用微波爐加熱?碳纖維制造工藝或迎來新降本方案

2025年3月5日,愛爾蘭利莫瑞克大學(University of Limerick,UL)官網宣布來自UL的研究團隊開發了一種突破性的碳纖維生產新方法,可大幅降低其能源消耗,這種高成本的輕質材料廣泛應用于航空航天、風能、建筑和交通等領域。

該研究團隊正在主導的CARBOWAVE項目通過采用創新的等離子體和微波加熱技術制造碳纖維,來取代傳統加熱工藝,在保持材料性能的同時將能耗降低高達70%。

生產這種材料所需能源的減少將使生產過程更加環保且成本更低。這項突破性進展的相關成果已發表于知名期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials Journal/先進復合材料與雜化材料》。

 

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利莫瑞克大學的博士安妮和莫里斯·柯林斯教授在該校的伯納爾研究所檢查一張碳纖維板

研究團隊開發的工藝能使聚丙烯腈(PAN)的轉變更加高效,而PAN是碳纖維生產的關鍵原料。傳統上,PAN轉化為碳纖維需要消耗大量能源。CARBOWAVE項目將使用由UL和西班牙瓦倫西亞大學共同開發的納米結構誘導微波加熱技術,加速PAN向碳纖維的轉化,從而提升生產效率。

值得注意的是,在研究過程中,利莫瑞克大學團隊發現,可以用平價的家用微波爐生產碳纖維,并且其力學性能與傳統加熱方法生產的碳纖維相當。

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項目首席研究員、UL工程學院材料科學教授莫里斯·柯林斯解釋道:"歐洲長期依賴高能耗工藝,這對實現可持續發展是個極大的障礙。CARBOWAVE不僅解決了這一挑戰,是一個令人興奮的項目,而且有可能生產出更可持續且更便宜的碳纖維。"

聯合研究首席研究員、UL土木工程助理教授安妮·博坎·麥克洛克林博士表示,該項目旨在通過大幅降低碳纖維生產過程的能耗和成本,同時不損失其力學性能,來徹底改變碳纖維產業。該技術將使碳纖維生產更節能、更快速、更廉價,并顯著減少環境足跡。"

碳纖維增強聚合物(CFRP)在風能、建筑和交通領域至關重要,其輕量化特性可提升風力渦輪機效率、支持建筑脫碳,并提高交通工具(尤其是電動車)的能效。然而,當前碳纖維生產高度依賴電力和天然氣,能源消耗巨大。

CARBOWAVE的解決方案可在保持材料性能的同時減少70%以上的能耗。歐洲先進碳材料市場占據全球37%份額,將直接受益于這一突破性創新。

柯林斯教授補充道:"該項目通過大幅降低生產成本和環境足跡,有望解鎖碳纖維更廣泛的工業應用。CARBOWAVE代表了歐洲高耗能產業脫碳的重要一步。通過整合等離子和微波加熱技術,它不僅解決能源消耗和排放等緊迫挑戰,更為可持續工業發展鋪平道路。"

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該項目匯聚歐洲頂尖研究機構與行業伙伴,UL團隊與德國紡織與纖維研究所、西班牙瓦倫西亞大學、德國弗勞恩霍夫IFAM研究所、法國微波技術咨詢公司、德國Muegge公司、意大利菲亞特研究中心、愛爾蘭Juno Composite公司及Eirecomposites公司共同組成CARBOWAVE聯盟。

CARBOWAVE是由歐盟委員會資助的倡議,旨在通過先進等離子和微波技術為高耗能產業開發替代熱源。