面對全球變暖，航空業(yè)面臨著真正的環(huán)境危機，必須在2050年實現(xiàn)碳中和的目標，這對整個行業(yè)來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。
憑借其多種特性，石墨烯滿足了解決航空領域問題的所有要求：通過減輕結構重量來實現(xiàn)脫碳，還具有其他性能，例如由于其導電性而具有防雷作用，由于其熱特性而具有除霜作用甚至憑借其防腐蝕特性來保護設備。
重點關注航空領域脫碳的緊迫性以及石墨烯在更輕、更高效飛機上的應用。
航空脫碳：重大挑戰(zhàn)
該飛機呈現(xiàn)出速度和飛行距離的獨特組合。
然而，航空運輸造成了全球約 3% 的 CO2排放量和近 6% 的全球變暖。
面對減少溫室氣體排放的迫切需要，國際民航組織（?ICAO）190個成員國于2022年底采取措施，以期實現(xiàn)到2050年碳中和的目標。
為了實現(xiàn)這一目標，需要考慮幾個點：
- 使用可持續(xù)或替代燃料：農業(yè)燃料、氫氣等。
- 電力推進裝置的發(fā)展
- 使用新材料減輕設備重量并減少煤油消耗
關于“綠色”飛機的實施，即使用可持續(xù)燃料的電動或功能性飛機，該解決方案尚未完全可利用。一方面是因為開發(fā)仍在進行中，另一方面是因為相關成本仍然非常高（一噸 SAF（可持續(xù)航空燃料）的價格大約是一噸煤油的五倍）。
關于電動飛機，這里的主題也還沒有相關性，因為開發(fā)需要大量時間，目前，與電池相關的飛機的超重不允許在 100 年內進行中長途飛行% 電力（來源：賽峰）。
然后，仍然需要實施更快、更便宜的解決方案：用先進、更高效和輕質的材料（例如石墨烯）取代傳統(tǒng)材料。
石墨烯支持航空業(yè)脫碳
在輕量化方面，石墨烯可以減輕飛機的整體重量，從而大幅降低燃油消耗。Elmar Bonnacursot（石墨烯旗艦航空冠軍）表示：“每減少一公斤，就可以節(jié)省 2 噸煤油，或者在飛機的整個使用壽命期間避免減少 6 噸 CO2?！?/p>
據石墨烯委員會稱，石墨烯可使設備重量減輕 20-30%，而不會影響其他預期性能。此外，石墨烯已被證明可以使碳纖維增強塑料 (CFRP) 更輕、更強，同時提供更好的抗沖擊性，抗沖擊性提高約 60%。因此石墨烯是具有最佳質量/機械性能比的材料。
通過內部以及與多個合作伙伴和客戶進行的測試，Carbon Waters 在航空領域廣泛使用的聚合物上證明了這種潛力。這些結果使得我們能夠通過Graph’Up Resist 和 Graph’Up Force系列提供改善復合材料熱機械性能并應對減輕材料重量挑戰(zhàn)的產品。
石墨烯為航空業(yè)帶來多種優(yōu)勢
石墨烯在航空領域還有哪些其他優(yōu)勢？
除了石墨烯所允許的輕質性和機械增強性之外，它還具有其他優(yōu)點，例如優(yōu)異的導熱性和導電性，可用于導電涂料等功能化涂料或改善傳熱流體的性能。石墨烯的多功能性使其成為解決航空領域各種問題的理想材料。
石墨烯作為防腐性能增強劑
此外，石墨烯是一種優(yōu)異的防腐劑，可以延長涂層的使用壽命。Graph’Up Oxi系列專為此目的而設計。由于其阻隔性能，Graph’Up Oxi 添加劑可保護飛機的所有部件免受腐蝕，包括化學來源的部件（煤油、除冰劑等）。
單獨使用時，它們可以在含有鋅添加劑的配方中協(xié)同使用，最大限度地提高防腐性能。因此，涂層可以涂成更薄的層，進一步增加飛機的輕便性。
石墨烯作為集成除霜解決方案
通過焦耳效應，石墨烯提供了一種熱電解決方案，可以防止或消除霜的出現(xiàn)，而不影響空氣動力學特性。該領域已被多個參與者廣泛研究，其中包括通過其先鋒項目 (GICE)進行的石墨烯旗艦項目。該項目由空中客車公司和索納卡公司牽頭，即將完成，旨在將富含石墨烯的除冰系統(tǒng)提升至技術準備級別 6（TRL6）。
此類系統(tǒng)將可以避免在停機坪上使用乙二醇等化學除冰劑，這些化學除冰劑會導致飛機長時間固定在地面上。此外，用另一種除冰方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)上使用的除冰器將避免化學物質釋放到空氣中，從而避免被附近的人（人員、旅行者、周圍人群等）吸入。
石墨烯作為防雷保護器
目前，含有銅網的復合材料主要用于航空領域，以保護飛機免受雷擊。這是一個有效的解決方案，但仍然存在一些缺點。首先，這些復合材料導致飛機總重量增加。其次，它們實施起來復雜且耗時，該過程難以自動化。
石墨烯是一種輕質材料，還具有優(yōu)異的導電性，可以重新分配撞擊點接收到的能量。這使其成為防雷系統(tǒng)的一個有趣的解決方案。通過用導電樹脂（特別是石墨烯）取代復合材料中的銅網，飛機因此配備了更易于實施的防雷解決方案。
由于其多種特性，石墨烯有助于支持航空業(yè)實現(xiàn)碳中和的目標，同時提供該行業(yè)尋求的許多其他性能。除了本文詳細介紹的應用之外，石墨烯還可以提高材料的防火性能，同時提供出色的導熱性甚至 EMI屏蔽。