Зростає не лише ціна на природний газ. Вона продовжує зростати. Експерти погоджуються, що різке зниження малоймовірне.
У чому причина цього стрибка? Вся справа у простій економіці. Нафта дорога, бо люди готові платити за неї. Десятиліття тому володіння автомобілем було розкішшю у заможних західних країнах. Наразі ситуація змінилася. У таких країнах як Китай та Індія щодня з’являються мільйони нових водіїв. Кількість автомобілів побільшало. Попит зріс. Ціни стали вищими.
Це має і темну сторону. Запаси нафти обмежені. Ми спалюємо її швидше, ніж утворюється. Зростає тиск з метою скоротити споживання, знизити попит та розширити надмірну пропозицію.
Один із найпряміших способів зменшити нашу залежність від нафти — змінити підхід до водіння. Автовиробники реагують. Вони модифікували стандартні бензинові двигуни. Вони представили гібриди. Вони тестують альтернативні види палива. Але яке рішення найефективніше? Зменшити вагу автомобіля.
Фізика не бреше. Найменша маса означає меншу кількість енергії, необхідну для переміщення транспортного засобу. Подумайте про рюкзак. Якщо він пустий, носити його дуже просто. Якщо ж у нього насипати цеглини, це стає дуже стомлюючим. Те саме стосується двигуна. Чим менша вага транспортного засобу, тим вища його паливна ефективність.
Але не можна просто зняти сталь та сподіватися на краще. Безпеку не можна жертвувати. Міцність не можна ризикувати. Якщо ваш автомобіль пошкоджено внаслідок аварії, жодне збільшення пробігу на галон палива (MPG) не допоможе.
Тут на сцену виходить “вуглецеве волокно”. Це вже не просто модне слово для суперкарів. Це матеріал, який вирішує феномен між зниженням ваги та безпекою.
Що таке вуглецеве волокно?
Вуглецеве волокно – це полімер, що складається з тонких, але міцних вуглецевих кристалічних ниток. Ці нитки збираються в пучки та переплітаються, утворюючи тканину. Потім тканина вбудовується у матрицю зі смоли. Результат? Дуже міцний та дуже легкий композитний матеріал.
За вагою він твердіше стали. Міцніше алюмінію. І він не іржавіє.
Чи може ця речовина стати ключем до припинення нашої нафтової залежності?
Вуглецеве волокно – це не магія. Це композитний матеріал, що складається з мікроскопічних вуглецевих волокон, які тонші за людську волосину. Нитки скручуються у пряжу, вплітаються в тканину, а потім просочуються смолою. Уявіть собі форму розміром із дорослої людини. Налийте смолу у форму і додайте затверджувач, щоб надати матеріалу постійну форму.
Інженери люблять цей матеріал. Він у 5 разів міцніший від сталі. Він удвічі твердіший. А вага знижується приблизно на дві третини.
Більшість автомобілів використовують сталь. Заміна її на вуглецеве волокно знижує вагу автомобіля на 60%. Це не просто цифра. Це прямий спосіб підвищити ефективність. Витрата палива знижується на 30%. Викиди парникових газів скорочуються на 10-20%. Немає необхідності змінювати двигун. Ви отримаєте більше миль на галон у тому ж обладнанні.
Як вуглецеве волокно може вирішити нафтову кризу
Розрахунок простий. Більш легкого автомобіля потрібно менше енергії для руху. Якщо виробники будуть створювати більш легкі кузови, їх можна оснащувати дрібнішими, але потужнішими двигунами. Або можна перейти на електричну трансмісію. Запас ходу батареї збільшується, оскільки автомобіль більше не несе значної мертвої ваги. Ось як це працює. Зниження маси, підвищення ефективності та широкі можливості вибору двигунів. Цей матеріал – шлях до вирішення нафтової кризи.
Але якщо він такий ідеальний, чому всі автомобілі не виготовлені з нього?
Чи безпечне вуглецеве волокно для повсякденної їзди?
Безпека – головна турбота покупців. Користування не буде, якщо автомобіль, що їде зі швидкістю 160 миль на годину, на швидкості 50 миль на годину перетвориться на млинець.
Вуглецеве волокно служить довго. У комп’ютерних моделях аварій воно показало продуктивність, еквівалентну сталі. Дивно, але вона не деформується. Воно поглинає удари. Всі гоночні автомобілі Формули-1 виготовлені з вуглецевого волокна. Йдеться не лише про швидкість. Це вимога безпеки. Кокпіт повинен витримувати екстремальні навантаження. Якщо цього достатньо для Формули-1, цього достатньо і для звичайних доріг.
Виробничі вузькі місця
Отже, ми маємо інгредієнти. Є підтвердження безпеки. Заощаджується паливо. Проблема у масштабах. Виробництво вуглецевого волокна займає багато часу. Воно дорого коштує.
Ви не можете видавити купол із вуглецевого волокна на пресі за 3 секунди, як сталь. Процес включає ручне або машинне нанесення шарів, затвердіння в печі або автоклаві та додаткове різання. Це триватиме кілька годин. Іноді навіть цілий день.
Сталеливарний завод продовжує працювати. Це не стосується деталей з вуглецевого волокна. Ціна за фунт висока. Ціна форми буде ще вищою. Кожна деталь потребує точної форми. Бажаєте змінити модель? Створити новий шаблон. Бажаєте виправити помилку? Перепроектуйте.
Економічна доцільність та екологічні переваги
Екологічні переваги є реальними. Доведені технічні переваги. Але не в економіці.
Масове виробництво потребує швидкості. Вуглецеве волокно потребує терпіння. Поки процеси виробництва не стануть швидше і дешевшими, цей матеріал залишиться у сфері високопродуктивних автомобілів. Гонки. Люксові моделі з обмеженим тиражем.
Нафтова криза потребує глобального вирішення. Як працює вуглецеве волокно. Але воно не легко масштабується. Сталь дешева. Вона дуже швидка. Вона всюди.
Тож ми застрягли посередині. Ми знаємо, що майбутнє світле. Ми знаємо, що ця технологія є. Ми не можемо будувати її досить швидко, щоб урятувати планету за ціною, доступною для середнього покупця.
Можливо, це зміниться. Скоріш за все, ні.
Чому вуглецеве волокно все ще залишається преміальним матеріалом
Сьогодні я був у продавця. Ви не знайдете багато автомобілів із вуглецевого волокна поряд з Toyota Corolla. Список серійних автомобілів, що використовують цей матеріал, короткий. Бмв M6. Chevrolet Corvette ZR1. Форд GT. Audi R8. Що їх поєднує? Ціна. Більшість із них починаються від $100 000 і вище.
Вуглецеве волокно дороге, отже, рідкісне. Десять років тому цей матеріал коштував $150 за кілограм. Поточна ціна складає близько 10 доларів за кілограм. Він виглядає дешево. Порівняння зі сталлю. Сталь коштує менше ніж $1 за кілограм. Різниця величезна.
Аналітики кажуть, що вуглецевому волокну потрібно досягти ціни $5 за фунт, щоб стати масовим. Вартість – головна перешкода. Без зниження ціни є малоймовірним, що воно стане життєздатним енергетичним рішенням для масового споживача.
Кошмар з переробкою
Ціна – не єдина проблема. Управління відходами викликає головний біль. Коли автомобіль із сталі утилізується, він плавиться. Сталь можна використовувати для виробництва різних автомобілів та будівель. Це замкнутий цикл.
Вуглецеве волокно порушує цей цикл. Його важко розібрати. Його важко переробити. Переробка послаблює міцність волокон. Вуглецеве волокно, витягнуте зі списаних автомобілів, недостатньо міцне створення нових автомобілів. Це велика проблема.
Більше автомобілів із вуглецевого волокна заощадили б нафту. Вони також створюють відходи, з якими ми все ще не знаємо, як упоратися.
Зараз вуглецеве волокно дуже легке. Дуже міцне. Воно безпечне. Воно могло б допомогти вирішити нафтову кризу. Але воно дороге. І його важко переробляти. Поки що це лише маленький шматочок енергетичної головоломки. Це поєднується із потужним двигуном. Матеріали дешевші. Найкраще водіння. Ось справжнє рішення.
Алюміній: практична альтернатива?
Автомобільні виробники шукають матеріали, які легші та дешевші. Алюміній відповідає цим вимогам. Він не такий міцний, як сталь. Але він набагато легший.
Виробники використовують їх у деталях двигуна. Деякі елементи кузова. Він доступний не скрізь. Міцність важлива. Однак алюміній став більш поширеним у сучасних автомобілях завдяки своїй низькій вартості та легкості.
Якщо потрібно дізнатися більше, див. посилання на наступній сторінці.
Алюміній: ще один економник палива?
Пов’язані записи в блозі
- Як працює гібрид Aptera
- Як працює Chevrolet Corvette ZR1 2009 року
- Топ-10 екологічно чистих порад з водіння
- механіки чемпіонату
- Чи може автомобіль проїхати 100 миль на галоні бензину?
- Який автомобіль найдешевший у світі?
Додаткові привабливі посилання
- Вуглецева структура
- Транспортне відділення Національної лабораторії Оук-Рідж
Джерела
- Канелос, Майку. “Автомобілі з вуглецевого волокна з’являються щодня” CNET. http://www.news.com/Here-comes-the-everyday-carbon-fiber-car/2100-1008_3-6114289.html
- Мотаварі, Джіме. «Яка ефективність згоряння внутрішнього двигуна?» http://www.thedailygreen.com/living-green/blogs/cars-transportation/gas-mileage-limit-460513
– Національна лабораторія Оук-Рідж. “Автомобілі з вуглецевого волокна можуть вивести Америку на шлях ефективності.” http://www.ornl.gov/info/press_releases/get_press_release.cfm?ReleaseNumber=mr20060306-00 - Смок, Дуг. «Магній та алюміній є ключем до зниження ваги транспортних засобів.» Design News. http://www.designnews.com/article/CA6553122.html
- Вудіард, Кріс. «Вуглецеве волокно сяє, як алмаз.» USA today. http://www.usatoday.com/money/autos/2005-07-25-carbon-fiber-usat_x.htm
- Soltec. «Лист від президента» http://www.zoltek.com/aboutus/ceo.php
