經(jīng)過與聚合物和復(fù)合材料專業(yè)制造商合作多年的開發(fā)，Carbon Waters開發(fā)了一系列基于石墨烯的高性能添加劑，在這個(gè)專用的Graph’Up系列上進(jìn)行的測(cè)試突顯了熱固性聚合物（環(huán)氧樹脂）的機(jī)械性能的顯著改善，已經(jīng)與多家歐洲公司啟動(dòng)了資格認(rèn)證階段，特別是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，Carbon Waters還與一家領(lǐng)先的特種聚合物公司啟動(dòng)了研發(fā)合作。目標(biāo)是在非常特殊的聚合物系列中加入這一系列添加劑，以應(yīng)對(duì)風(fēng)能行業(yè)中使用的復(fù)合材料可回收性的挑戰(zhàn)。
自20世紀(jì)90年代初以來，風(fēng)力渦輪機(jī)，這些將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)代風(fēng)車，越來越多地出現(xiàn)在我們的景觀中。作為能源轉(zhuǎn)型的一部分，風(fēng)力渦輪機(jī)市場(chǎng)正在不斷增長，以提供更環(huán)保的能源并控制對(duì)環(huán)境的影響。據(jù)Ademe稱，這種能源將是其整個(gè)生命周期中污染最少的能源之一。然而，該行業(yè)面臨著一定的困難，特別是某些風(fēng)力渦輪機(jī)部件的使用壽命和回收利用。Carbon Waters進(jìn)行了盤點(diǎn)。
風(fēng)力渦輪機(jī)帶來顯著的環(huán)境效益
如果風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量成倍增加，例如在法國，其發(fā)電量占總發(fā)電量的近10% ，這顯然是為了發(fā)展可再生能源。無論是陸上還是海上，一臺(tái)2兆瓦風(fēng)力渦輪機(jī)每年平均發(fā)電4200兆瓦時(shí)，相當(dāng)于法國約800個(gè)家庭的平均用電量。此外，根據(jù)國際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，風(fēng)能有助于大幅減少CO2排放。2020年，風(fēng)力發(fā)電避免了近1.7億噸溫室氣體的排放。與核能或天然氣等其他類型的能源生產(chǎn)不同，這種能源可以在不污染環(huán)境的情況下發(fā)電，從而保護(hù)動(dòng)植物群。
風(fēng)電行業(yè)存在的問題
盡管具有所有這些優(yōu)勢(shì)并且該行業(yè)蓬勃發(fā)展，但它仍然受到兩個(gè)與組件壽命終止直接相關(guān)的困難的困擾：
1、葉片的可回收性：目前使用的復(fù)合材料（環(huán)氧樹脂或聚酯樹脂中混合的玻璃纖維和碳纖維）不可回收；
2、用于海上風(fēng)力渦輪機(jī)的復(fù)合材料的脆弱性。
關(guān)于第一點(diǎn)，制造商（西門子能源、阿科瑪）正在致力于生產(chǎn)用于海上風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的可回收樹脂。西門子歌美颯?(Siemens Gamesa)是西門子能源集團(tuán)旗下專注于風(fēng)力發(fā)電的子公司，已經(jīng)通過其RecyclableBlade系列提供解決方案。然而，對(duì)于陸上風(fēng)力渦輪機(jī)來說，問題似乎更加復(fù)雜，該風(fēng)力渦輪機(jī)由兩部分組成，其膠接會(huì)在可回收性方面造成問題。
關(guān)于海上設(shè)備復(fù)合材料的脆弱性，當(dāng)前發(fā)生的事件直接證明了這一點(diǎn)。最近，西門子歌美颯遭受了非常重大的財(cái)務(wù)損失。原因是技術(shù)問題，主要是葉片存在質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致斷裂。全球第二大風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商宣布，15%至30%的風(fēng)電場(chǎng)將受到影響，即超過30GW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，損失近30億美元。該集團(tuán)股價(jià)在股市也下跌超過30%。
石墨烯作為增強(qiáng)風(fēng)力渦輪機(jī)并延長其使用壽命的解決方案
為了克服海上風(fēng)力渦輪機(jī)的質(zhì)量問題（顧名思義，海上風(fēng)力渦輪機(jī)要承受惡劣的條件），可以采用解決方案來保持構(gòu)成風(fēng)力渦輪機(jī)的材料的完整性。為了增強(qiáng)由復(fù)合材料制成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的強(qiáng)度，同時(shí)提供極大的重量，石墨烯是理想的材料。美國凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的一項(xiàng)研究證明了碳在這兩方面的有效性。用碳納米管增強(qiáng)的葉片的強(qiáng)度是傳統(tǒng)葉片的8倍，而且重量輕得多，從而可以減輕渦輪機(jī)的負(fù)載。對(duì)于海上設(shè)備，還必須考慮防腐因素。同樣，石墨烯憑借其出色的阻隔性能，有助于保護(hù)材料免受氧化。以添加劑形式，它可以在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制造過程中直接融入樹脂中。材料受到更好的保護(hù)，使用壽命更長。這些解決方案集成到風(fēng)力渦輪機(jī)的復(fù)合材料中，可以減少某些風(fēng)電場(chǎng)的更新，從而顯著節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。
Graph’Up：基于石墨烯的高性能添加劑，適用于風(fēng)能領(lǐng)域
經(jīng)過與聚合物和復(fù)合材料專業(yè)制造商合作多年的開發(fā)，Carbon Waters開發(fā)了一系列基于石墨烯的高性能添加劑，可以直接應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。因此，在這個(gè)專用的Graph’Up系列上進(jìn)行的測(cè)試突顯了熱固性聚合物（環(huán)氧樹脂）的機(jī)械性能的顯著改善，包括在低濃度下：
1、牽引力和抗變形能力+30%；
2、剛性+50%；
3、+30°C耐溫性（更多信息請(qǐng)垂詢）。
此外，已經(jīng)與多家歐洲公司啟動(dòng)了資格認(rèn)證階段，特別是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，Carbon Waters還與一家領(lǐng)先的特種聚合物公司啟動(dòng)了研發(fā)合作。目標(biāo)是在非常特殊的聚合物系列中加入這一系列添加劑，以應(yīng)對(duì)風(fēng)能行業(yè)中使用的復(fù)合材料可回收性的挑戰(zhàn)。
信息來源：石墨烯網(wǎng)、Carbon Waters