Projekt Re-cell koncentruje się na opracowaniu materiałów zdolnych do magazynowania energii i jednoczesnego ograniczania masy statków powietrznych. Inicjatywa dotyczy rozwoju superkondensatorów oraz baterii strukturalnych opartych na recyklowanym włóknie węglowym, które mogą przechowywać energię, a zarazem stanowić część konstrukcji samolotu. Prace prowadzone są przez konsorcjum tworzone przez Sofitec, AimPlas oraz I2con i mają zakończyć się walidacją demonstratora w pełnej skali, powiązanego z zespołem podwozia samolotu. Projekt odpowiada na dwa istotne wyzwania stojące przed sektorem lotniczym, redukcję masy oraz poprawę efektywności energetycznej, które mają kluczowe znaczenie w procesie przechodzenia branży na bardziej zrównoważone modele działania. Zastosowanie materiałów wielofunkcyjnych ma w tym przypadku oznaczać zmianę podejścia do projektowania komponentów lotniczych przez połączenie właściwości mechanicznych ze zdolnością magazynowania energii.
Elektryfikacja transportu jest jednym z podstawowych kierunków ograniczania emisji CO2, jednak w lotnictwie pozostaje szczególnie trudna z uwagi na masę akumulatorów i ograniczenia gęstości energii. Projekt Re-cell ma odpowiadać na ten problem poprzez rozwój kompozytów strukturalnych zdolnych do magazynowania energii, co pozwala wyeliminować odrębne systemy i zoptymalizować całkowitą masę statku powietrznego. Jak wyjaśnia Esteban Castro, inżynier ds. badań i rozwoju w Sofitec, „Główne wyzwanie związane z elektryfikacją lotnictwa polega nie tylko na magazynowaniu większej ilości energii, ale także na osiągnięciu tego bez zwiększania masy. Baterie strukturalne właśnie to umożliwiają, sam komponent pełni jednocześnie funkcję konstrukcyjną i energetyczną”. Według założeń projektu rozwiązania te będą początkowo kierowane do zastosowań niekrytycznych, takich jak systemy oświetlenia kabiny, co ma stanowić podstawę do ich szerszej integracji w przyszłości.
Recyklowane włókno węglowe i materiały wielofunkcyjne
Jednym z elementów wyróżniających projekt jest wykorzystanie recyklowanego włókna węglowego jako bazy do opracowania nowych materiałów. Takie podejście ma jednocześnie ograniczać ilość odpadów w sektorach intensywnie wykorzystujących kompozyty oraz wspierać rozwój modelu gospodarki o obiegu zamkniętym w przemyśle lotniczym. Jak podkreśla Fernando Ramos, badacz z obszaru zrównoważonej i przyszłej mobilności w AimPlas, „W projekcie Re-cell dążymy nie tylko do opracowania nowych materiałów o wyższej efektywności, ale również bardziej zrównoważonych. Pracujemy nad nadaniem włóknu węglowemu drugiego życia i przekształceniem go w zasób o wysokiej wartości dla wymagających zastosowań, takich jak lotnictwo”.
Aby to osiągnąć, w projekcie rozwijane są zaawansowane procesy recyklingu i obróbki włókien, a także ich integracja z matrycami polimerowymi, które mają jednocześnie zapewniać właściwości strukturalne i parametry elektrochemiczne. Zakres prac obejmuje nie tylko opracowanie nowych materiałów, lecz także rozwiązanie części głównych problemów naukowych, które dotychczas ograniczały praktyczne zastosowanie baterii strukturalnych. Wśród tych zagadnień wymieniono rozwój funkcjonalnych stałych elektrolitów, zmienność właściwości włókien pochodzących z recyklingu oraz złożoność sprzężonego zachowania mechanicznego i elektrochemicznego materiału.
Modelowanie i walidacja technologii
Florin Ardelean, badacz zajmujący się modelowaniem obliczeniowym i symulacją w I2con, zwraca uwagę, że „Jednym z głównych postępów projektu jest łączne podejście do zjawisk, które do tej pory badano oddzielnie, takich jak przewodnictwo jonowe i zachowanie mechaniczne materiału. To zintegrowane podejście jest niezbędne, aby przejść do rzeczywistych zastosowań”. Aby sprostać tym wyzwaniom, konsorcjum łączy projektowanie materiałów, modelowanie wielofizyczne oraz walidację eksperymentalną, przybliżając technologię do zastosowania przemysłowego.
Projekt ma zakończyć się wytworzeniem i walidacją demonstratora lotniczego w pełnej skali, zintegrowanego z komponentem powiązanym z podwoziem samolotu. Ten etap ma umożliwić ocenę działania technologii w warunkach reprezentatywnych oraz stanowić krok w kierunku przyszłej industrializacji. Jak zaznacza Esteban Castro z Sofitec, „Opracowanie rzeczywistego demonstratora jest kluczowe dla zweryfikowania nie tylko samego materiału, ale również jego przetwarzania i integracji w przemysłowych środowiskach lotniczych”.
Re-cell jest częścią programu partnerstwa publiczno-prywatnego z 2023 roku, finansowanego przez hiszpańską Państwową Agencję Badawczą, AEI, i współfinansowanego przez Unię Europejską. W ramach tej inicjatywy projekt wspiera rozwój nowych zastosowań lotniczych opartych na materiałach pochodzących z recyklingu. AimPlas wnosi do projektu kompetencje w zakresie recyklingu, rozwoju materiałów polimerowych i wytwarzania zaawansowanych kompozytów. I2con odpowiada za rozwój modeli numerycznych służących projektowaniu i optymalizacji rozwiązania, natomiast Sofitec prowadzi walidację przemysłową.
