Углеродное волокно гламурно. Это помогает сбросить драгоценные килограммы с автомобилей, ориентированных на производительность, таких как автомобили McLaren (его карбоновый Monocell изображен выше), а также с элитными эко-воинами, такими как BMW i3, и все чаще используется в качестве знака отличия на спортивных отделках бесчисленного множества автомобилей. другие транспортные средства. Но у него есть и обратная сторона: это ни в коем случае не экологически безопасный материал для производства.
Carbon fiber’s large ecological footprint centers around the way in which acrylonitrile, the base material for commercial carbon fiber, is currently made: from petroleum, using a process that uses quite a bit of energy, requires an expensive catalyst, and yields hydrogen cyanide, a toxic byproduct. This also helps explain carbon fiber’s high price, as just the acrylonitrile itself—two pounds of which are required for each pound of finished product—accounts for more than half of the production cost of carbon fiber.
К счастью, этот вопрос находится в центре исследований биомассы, целью которых является значительное сокращение затрат и, в конечном итоге, полный отказ от производства углеродного волокна за счет нефти. Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в прошлом месяце объявили, что они создали новый каталитический процесс, который одновременно совместим с возобновляемым сырьем и имеет гораздо более высокий выход, чем существующий процесс — 98 процентов против 80–83 процентов. По оценкам исследовательской группы, использование целлюлозной биомассы (из древесины, трав или даже бумажной массы) или сахаров на основе крахмала может снизить стоимость производства основного материала до уровня ниже 1 доллара за фунт.
Выращивание (не прокачка) материалов
Эта цель затрат была одной из целей Консорциума возобновляемых углеродных волокон, исследовательской работы с бюджетом около 8 миллионов долларов, финансируемой в основном Министерством энергетики США (DOE) вместе с другими финансовыми партнерами, включая Ford. Переход на изменчивое сырье также должен сделать саму цену более стабильной, поскольку сегодняшние способы его производства делают его уязвимым для колебаний обычно нестабильных цен на нефть. Между тем, спрос на углеродное волокно, по прогнозам, будет увеличиваться до 18 процентов в год.
Проект Министерства энергетики США, который продлится как минимум до конца 2018 года, фокусируется на исследованиях по облегчению автомобилей. Но в конечном итоге авиация тоже может выиграть.
Carbon fiber lasts a long time, yet it’s very difficult to recycle. In part, that is because reprocessing it often involves breaking the carbon-fiber material away from the polymer it has been bonded to—usually a carbon-fiber composite (CFP) or carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP)—shredding the fiber, and then trying to realign the recycled fiber into a new material, which inevitably has less strength. One of the few exceptions would be the forged carbon-fiber composites that Lamborghini has developed and is beginning to use in its latest cars.
В прошлом исследователи пробовали использовать другое сырье растительного происхождения, в том числе лигнин, пек и искусственный шелк, но результаты не были благоприятными. Следующим этапом исследования Министерства энергетики является масштабирование процесса до 110 фунтов производственного материала и тестирование компонента из углеродного волокна, изготовленного из него. Если этим исследователям удастся получить углеродное волокно с той же прочностью, что и нынешние материалы, этот материал может стать еще более распространенным и сэкономить много нефти.
Этот контент импортируется из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
