通过石墨烯增强热聚合物开创可持续加热

随着世界继续寻求受净零目标和无情的全球能源危机影响的更清洁、更高效的能源解决方案，石墨烯增强热聚合物正迅速成为水加热系统中的革命性材料。

近年来，Senergy Innovations和First Graphene Ltd（FGR）研发开发了新型石墨烯增强太阳能热板，具有吸收太阳热能并将其转移到热水中的深厚能力。

该技术也称为太阳能集热器，与发电太阳能电池板不同，而是利用石墨烯增强的热塑性聚合物来利用阳光产生的热量，并提供低碳、节能和经济的水加热解决方案。

水加热在英国和欧洲是一项大生意，通常用于商业和住宅建筑中，以产生和储存家庭和工业用途的热水，以及通过管道，散热器或地板系统网络为建筑空间提供中央供暖。

传统上，加热水的做法依赖于碳密集型材料和化石燃料燃烧炉，这些材料往往缺乏效率、可持续成果并吸引高昂的能源成本。

英国能源监管机构天然气和电力市场办公室（Ofgem）的分析发现，家用燃气锅炉排放的氮氧化物是英国所有燃气发电厂总和的八倍半以上，电热水器平均每年产生约三吨二氧化碳，接近普通汽车产生的二氧化碳。

工业和政府非常需要解决水加热系统造成的大量排放和能源消耗。根据节能信托基金会的数据，家庭供暖和热水的排放量必须减少95%，才能实现英国政府设定的2050年净零目标。

对于一些国家来说，能源价格在2022年达到创纪录水平，需求紧张和地缘政治冲突继续影响能源供应链，加剧了这种情况。在极端的价格波动中，家庭、企业和工业面临着更高的能源费用，这进一步推动了对替代解决方案的需求，这些解决方案可提供更低的能耗、更高的稳定性和更高的效率。

利用石墨烯增强热塑性聚合物的力量

通常，太阳能热加热板由铜和铝制成，尽管广泛使用，但该材料有其缺点 – 组装复杂、易腐蚀以及相当大的环境影响。

聚合物复合材料是一种很有前途的替代品，具有增强的耐用性、低成本生产和耐环境等有利性能。

图 1 – 金属基太阳能热平板集热器

虽然聚合物传统上是不导电的，但石墨烯和各种其他形式的石墨基材料具有出色的导热性能，在聚合物复合材料系统中使用时可实现出色的能量传递能力。

这些特性使石墨烯增强聚合物复合材料不仅成为太阳能热板的有吸引力的金属替代品，而且适用于电子、汽车、航空航天、医疗、化学加工和能源领域的其他工程应用。

由Senergy和First Graphene开发的新型热聚合物太阳能电池板已经测试了通过将FGR的PureGRAPH®石墨烯添加到复合材料中可以实现的好处。该应用增强了太阳能集热器吸收和储存太阳热能的能力，加热通过传热泵通过的水，最终提供与传统金属集热器相当的性能。

这些太阳能集热器的开发需要稳定的聚合物和石墨烯配方，目的是开发在低日照条件下保持适当性能的技术。这项正在申请专利的突破已经酝酿了六年，由Senergy领导了该技术的发展。

图2 –太阳能热聚合物面板

用石墨烯开拓绿色未来

石墨烯增强聚合物复合材料的使用使太阳能电池板重量减轻了30%以上，并在材料的导热性和导电性方面也得到了极大的提高。

通过化合物独特而耐用的特性，包括高强度、柔韧性、耐化学性、热稳定性、抗紫外线和耐磨性，实现了进一步的改进。

图 3 – Senergy创新太阳能热系统

初步碳生命周期评估（LCA）确定，与现有的太阳能集热器相比，热板能够减少高达44%的二氧化碳排放量。

此外，水加热系统的能源效率提高，与传统的天然气和石油加热系统相比，具有有竞争力的成本优势，将千瓦消耗和后续成本降低了80%。

商业试验引领进一步的技术优化

Senergy现在的目标是在 2023 年下半年进行首次商业规模试验。最初，该团队将提供一种可以添加到现有建筑结构中的螺栓固定产品，最终目标是开发可在新建期间安装的热聚合物屋顶瓦片。

该组织的目标是将商业试验结果和经验教训提供给其他行业，主要是汽车和热交换应用。

导热聚合物的可能性是无限的，有机会将材料的独特性能应用于多种工程和商业应用。

预计市场需求和价值将相应增加。据 Spherical Insights 称，2022 年全球热水器市场价值将超过 300 亿美元，预计到 2032 年将达到 460 亿美元，这为行业创新者和 First Graphene 等供应链成员提供了巨大的机遇。

这些独特的热聚合物太阳能集热器的出现，通过石墨烯和石墨的导热性能得到增强，代表了可持续供暖领域的重大进步。

这项创新由 First Graphene 及其合作伙伴开创，不仅仅是为了减少水加热行业的碳足迹。它是为了建设一个可持续的未来，高效、经济、环保的材料取代过时的选择。