GRAPHenhance: GRAPHene scaleup for strength ENHANCEd concrete

GRAPHenhance:增强混凝土强度的 GRAPHene 放大

基本信息

  • 批准号:
    10080584
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 75.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Collaborative R&D
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Direct-emissions from cement calcination (CaCO3-\>CO2+CaO), combined with concrete-related process-emissions (transport, process-energy etc), represent \>7% of global emissions.NERD's patented Graphene-Enhanced-Concrete (GEC), CONCRETENE(r), offers a pathway to mass-decarbonisation of the concrete-sector, but large-scale exploitation is currently blocked by material-manufacturing and supply-chain challenges. The **GRAPHenhance project vision** is to address these challenges to unlock CONCRETENE's decarbonisation potential.CONCRETENE is a graphene-enhanced admixture for concrete, engineered to enhance performance and sustainability, and the first GEC to reach commercial-scale pilots globally. The technology allows for reduced concrete volume and cement content to achieve equivalent structural performance, delivering significantly reduced carbon footprint (up to 30%) vs OPC.The key to CONCRETENE's performance is the dispersion of Graphene-Nanoplatelets(GNPs) within the material structure. This dispersion is stabilised using Graphene-Oxide(GO) (secondary graphene-component), which prevents GNP aggregation, enables graphene(GNP+GO) loading of 3-6% (~5x higher graphene-concentration than state-of-the-art), and provides a second mechanism of strength-enhancement (see Appendix\_Q3).Although other GECs are in development, most are non-structural. The few structural-GECs in development have so far failed to overcome the GNP-dispersion challenge. Existing approaches result in the incorporation of excess-air, reducing structural-performance and longevity.No other GEC in-development uses the GO-stabilisation approach patented by NERD.GO supply currently represents a major bottleneck to CONCRETENE commercialisation. NERD currently source from China, presenting challenges including batch-to-batch variability (sp2-carbon-speciation up to 4%-variance, sp3-carbon-speciation up to 8%-variance, sulfur-containing-species up to 1.6%-variance), price-volatility, and import-tariffs. Similarly, NERD source GNP from Canadian Black-Swan-Graphene(BSG) via their UK-based partner-organisation, Thomas-Swan(TS), but the current product is not optimised for CONCRETENE, and needs to be scaled-up (in the UK) to meet future-demand.**GRAPHenhance** will pave-the-way for upscaled UK nanomaterial production-capacity, with a **main-focus** on GO (manufacturing by William-Blythe) and GNPs (manufacturing by Thomas-Swan) tailored to CONCRETENE's requirements.GRAPEHhance will overcome challenges relating to NERD's GO and GNP supplies (batch-to-batch variability, residual-surfactants) to finalise CONCRETENE's supply-chain and material composition- prerequisites to accreditation and large-scale commercialisation.**Key objectives**:* To optimise UK-supply of GNP* To determine GO-specifications, enabling post-project negotiation for a commercial-supply agreement between WB and NERD* To validate performance of manufactured GO and GNP in CONCRETENE with graphene-loading at 3-6%* To validate the resulting CONCRETENE formulation in an industrial-pilot (transport-sector) against standard durability testing (ATSM\_C642/C1293/C452/C1138)**GRAPHenhance** partners:* **Nationwide-Engineering-Research-and-Development(****NERD****)**: SME, owner of CONCRETENE technology.* **William-Blythe(WB)**: Leading chemicals innovator, part of Synthomer Group (FTSE-250).* **Thomas-Swan(TS)** (supported by Black-Swan-Graphene(BSG))**:** Speciality-chemicals manufacturer, developer of GNP IP (IP owned by BSG).
水泥煅烧产生的直接排放(CaCO 3-\>CO2+CaO),加上与混凝土相关的过程排放(运输、过程能源等),占全球排放量的7%以上。NERD的专利石墨烯增强混凝土(GEC),CONCRETENE(r),为混凝土行业的大规模脱碳提供了一条途径,但大规模开采目前受到材料制造和供应链挑战的阻碍。**GRAPHenhance项目的愿景 ** 是解决这些挑战,释放混凝土的脱碳潜力。混凝土是一种石墨烯增强的混凝土外加剂,旨在提高性能和可持续性,也是全球第一个达到商业规模试点的GEC。该技术可以减少混凝土体积和水泥含量,以实现同等的结构性能,与OPC相比,显著减少碳足迹(高达30%)。CONCRETENE性能的关键是石墨烯纳米片(GNP)在材料结构中的分散。该分散体使用石墨烯氧化物(GO)(第二石墨烯组分)稳定,其防止GNP聚集,使得石墨烯(GNP+GO)负载量为3-6%(石墨烯浓度比现有技术高约5倍),并提供第二种强度增强机制(参见下文)。到目前为止,开发中的少数结构GEC未能克服GNP分散的挑战。现有的方法导致过量空气的引入,降低了结构性能和寿命。没有其他正在开发的GEC使用NERD专利的GO稳定方法。GO供应目前是混凝土商业化的主要瓶颈。NERD目前来自中国,面临的挑战包括批次间的差异性(sp2-碳-物种高达4%-方差,sp3-碳-物种高达8%-方差,含硫物种高达1.6%-方差),价格波动和进口关税。同样,NERD通过其位于英国的合作伙伴组织Blackas-Swan(TS)从加拿大Black-Swan-Graphene(BSG)获得GNP,但目前的产品并未针对混凝土进行优化,需要扩大(在英国)以满足未来需求。GRAPHenhance** 将为英国纳米材料生产能力的升级铺平道路,主要关注GO(由William-Blythe制造)和GNP GRAPEHhance将克服与NERD的GO和GNP供应相关的挑战(批次间可变性,残留表面活性剂),以最终确定混凝土的供应链和材料成分-认证和大规模商业化的先决条件。**主要目标 **:* 优化英国GNP的供应 * 确定GO规范,以便WB和NERD之间就商业供应协议进行项目后谈判 * 验证石墨烯负载量为3-6%的CONCRETENE中制造的GO和GNP的性能 * 根据标准耐久性测试(ATSM\_C642/C1293/C452/C1138)在工业试点(运输部门)中验证所得的CONCRETENE配方 ** GRAPHenergy ** 合作伙伴:* Nationwide-Engineering-Research-and-Development(*NERD*)**:SME,CONCRETENE技术的所有者。* **William-Blythe(WB)**:领先的化学品创新者,Synthomer Group(FTSE-250)的一部分。** BAS-Swan(TS)**(由Black-Swan-Graphene(BSG)支持)**:** 特种化学品制造商,GNP IP(BSG拥有的IP)开发商。

项目成果

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    2024
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  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 75.95万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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