GRENSOVERSCHRIJDEND SAMENWERKINGSPROGRAMMA

Met steun van het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling

BIOHARV

Kerngegevens

Projectleider

Institut Mines Telecom Lille Douai (IMT Lille Douai)
Rue Charles Bourseul 941
59508 Douai
FRANCE

Contactpersoon

Cédric Samuel

Begindatum

01-10-2016

Einddatum

31-03-2021

Budgettaire elementen

Totaal Budget
2 005 024,92 €

Website:

http://www.gotos3.eu/fr/projecten/bioharv/home





BIOHARV

Biogebaseerde piëzo-elektrische textielmaterialen voor de productie van elektrische energie

axe1

Categorie

Projectenportefeuille

Specifieke doelstelling van het programma

Versterken van het onderzoek en de innovatie van de grensoverschrijdende zone in de strategische sectoren en de sectoren met een sterke complementariteit

Domein van bijstandsverlening

Infrastructuur voor onderzoek en innovatie, overdracht van technologie en samenwerking in ondernemingen die zich toeleggen op de koolstofarme economie en op weerbaarheid tegen de klimaatverandering


Mechanische-energieregeneratoren (MER) zijn hulpmiddelen voor de productie van hernieuwbare elektrische energie voor batterijen met lage stroomsterkte in talrijke elektronische apparaten (bv. smartphones). Deze innovatieve technieken gebruiken piëzo-elektrische materialen, en piëzo-elektrische biopolymeren hebben specifieke voordelen in termen van koolstofvoetafdruk, kost en vormgeving. Op basis van de bestaande technieken voor kunststofverwerking en textielproductie kunnen 100% polymere MER producten worden ontwikkeld via multicomponent piëzo-elektrische textielstructuren. Deze hoogwaardige innovatieve producten openen interessante marktperspectieven voor de kmo’s in de grensregio.. Daarom richt het project BIOHARV zich op de ontwikkeling van knowhow en plaatselijke expertise voor de vervaardiging en karakterisering van 100% polymere MER-prototypes en de ondersteuning van hun toepassing in de regionale kmo’s. Het beoogt de ontwikkeling van MER-prototypes en de verbetering van hun energieprestaties. De operatoren willen de haalbaarheid aantonen van afgewerkte MER-producten voor verschillende sectoren (textiel, bouw) in synergie met geïdentificeerde kmo’s en een kenniscentrum oprichten voor de toepassing van elektroactieve polymeren in de grensstreek.     

Rapporteringsdatum 19-02-2021

Het Bioharv project draagt bij aan de specialisering van de grensoverschrijdende textiel- en kunststofindustrie in nieuwe toepassingen met hoge toegevoegde waarde (intelligente, verbonden apparaten) en stelt voor om in het grensgebied technische know-how over micro-energiegeneratoren op basis van piëzo-elektrische biopolymeren op te bouwen. De R&D activiteiten van het BIOHARV project streven naar het beheersen/optimaliseren van (i) de productieprocessen van vezels/films op basis van piëzo-elektrisch biogebaseerd polymelkzuur (PiezoPLA) en (ii) de methoden voor de fabricage van micro-elektrische generatorprototypes. Hierbij steunt het BIOHARV project op een samenwerking tussen verschillende regionale kunststof/textiel experten en er werden reeds een aantal belangrijke technische realisaties verworven sinds de start van het project. Enerzijds werden verschillende processen voor het omzetten van commercieel PLA in PiezoPLA getest op laboratorium-/pilootschaal (IMT LD, Centexbel & UMons) en werden er verschillende objecten op basis van PiezoPLA met succes geproduceerd (dunne films, tapes/textielfilamenten en geweven structuren). Anderzijds werden de piëzo-elektrische eigenschappen van dunne PiezoPLA films aangetoond/gekwantificeerd (ULille & UPHF) en daaropvolgend verschillende PiezoPLA/metaalelektrode assemblagetechnieken (Armines) bestudeerd. Deze activiteiten hebben de ontwikkeling van een eerste generatie piëzo-elektrische micro-energiegenerator-prototypes mogelijk gemaakt. Bovendien werden er verschillende testbanken ontwikkeld om elektromechanische prestaties te meten onder verschillende mechanische condities. Er werden zeer interessante waarnemingen gedaan voor mono-verstrekte, dunne PiezoPLA films. Bovendien werd ook een significante piëzo-elektrische activiteit aangetoond voor textielstructuren (PiezoPLA-textieltapes en weefsels op basis van PiezoPLA-filamenten). De huidige R&D-activiteiten zijn voornamelijk gericht op (i) de optimalisatie van de piëzo-elektrische eigenschappen van PiezoPLA op laboratorium-/pilootschaal, (ii) de optimalisatie van de duurzaamheid van de prototypes en (iii) ontwikkeling van conceptuele apparaten die verband houden met toepassingsmarkten (micro-/macro-energiegeneratoren en sensoren/transducers). Met betrekking tot de optimalisatie van de piëzo-elektrische eigenschappen van PiezoPLA, werden nieuwe, geavanceerde PiezoPLA formuleringen met succes ontwikkeld door operators. Prototypes van generatie 2 zijn daarom momenteel beschikbaar en de elektromechanische prestaties (geleverde spanning/elektrisch vermogen) van deze prototypes zijn verhoogd met een factor 2 - 3 in vergelijking met prototypes van generatie 1. PiezoPLA/weekmaker formuleringen zijn veelbelovend voor toekomstige ontwikkelingen, maar de voorwaarden voor implementatie van extrusie-uitrekking hebben ook een zeer positieve invloed op de elektromechanische prestaties. Bijzondere aandacht wordt ook besteed aan structurele karakteriseringen op verschillende schalen (kristallijne en mesofasische structurering, macroscopische en nano-schaal) om de grensoverschrijdende wetenschappelijke expertise over proces/structuur/eigenschap-relaties en de optimalisatie van PiezoPLA te vergroten. De vervanging van metalen elektroden door flexibele elektroden wordt ook overwogen door de ontwikkeling van flexibele 1D/2D-elektroden die aan PiezoPLA hechten. Bijzondere aandacht wordt besteed aan het bedrukken/overmolding en multi-materiaal weefprocessen. Voor flexibele 2D-elektroden werden afdrukbare formuleringen ontwikkeld in samenwerking met het bedrijf Nanocyl. Er werden prototypetests voor elektroden van ABS/koolstof nanobuisjes uitgevoerd op PiezoPLA-films waarbij verschillende problemen werden geïdentificeerd. Nieuwe formuleringen op basis van PEO worden momenteel geëvalueerd, met name via een thermocompressie-overmolding-proces. De ontwikkeling van flexibele 1D-elektroden voor PiezoPLA-weefsels blijkt echter nog steeds complex. Een paar verbeterpunten worden door Centexbel onderzocht om een nieuwe aanpak te identificeren voor textielprototypes gemaakt van PiezoPLA-weefsels. Om de verschillende technologieën (PiezoPLA-films/tapes/weefsels, prototypes, flexibele elektroden) te valoriseren en naar toepassingsmarkten te brengen, hebben de partners een tiental concrete toepassingen geïdentificeerd met de bijbehorende geometrische/technische specificaties. Een sterk potentieel wordt gedetecteerd voor PiezoPLA-films en PiezoPLA-weefsels op "micro-energiegeneratoren voor verbonden objecten en lichtapparatuur" en "sensoren/transducers"-type toepassingen. In deze context wordt gewerkt aan een conversie van de generatie 2-prototypes naar conceptuele apparaten op basis van (i) meerlagige structuren met geoptimaliseerde PiezoPLA-films en (ii) geweven/geïmpregneerde structuren op basis van geoptimaliseerde PiezoPLA-filamenten. Er wordt ook een grote inspanning geleverd om genormaliseerde/gestandaardiseerde elektromechanische testen te valideren die het mogelijk maken om deze apparaten te kwalificeren (reproduceerbare omstandigheden en dicht bij de werkelijke gebruiksomstandigheden). Hoewel er nog wetenschappelijke uitdagingen zijn, hebben deze eerste gezamenlijke realisaties reeds geleid tot tal van communicatie/valorisatie-activiteiten rond het thema van piëzo-elektrische polymeren (posters, presentaties, wetenschappelijke artikels, populaire artikels en organisatie van een workshop in samenwerking met ontwerpers). De expertise en de ontwikkelingen van het BIOHARV-project gerealiseerd tijdens semester 1-7, kunnen worden geraadpleegd op de website (www.gotos3.eu/bioharv). In de huidige context zijn de partners voorstander van schriftelijke communicatie in technische en wetenschappelijke tijdschriften, evenals de organisatie van een webinar over het thema van opkomende toepassingen met betrekking tot ferro/piëzo-elektrische polymeren. Deze laatste activiteiten zijn bedoeld om toekomstige mogelijkheden voor samenwerking tussen de partners rond het BIOHARV-thema te identificeren en er is een ambitieus werkprogramma gaande voor technische/juridische formalisering voor de periode 2021-2026.