Rośnie nie tylko cena gazu ziemnego. Nadal rośnie. Eksperci są zgodni, że gwałtowny spadek jest mało prawdopodobny.
Jaki jest powód tego skoku? Wszystko opiera się na prostej ekonomii. Ropa naftowa jest droga, bo ludzie są skłonni za nią płacić. Kilkadziesiąt lat temu posiadanie samochodu było luksusem w bogatych krajach Zachodu. Teraz sytuacja się zmieniła. W krajach takich jak Chiny i Indie każdego dnia przybywają miliony nowych kierowców. Zwiększyła się liczba samochodów. Popyt wzrósł. Ceny stały się wyższe.
Ma to również swoją ciemną stronę. Zasoby ropy są ograniczone. Spalamy go szybciej niż powstaje. Rośnie presja na ograniczenie konsumpcji, zmniejszenie popytu i zwiększenie nadwyżki podaży.
Jednym z najbardziej bezpośrednich sposobów zmniejszenia naszej zależności od ropy naftowej jest zmiana sposobu jazdy. Producenci samochodów reagują. Zmodyfikowali standardowe silniki benzynowe. Wprowadzili hybrydy. Testują paliwa alternatywne. Które rozwiązanie jest jednak najskuteczniejsze? Zmniejsz masę pojazdu.
Fizyka nie kłamie. Mniejsza masa oznacza mniej energii potrzebnej do poruszania pojazdem. Pomyśl o plecaku. Jeśli jest pusty, bardzo łatwo go przenosić. Jeśli wlejesz do niego cegły, staje się to bardzo męczące. To samo tyczy się silnika. Im lżejszy pojazd, tym większa oszczędność paliwa.
Ale nie można po prostu zedrzeć stali i mieć nadzieję na najlepsze. Nie można poświęcać bezpieczeństwa. Siły nie można naruszyć. Jeśli Twój samochód ulegnie uszkodzeniu w wyniku wypadku, zwiększenie ilości przebiegu na galon (MPG) nie pomoże.
Tutaj w grę wchodzi włókno węglowe. To już nie tylko modne hasło dotyczące supersamochodów. To materiał, który rozwiązuje paradoks pomiędzy utratą wagi a bezpieczeństwem.
Co to jest włókno węglowe?
Włókno węglowe to polimer składający się z cienkich, ale mocnych krystalicznych pasm węglowych. Nici te są zebrane w pęczki i splecione, tworząc tkaninę. Tkaninę następnie zatapia się w matrycy żywicznej. Wynik? Bardzo mocny i bardzo lekki materiał kompozytowy.
Waży twardszy niż stal. Mocniejszy niż aluminium. I nie rdzewieje.
Czy ta substancja może być kluczem do zakończenia naszego uzależnienia od ropy?
Włókno węglowe to nie magia. Jest to materiał kompozytowy składający się z mikroskopijnych włókien węglowych, które są cieńsze od ludzkiego włosa. Nici są przędzione na przędzę, wplatane w tkaninę, a następnie impregnowane żywicą. Wyobraź sobie kształt wielkości osoby dorosłej. Wlać żywicę do formy i dodać utwardzacz, aby nadać materiałowi trwały kształt.
Inżynierowie uwielbiają ten materiał. Jest 5 razy mocniejszy od stali. To dwa razy trudniejsze. A waga została zmniejszona o około dwie trzecie.
Większość samochodów wykorzystuje stal. Zastąpienie go włóknem węglowym zmniejsza masę samochodu o 60%. To nie jest tylko liczba. To bezpośredni sposób na zwiększenie efektywności. Zużycie paliwa zmniejsza się o 30%. Emisje gazów cieplarnianych zmniejszają się o 10–20%. Nie ma potrzeby zmiany silnika. Więcej mpg zyskasz na tym samym sprzęcie.
Jak włókno węglowe może rozwiązać kryzys naftowy
Kalkulacja jest prosta. Lżejszy samochód wymaga mniej energii do poruszania się. Jeśli producenci stworzą lżejsze nadwozia, można je wyposażyć w mniejsze, ale mocniejsze silniki. Możesz też przejść na elektryczny układ napędowy. Zasięg akumulatora zwiększa się, ponieważ pojazd nie przenosi już znacznej masy własnej. Oto jak to działa. Mniejsza masa, zwiększona wydajność i szeroki wybór silników. Materiał ten jest drogą do rozwiązania kryzysu naftowego.
Ale skoro jest tak doskonały, dlaczego nie są z niego zrobione wszystkie samochody?
Czy włókno węglowe jest bezpieczne w codziennej jeździe?
Bezpieczeństwo jest główną troską kupujących. Na nic ci się nie przyda, jeśli samochód jadący z prędkością 260 mil na godzinę zamieni się w naleśnik przy 50 mil na godzinę.
Włókno węglowe wytrzymuje długo. W komputerowych modelach awarii wykazał wydajność porównywalną ze stalą. Co zaskakujące, nie odkształca się. Absorbuje wstrząsy. Wszystkie samochody wyścigowe Formuły 1 są wykonane z włókna węglowego. Nie chodzi tylko o prędkość. Jest to wymóg bezpieczeństwa. Kokpit musi wytrzymać ekstremalne obciążenia. Jeśli jest wystarczająco dobry dla Formuły 1, jest wystarczająco dobry na zwykłe drogi.
Wąskie gardła w produkcji
Mamy więc składniki. Jest potwierdzenie bezpieczeństwa. Oszczędza paliwo. Problemem jest skala. Produkcja włókna węglowego zajmuje dużo czasu. To ma swoją cenę.
Nie da się wycisnąć baldachimu z włókna węglowego w 3 sekundy jak stal. Proces polega na ręcznym lub maszynowym nakładaniu warstw, utwardzaniu w piecu lub autoklawie i dodatkowym cięciu. Zajmie to kilka godzin. Czasem nawet cały dzień.
Huta stali pracuje nadal. Nie dotyczy to części z włókna węglowego. Cena za funt jest wysoka. Cena formularza będzie jeszcze wyższa. Każdy szczegół wymaga precyzyjnego kształtu. Chcesz zmienić model? Utwórz nowy szablon. Chcesz naprawić błąd? Przeprojektuj.
Wykonalność ekonomiczna i korzyści dla środowiska
Korzyści dla środowiska są realne. Sprawdzone zalety techniczne. Ale nie w ekonomii.
Produkcja masowa wymaga szybkości. Włókno węglowe wymaga cierpliwości. Dopóki procesy produkcyjne nie staną się szybsze i tańsze, materiał ten pozostanie w dziedzinie pojazdów o wysokich osiągach. Wyścigi. Luksusowe modele z limitowanej edycji.
Kryzys naftowy wymaga globalnego rozwiązania. Jak działa włókno węglowe. Ale nie można go łatwo skalować. Stal jest tania. Jest bardzo szybka. Ona jest wszędzie.
Utknęliśmy więc pośrodku. Wiemy, że przyszłość jest jasna. Wiemy, że taka technologia istnieje. Nie możemy go zbudować wystarczająco szybko, aby uratować planetę, za cenę, na którą może sobie pozwolić przeciętny nabywca.
Być może to się zmieni. Najprawdopodobniej nie.
Dlaczego włókno węglowe jest nadal materiałem najwyższej jakości
Dzisiaj odwiedziłem sprzedawcę. Nie znajdziesz wielu samochodów z włókna węglowego obok Toyoty Corolli. Lista samochodów produkowanych w oparciu o ten materiał jest krótka. BMW M6. Chevrolet Corvette ZR1. Forda GT. Audi R8. Co mają ze sobą wspólnego? Cena. Większość zaczyna od 100 000 dolarów i więcej.
Włókno węglowe jest drogie i dlatego rzadkie. Dziesięć lat temu ten materiał kosztował 150 dolarów za kilogram. Obecna cena wynosi około 10 dolarów za kilogram. Wygląda tanio. Porównanie ze stalą. Stal kosztuje mniej niż 1 dolara za kilogram. Różnica jest ogromna.
Analitycy twierdzą, że włókno węglowe musi osiągnąć cenę 5 dolarów za funt, aby stać się głównym nurtem. Główną przeszkodą są koszty. Bez obniżki ceny jest mało prawdopodobne, aby stało się to opłacalnym rozwiązaniem energetycznym dla masowego odbiorcy.
Koszmar recyklingu
Cena nie jest jedynym problemem. Zarządzanie odpadami przyprawia o ból głowy. Kiedy stalowy samochód jest złomowany, topi się. Ze stali można wykonać różnorodne pojazdy i budynki. To błędne koło.
Włókno węglowe przerywa ten cykl. Trudno to rozgryźć. Trudno go poddać recyklingowi. Recykling osłabia wytrzymałość włókien. Włókno węglowe odzyskane ze złomu samochodowego nie jest wystarczająco mocne, aby stworzyć nowe samochody. To jest duży problem.
Więcej samochodów z włókna węglowego pozwoliłoby zaoszczędzić ropę. Tworzą także odpady, z którymi wciąż nie wiemy, jak sobie poradzić.
Teraz włókno węglowe jest bardzo lekkie. Bardzo trwałe. To bezpieczne. Mogłoby to pomóc w rozwiązaniu kryzysu naftowego. Ale to jest drogie. I trudno go poddać recyklingowi. Na razie to tylko mały fragment układanki energetycznej. Do tego dochodzi mocny silnik. Materiały są tańsze. Najlepsza jazda w historii. Oto prawdziwe rozwiązanie.
Aluminium: praktyczna alternatywa?
Producenci samochodów poszukują materiałów, które są lżejsze i tańsze. Aluminium spełnia te wymagania. Nie jest tak wytrzymały jak stal. Ale jest dużo lżejszy.
Producenci używają go w częściach silnika. W niektórych elementach ciała. Nie wszędzie jest dostępny. Trwałość jest ważna. Jednak aluminium stało się coraz bardziej powszechne w nowoczesnych samochodach ze względu na niski koszt i niewielką wagę.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, zobacz linki na następnej stronie.
Aluminium: kolejna oszczędność paliwa?
Powiązane posty na blogu
- Jak działa hybryda Aptera?
- Jak działa Chevrolet Corvette ZR1 2009
- 10 najlepszych wskazówek dotyczących ekologicznej jazdy
- Mechanika mistrzowska
- Czy samochód może przejechać 100 mil na galonie benzyny?
- Jaki jest najtańszy samochód na świecie?
Dodatkowe atrakcyjne linki
- Struktura węgla
- Oddział Transportu Laboratorium Krajowego w Oak Ridge
Źródła
- Kanelos, Mike. „Samochody z włókna węglowego pojawiają się codziennie” CNET. http://www.news.com/Here-comes-the-everyday-carbon-fiber-car/2100-1008_3-6114289.html
- Motavari, Jim. „Jaka jest wydajność spalania silnika wewnętrznego?” http://www.thedailygreen.com/living-green/blogs/cars-transportation/gas-mileage-limit-460513
- Krajowe Laboratorium w Oak Ridge. „Samochody z włókna węglowego mogą skierować Amerykę na ścieżkę wydajności”. http://www.ornl.gov/info/press_releases/get_press_release.cfm?ReleaseNumber=mr20060306-00
- Dym, Doug. „Magnez i aluminium są kluczem do zmniejszenia masy pojazdu”. Nowości projektowe. http://www.designnews.com/article/CA6553122.html
- Woodyard, Chris. „Włókno węglowe świeci jak diament”. Stany Zjednoczone dzisiaj. http://www.usatoday.com/money/autos/2005-07-25-carbon-fiber-usat_x.htm
- Soltec. „List od Prezydenta” http://www.zoltek.com/aboutus/ceo.php
