新型高模數碳纖維中有近一半的碳來(lái)自廢煤

2023-09-10

肯塔基大學(xué)應用能源研究中心（CAER）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種將肯塔基州廢煤轉化為有價(jià)值的碳產(chǎn)品的方法。

第七煤炭大洲進(jìn)軍碳纖維

美國肯塔基州是該國第七煤炭大洲，年開(kāi)采量數百萬(wàn)噸，采礦過(guò)程中首先礦砂會(huì )先運往選煤廠(chǎng)做進(jìn)一步處理，壞的留下好的送走，估計肯塔基州煤田存有超過(guò)40億噸廢棄物（waste coal，尾礦），現在科學(xué)家則找到廢物再利用的方法，變成高價(jià)值的碳纖維和復合材料。

在科技和工程領(lǐng)域，材料的選擇往往是創(chuàng )新和性能提升的關(guān)鍵。近年來(lái)，碳纖維作為一種高性能的材料，正以驚人的速度滲透到風(fēng)電、航空航天、汽車(chē)工業(yè)、建筑行業(yè)等領(lǐng)域，被譽(yù)為21世紀的“新材料之王”。

碳纖維、石墨都是交通、國安與再生能源重要的材料，如果能將副產(chǎn)物轉換成戰略材料，無(wú)論是煤炭廠(chǎng)還是煤炭工人都是好事。畢竟在能源轉型趨勢下，再生能源的關(guān)注度跟投資已經(jīng)超越燃煤發(fā)電，然而仍有許多任務(wù)人依賴(lài)龐大的煤炭工業(yè)。

CAER的關(guān)鍵技術(shù)是開(kāi)發(fā)可行的工藝，首先將煤轉化為過(guò)濾液體，之后再把液體轉化為液晶材料介相瀝青（mesophase pitch），這種瀝青可以轉化極高剛度的碳纖維，也可以用于生產(chǎn)石墨粉，CAER主任兼C4WARD計劃首席研究員Rodney Andrews表示，碳纖維和石墨對于能源轉型相當重要。

高模數碳纖維中近一半的碳來(lái)自廢煤

團隊用廢煤生產(chǎn)出高模數碳纖維（High Modulus），纖維中近一半的碳來(lái)自廢煤。Andrews表示，團隊相信，隨著(zhù)全球對碳纖維和石墨的需求持續增加，這項技術(shù)有機會(huì )為肯塔基州煤炭社區創(chuàng )造新的就業(yè)機會(huì )并增加經(jīng)濟機會(huì )。

CAER采用的技術(shù)顯示出建立具有成本競爭力的碳纖維和石墨國內供應鏈的巨大前景，這些戰略材料對我們全球經(jīng)濟越來(lái)越重要。

CAER研究人員能夠將環(huán)境責任、扣押廢煤轉化為對國家運輸，國家安全和可再生能源部門(mén)至關(guān)重要的備受追捧的戰略材料。

肯塔基大學(xué)不斷在科學(xué)領(lǐng)域掀起波瀾，無(wú)論是能源、農業(yè)還是國防的進(jìn)步。今天令人興奮的突破證明了英國CAER研究團隊所做的令人難以置信的工作，因為他們徹底改變了煤炭的使用方式。

“這不僅對這所大學(xué)來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，而且對于成千上萬(wàn)的煤炭工人來(lái)說(shuō)也是一個(gè)巨大的勝利，他們的生計依賴(lài)于肯塔基州強大的煤炭工業(yè)。作為參議院共和黨領(lǐng)袖，我很自豪能成為我們英聯(lián)邦研究工作的合作伙伴，我渴望看到這個(gè)才華橫溢的團隊將如何在這一進(jìn)展的基礎上再接再厲?！泵绹鴧⒆h員米奇麥康奈爾說(shuō)，他與英國密切合作支持這個(gè)項目。

“C4WARD碳纖維和復合材料的煤炭轉化”項目側重于開(kāi)發(fā)必要的基礎和轉化科學(xué)與工程，以創(chuàng )建節能且具有成本效益的工藝，從具有可調性能的煤中制造碳纖維和石墨。

一項關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)步是開(kāi)發(fā)了一種可行的工藝，將煤轉化為過(guò)濾液體，然后將該液體轉化為中間相瀝青（一種可以轉化為具有非常高剛度的高度有序碳纖維的液晶材料），它同樣可用于生產(chǎn)石墨粉。在這一突破中，廢煤生產(chǎn)了高模量碳纖維，這意味著(zhù)它們具有高剛度重量比。構成纖維的碳中有近一半來(lái)自廢煤。

“碳纖維和石墨對任何能源轉型都至關(guān)重要?！盋AER主任兼C4WARD首席研究員Rodney Andrews說(shuō)?！拔覀兿嘈?，隨著(zhù)對碳纖維和石墨的需求持續增長(cháng)，這項技術(shù)確實(shí)有機會(huì )在肯塔基州煤炭社區創(chuàng )造新的就業(yè)機會(huì )并增加經(jīng)濟機會(huì )?！?br>
該項目由CAER的碳材料集團牽頭，由Andrews和CAER副總監Matthew Weisenberger指導。CAER是開(kāi)發(fā)各種來(lái)源碳纖維的全球領(lǐng)導者，并且是北美任何學(xué)術(shù)機構中最大的碳纖維紡絲線(xiàn)設施的所在地。

“我繼續受到CAER進(jìn)行的杰出研究和發(fā)現的啟發(fā)和激勵?！庇?統Eli Capilouto說(shuō)?！叭欢?，如果沒(méi)有參議員米奇麥康奈爾的一貫和強有力的支持，我們將無(wú)法開(kāi)展如此開(kāi)創(chuàng )性的工作。參議員麥康奈爾長(cháng)期以來(lái)一直支持我們的能源研發(fā)工作，并且是最早支持這一特定項目的人之一。我們仍然感謝他的領(lǐng)導?！?nbsp;

C4WARD項目是該大學(xué)兩項研究?jì)?yōu)先計劃的融合，這些計劃挑戰肯塔基州的頂尖研究人員專(zhuān)注于英聯(lián)邦最緊迫的問(wèn)題。該項目對英國現有的能源研究?jì)?yōu)先領(lǐng)域和英國新成立的材料科學(xué)研究?jì)?yōu)先領(lǐng)域（RPA）至關(guān)重要。RPA的目標是找到創(chuàng )新的解決方案來(lái)應對行業(yè)挑戰，并使英聯(lián)邦成為競爭激烈的材料市場(chǎng)的全球領(lǐng)導者。

“材料對我們的未來(lái)至關(guān)重要，肯塔基大學(xué)致力于確?？纤菰谶@個(gè)不斷發(fā)展的市場(chǎng)中產(chǎn)生重大影響?！庇芯扛笨偛肔isa Cassis說(shuō)?！皬闹圃祀妱?dòng)汽車(chē)和下一代電子設備到開(kāi)發(fā)新的電池技術(shù)或儲能系統，我們將需要新的方法來(lái)從國內來(lái)源收集這些材料。我們正在努力確保該州的旗艦大學(xué)在這里與肯塔基州的這些行業(yè)合作并增加價(jià)值?！?/span>