术办公室（Advanced Manufacturing Office）、汽车技术办公室（Vehicle Technologies Office）合作举办了“汽车轻量化——可再生的低成本碳纤维制造”研讨会。研讨会的目的在于利用EERE及其下属各办公室的资源和专业优势，推动美国国内低成本碳纤维整个供应链条的技术进步，进而提升能源利用效率，提振美国制造业的国际竞争力。

    生物质资源—生物质中间体（糖类、木质素等）—丙烯腈前驱体（氨基酸、SHP等）—丙烯腈—聚丙烯腈—碳纤维—碳纤维汽车零部件

生物能源技术办公室（Bioenergy Technologies Office）

    找到成本适宜、加工技术成熟的原材料（feedstock），并建立灵活稳定的供应链条是制造业成功的关键。对于碳纤维制造业来说，生物质资源（Biomass）充分满足上述条件，是一种可用以商业化运作的低成本原材料。在美国使用的所有可再生能源中，生物质能源毫无疑问是产量最大的一个。美国拥有世界上最大的耕地面积（约170万平方公里），其大豆、玉米灯农作物产量高居世界首位。美国同时是世界上最大的软木和硬木生产商。美国能源部最新发布的报告显示，全美农、林业生产剩余物（residue）等可再生生物资源多达10亿吨（干重），其中仅农作物生产剩余物一项（超过1.3亿吨），即便资源得不到充分转化，也远远超过碳纤维生产当今以及短期未来的需要。由于未经加工的生物质资源能量密度（Energy Density）较低，比较经济的方法是就近利用，实现碳纤维或其原丝的本地化生产。生物能源技术办公室的职责就在于想办法将国内可利用的生物质资源有效地转化成燃料、化学产品和电力能源。

先进制造技术办公室（Advanced Manufacturing Office）

    该办公室的职能在于为橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）的碳纤维技术试验生产线（Carbon Fiber Technology Facility, CFTF）提供研发支持。在CFTF中，研究人员主要从事包括木质素在内的多途径碳纤维前驱体制造技术的开发研究。单就木质素这一途径而言，ORNL已经取得了不小的进展。然而，在诸如汽车轻量化等具体应用中，使用木质素基碳纤维还存在一定的生产障碍。现如今想要实现木质素基碳纤维的商业化生产之前必须先解决以下几点困难：1. 熔融加工性能（Melt-Processability，尤其是软木木质素）；2. 过长的热处理时间（尤其是硬木木质素）；3. 原料（feedstock）庞杂，需要提纯（Purification）和分馏（Fractionation）；4. 成丝后强度和硬度达不到预期指标；5. 规模量产可到什么程度未经验证。而其他前驱体的制备也存在类似的问题，比如说聚烯烃（Polyofelins）。以生物质资源为途径生产当今商业使用的PAN原丝的同等品，能使得上述障碍中的部分最小化，但是又会带了新的问题，好比说如何保证丙烯腈（Acrylonitrile）的纯度和质量。先进制造技术办公室的职能就是推动研发不同种前驱体材料的制备技术、降低产品生命周期内的能源消耗。该办公室同样推动研发能源转化技术和碳纤维制品的制造技术。

汽车技术办公室（Vehicle Technologies Office）

    汽车轻量化是EERE的重要战略目标。汽车技术办公室的职能在于研究分析材料性能和制备工艺、推动研发新一代轻质材料。将碳纤维推广到量产车生产是一个耗资巨大的工程。据推算，只有当其使用成本降低到5美元/磅或以下的时候才可能实现。有鉴于此，研发出低成本的碳纤维制备方法将大大加快这一进程。轻质材料将使车重减轻50%，能耗降低35%左右，而其包括安全在内的各项性能并不受重量减轻的影响。美国能源部预测，使用碳纤维最多可减轻车重70%。即便车重仅仅降低10%，都会带来能耗4%-5%降低的红利。如今，小汽车每天要消耗880万桶石油。所有车重减轻10%，仅在美国每天就可以节约超过50亿加仑的汽油。
 
当下的技术状况

    当下的碳纤维制备主要依赖PAN原丝，而PAN原丝炼自石油。PAN原丝的制备成本占到碳纤维整个制备成本的50%。石油精炼后的副产品丙烯（Propylene）经过催化氨氧化反应（Catalytic Ammoxidation）生成丙烯腈，再经过自由基聚合（Free Radical Polymerization）之后生成PAN原丝。因此，PAN原丝的价格受制于原油价格的波动，彼涨此涨。如若能找到PAN原丝的替代产品，碳纤维的使用成本必回大大下降。这种替代产品就是生物质资源。而美国能源部正在极力促成下属各办公室之间的合作来寻找这种合适的PAN原丝替代品。
 
研讨会的进程

    为了让与会者有尽可能大的收获，美国能源部邀请了在碳纤维制造、生物质资源处理、中间体制备以及工业化学品生产领域经验丰富的专家学者发表演讲。这些专家学者将从各自专业领域的角度分析使用可再生碳纤维所需的满足的条件以及可能带来的好处。讲演的主题涵盖了碳纤维制备的技术挑战、应用于汽车零部件生产需要满足的条件、将生物质资源转化成碳纤维制备中间体材料的技术挑战以及非PAN基碳纤维带来的种种机遇等等。

    在全体人员会议上，美国能源部将着重强调其对清洁能源制造技术和其他新技术的兴趣，介绍人包括：

    ·战略规划项目组 Elizabeth（Libby）Wayman

    ·生物能源技术办公室 Neil Rossmeissl

    ·先进制造技术办公室 Bhima Sastri

发表主题演讲的各领域专家学者包括：

    ·Plasan Carbon Composites公司 Gary Lownsdale

    ·橡树岭国家实验室 Cliff Eberle 和 Mark Downing

    ·Old Town Fuel & Fiber公司 Darrell Waite

    ·ADM公司 Will Schroeder

    此外，研讨会还就三个议题分别设立了子会议。这是议题分别是：1. 碳纤维制备的技术挑战以及生物源材料制备汽车零部件需要满足的条件；2. 利用生物质资源生产低成本碳纤维中间体的技术挑战；3. 突破传统的碳纤维：资源、挑战和机遇。在子会议中，与会者将被分为三个小组，就一系列问题展开讨论。讨论内容将被记录、汇总并形成书面报告。