Der Graphen-Supercharge: Pionierarbeit für nachhaltiges Heizen durch mit Graphen verstärkte Thermopolymere
Da die Welt weiterhin auf der Suche nach saubereren und effizienteren Energielösungen ist, die sich an Netto-Null-Zielen orientieren, entwickeln sich mit Graphen angereicherte Thermopolymere schnell zu einem revolutionären Material in Warmwasserbereitungssystemen.
In den letzten Jahren haben Forschungs- und Entwicklungsinitiativen von Senergy Innovations und First Graphene Ltd (FGR) neuartige Graphen-verstärkte Solarthermiepaneele entwickelt, die über eine tiefgreifende Fähigkeit verfügen, die Wärmeenergie der Sonne zu absorbieren und in Warmwasser umzuwandeln.
Diese auch als Solarkollektoren bekannte Technologie unterscheidet sich von stromerzeugenden Solarmodulen und nutzt stattdessen mit Graphen angereicherte thermische Polymere, um die Wärme des Sonnenlichts zu nutzen und eine kohlenstoffarme, energieeffiziente und wirtschaftliche Lösung zur Warmwasserbereitung bereitzustellen.
Die Warmwasserbereitung ist im Vereinigten Königreich und in Europa ein großes Geschäft und wird häufig in Gewerbe- und Wohngebäuden eingesetzt, um Warmwasser für den häuslichen und industriellen Gebrauch zu erzeugen und zu speichern sowie über ein Netzwerk aus Rohren, Heizkörpern oder Bodensystemen Zentralheizung für Gebäuderäume bereitzustellen.
Die Praxis der Wassererwärmung basiert traditionell auf kohlenstoffintensiven Materialien und Öfen zur Verbrennung fossiler Brennstoffe, denen es häufig an Effizienz und nachhaltigen Ergebnissen mangelt und die hohe Energiekosten verursachen.
Eine Analyse der britischen Energieregulierungsbehörde Office of Gas and Electricity Markets (Ofgem) ergab, dass Haushaltsgaskessel mehr als achteinhalb Mal so viel Stickoxid ausstoßen wie alle britischen Gaskraftwerke zusammen, wobei der durchschnittliche elektrische Warmwasserbereiter für etwa drei Tonnen Stickoxid verantwortlich ist Kohlendioxid pro Jahr, was ungefähr der Menge entspricht, die ein durchschnittliches Auto erzeugt.
Für Industrie und Regierung besteht ein erheblicher Bedarf, sich mit den umfangreichen Emissionen und dem Energieverbrauch zu befassen, die durch Warmwasserbereitungssysteme verursacht werden. Nach Angaben des Energy Savings Trust müssen die Haushaltsemissionen aus Heizung und Warmwasser um 95 Prozent sinken, um die von der britischen Regierung festgelegten Netto-Null-Ziele für 2050 zu erreichen.
In einigen Ländern erreichten die Energiepreise im Jahr 2022 Rekordniveaus, was durch die angespannte Nachfrage und geopolitische Konflikte, die sich weiterhin auf die Energieversorgungsketten auswirken, noch verschärft wird. Haushalte, Unternehmen und Industrie sehen sich angesichts extremer Preisschwankungen mit höheren Energierechnungen konfrontiert, was die Nachfrage nach alternativen Lösungen, die einen geringeren Energieverbrauch, eine verbesserte Stabilität und eine höhere Effizienz bieten, weiter antreibt.
Nutzen Sie die Leistungsfähigkeit graphenverstärkter Thermopolymere
Typischerweise werden solarthermische Heizpaneele aus Kupfer und Aluminium hergestellt, und trotz seiner weiten Verbreitung hat das Material seine Nachteile – komplexe Montage, Korrosionsanfälligkeit und erhebliche Umweltbelastung.
Polymerverbundwerkstoffe sind eine vielversprechende Alternative mit vorteilhaften Eigenschaften wie verbesserter Haltbarkeit, kostengünstiger Produktion und Umweltbeständigkeit.
Während Polymere traditionell nicht leitend sind, verfügen Graphen und verschiedene andere Formen von Materialien auf Graphitbasis über außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeitseigenschaften, die bei Verwendung in einem Polymerverbundsystem eine bemerkenswerte Fähigkeit zur Energieübertragung ermöglichen.
Diese Eigenschaften machen graphenverstärkte Polymerverbundwerkstoffe zu einer attraktiven Metallalternative nicht nur für Solarthermiemodule, sondern auch für andere technische Anwendungen in den Bereichen Elektronik, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Medizin, chemische Verarbeitung und Energie.
Neuartige, von Senergy und First Graphene entwickelte Solarmodule auf thermischer Polymerbasis haben die Vorteile getestet, die durch die Zugabe von FGRs PureGRAPH®-Graphen zum Verbundwerkstoff erzielt werden können. Die Anwendung verbessert die Fähigkeit des Solarkollektors, die Wärmeenergie der Sonne zu absorbieren und zu speichern, indem er das durchfließende Wasser über eine Wärmeübertragungspumpe erwärmt und letztendlich eine vergleichbare Leistung wie herkömmliche Kollektoren auf Metallbasis bietet.
Die Entwicklung dieser solarthermischen Kollektoren erforderte eine stabile Polymer- und Graphenformulierung mit dem Ziel, die Technologie so zu entwickeln, dass sie auch bei geringer Sonneneinstrahlung eine angemessene Leistung aufrechterhält. Die Entwicklung dieses zum Patent angemeldeten Durchbruchs dauerte sechs Jahre, wobei Senergy die Entwicklung der Technologie leitete.
Mit Graphen den Weg in eine grüne Zukunft ebnen
Der Einsatz von Graphen-verstärkten Polymerverbundwerkstoffen ermöglicht eine Gewichtsreduzierung von Solarmodulen um mehr als 30 Prozent, wobei auch erhebliche Verbesserungen bei der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit des Materials erzielt werden.
Weitere Verbesserungen werden durch die einzigartigen und langlebigen Eigenschaften der Verbindungen erreicht, darunter hohe Festigkeit, Flexibilität, chemische Beständigkeit, thermische Stabilität, UV- und Verschleißfestigkeit.
Eine vorläufige CO2-Lebenszyklusanalyse (LCA) hat ergeben, dass die Thermopaneele eine Reduzierung der CO2-Emissionen um bis zu 44 Prozent im Vergleich zu bestehenden Solarkollektoren ermöglichen.
Darüber hinaus bietet die verbesserte Energieeffizienz des Warmwasserbereitungssystems einen wettbewerbsfähigen Kostenvorteil gegenüber herkömmlichen Erdgas- und Ölheizungssystemen und reduziert den Kilowattverbrauch und die Folgekostenum bis zu 80 Prozent.
Kommerzielle Versuche bereiten weitere technologische Optimierungen vor
Senergy hat nun das Ziel, in der zweiten Hälfte des Jahres 2023 einen ersten Versuch im kommerziellen Maßstab durchzuführen. Zunächst wird das Team ein anschraubbares Produkt bereitstellen, das zu bestehenden Gebäudestrukturen hinzugefügt werden kann, mit dem Endziel, Thermopolymer-Dachziegel zu entwickeln kann bei neuen Builds installiert werden.
Ziel der Organisation ist es, kommerzielle Versuchsergebnisse und gewonnene Erkenntnisse in andere Branchen einzubringen, vor allem in den Bereichen Automobil und Wärmeaustauschanwendungen.
Die Möglichkeiten wärmeleitender Polymere sind endlos und bieten die Möglichkeit, die einzigartigen Eigenschaften des Materials in zahlreichen technischen und kommerziellen Anwendungen einzusetzen.
Es wird prognostiziert, dass die Marktnachfrage und der Marktwert entsprechend steigen werden. Laut Spherical Insights wurde der globale Markt für Warmwasserbereiter im Jahr 2022 auf mehr als 30 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird bis 2032 voraussichtlich 46 Milliarden US-Dollar erreichen. Dies stellt eine enorme Chance für Brancheninnovatoren und Mitglieder der Lieferkette wie First Graphene dar, davon zu profitieren .
Die Einführung dieser einzigartigen thermischen Polymer-Solarkollektoren, die durch die Wärmeleitfähigkeitseigenschaften von Graphen und Graphit verbessert werden, stellt einen bedeutenden Fortschritt im nachhaltigen Heizen dar.
Bei dieser von First Graphene und seinen Partnern entwickelten Innovation geht es nicht nur darum, den CO2-Fußabdruck der Warmwasserbereitungsindustrie zu reduzieren. Es geht darum, eine nachhaltige Zukunft aufzubauen, in der effiziente, kostengünstige und umweltfreundliche Materialien veraltete Optionen ersetzen.
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