Растет не только цена на природный газ. Она продолжает расти. Эксперты согласны, что резкое снижение маловероятно.
В чем причина этого скачка? Все дело в простой экономике. Нефть дорога, потому что люди готовы за нее платить. Десятилетия назад владение автомобилем было роскошью в богатых западных странах. Теперь ситуация изменилась. В таких странах, как Китай и Индия, ежедневно появляются миллионы новых водителей. Количество автомобилей увеличилось. Спрос вырос. Цены стали выше.
У этого есть и темная сторона. Запасы нефти ограничены. Мы сжигаем ее быстрее, чем она образуется. Растет давление с целью сократить потребление, снизить спрос и расширить избыточное предложение.
Один из самых прямых способов уменьшить нашу зависимость от нефти — изменить подход к вождению. Автопроизводители реагируют. Они модифицировали стандартные бензиновые двигатели. Они представили гибриды. Они тестируют альтернативные виды топлива. Но какое решение наиболее эффективно? Снизить вес автомобиля.
Физика не лжет. Меньшая масса означает меньшее количество энергии, необходимое для перемещения транспортного средства. Подумайте о рюкзаке. Если он пустой, носить его очень просто. Если же в него насыпать кирпичей, это становится очень утомительно. То же самое касается двигателя. Чем меньше вес транспортного средства, тем выше его топливная эффективность.
Но нельзя просто снять сталь и надеяться на лучшее. Безопасность нельзя жертвовать. Прочность нельзя подвергать риску. Если ваш автомобиль поврежден в результате аварии, никакое увеличение пробега на галлон топлива (MPG) не поможет.
Здесь на сцену выходит углеродное волокно. Это уже не просто модное слово для суперкаров. Это материал, который решает парадокс между снижением веса и безопасностью.
Что такое углеродное волокно?
Углеродное волокно — это полимер, состоящий из тонких, но прочных кристаллических углеродных нитей. Эти нити собираются в пучки и переплетаются, образуя ткань. Затем ткань встраивается в матрицу из смолы. Результат? Очень прочный и очень легкий композитный материал.
По весу он тверже стали. Прочнее алюминия. И он не ржавеет.
Может ли это вещество стать ключом к прекращению нашей нефтяной зависимости?
Углеродное волокно — это не магия. Это композитный материал, состоящий из микроскопических углеродных волокон, которые тоньше человеческого волоса. Нити скручиваются в пряжу, вплетаются в ткань, а затем пропитываются смолой. Представьте себе форму размером с взрослого человека. Налейте смолу в форму и добавьте отвердитель, чтобы придать материалу постоянную форму.
Инженеры любят этот материал. Он в 5 раз прочнее стали. Он в два раза тверже. А вес снижается примерно на две трети.
Большинство автомобилей используют сталь. Замена ее на углеродное волокно снижает вес автомобиля на 60%. Это не просто цифра. Это прямой способ повысить эффективность. Расход топлива снижается на 30%. Выбросы парниковых газов сокращаются на 10–20%. Нет необходимости менять двигатель. Вы получите больше миль на галлон при том же оборудовании.
Как углеродное волокно может решить нефтяной кризис
Расчет прост. Более легкому автомобилю требуется меньше энергии для движения. Если производители будут создавать более легкие кузова, их можно оснащать более маленькими, но более мощными двигателями. Или можно перейти на электрическую трансмиссию. Запас хода батареи увеличивается, поскольку автомобиль больше не несет значительного мертвого веса. Вот как это работает. Снижение массы, повышение эффективности и широкие возможности выбора двигателей. Этот материал — путь к решению нефтяного кризиса.
Но если он так идеален, почему все автомобили не сделаны из него?
Безопасно ли углеродное волокно для повседневной езды?
Безопасность — главная забота покупателей. Пользы не будет, если автомобиль, едущий со скоростью 160 миль в час, на скорости 50 миль в час превратится в блин.
Углеродное волокно служит долго. В компьютерных моделях аварий оно показало производительность, эквивалентную стали. Удивительно, но оно не деформируется. Оно поглощает удары. Все гоночные автомобили Формулы-1 сделаны из углеродного волокна. Речь идет не только о скорости. Это требование безопасности. Кокпит должен выдерживать экстремальные нагрузки. Если этого достаточно для Формулы-1, то этого достаточно и для обычных дорог.
Производственные узкие места
Итак, у нас есть ингредиенты. Есть подтверждение безопасности. Экономится топливо. Проблема в масштабах. Производство углеродного волокна занимает много времени. Оно дорого обходится.
Вы не можете выдавить купол из углеродного волокна на прессе за 3 секунды, как сталь. Процесс включает ручное или машинное нанесение слоев, отверждение в печи или автоклаве и дополнительную резку. Это займет несколько часов. Иногда даже целый день.
Сталелитейный завод продолжает работать. Это не относится к деталям из углеродного волокна. Цена за фунт высока. Цена формы будет еще выше. Каждая деталь требует точной формы. Хотите изменить модель? Создайте новый шаблон. Хотите исправить ошибку? Перепроектируйте.
Экономическая целесообразность и экологические преимущества
Экологические преимущества реальны. Доказанные технические преимущества. Но не в экономике.
Массовое производство требует скорости. Углеродное волокно требует терпения. Пока процессы производства не станут быстрее и дешевле, этот материал останется в сфере высокопроизводительных автомобилей. Гонок. Люксовых моделей с ограниченным тиражом.
Нефтяной кризис требует глобального решения. Как работает углеродное волокно. Но оно не легко масштабируется. Сталь дешевая. Она очень быстрая. Она повсюду.
Так что мы застряли посередине. Мы знаем, что будущее светлое. Мы знаем, что эта технология существует. Мы не можем строить ее достаточно быстро, чтобы спасти планету по цене, доступной для среднего покупателя.
Возможно, это изменится. Скорее всего, нет.
Почему углеродное волокно всё ещё остаётся премиальным материалом
Сегодня я был у продавца. Вы не найдёте много автомобилей из углеродного волокна рядом с Toyota Corolla. Список серийных автомобилей, использующих этот материал, короток. BMW M6. Chevrolet Corvette ZR1. Ford GT. Audi R8. Что их объединяет? Цена. Большинство из них начинаются от $100 000 и выше.
Углеродное волокно дорогое, а значит, редкое. Десять лет назад этот материал стоил $150 за килограмм. Текущая цена составляет около $10 за килограмм. Он выглядит дёшево. Сравнение со сталью. Сталь стоит менее $1 за килограмм. Разница огромна.
Аналитики говорят, что углеродному волокну нужно достичь цены $5 за фунт, чтобы стать массовым. Стоимость — главное препятствие. Без снижения цены маловероятно, что оно станет жизнеспособным энергетическим решением для массового потребителя.
Кошмар с переработкой
Цена — не единственная проблема. Управление отходами вызывает головную боль. Когда автомобиль из стали утилизируется, он плавится. Сталь можно использовать для производства различных автомобилей и зданий. Это замкнутый цикл.
Углеродное волокно нарушает этот цикл. Его трудно разобрать. Его сложно переработать. Переработка ослабляет прочность волокон. Углеродное волокно, извлечённое из списанных автомобилей, недостаточно прочно для создания новых автомобилей. Это большая проблема.
Больше автомобилей из углеродного волокна сэкономили бы нефть. Они также создают отходы, с которыми мы всё ещё не знаем, как справиться.
Сейчас углеродное волокно очень лёгкое. Очень прочное. Оно безопасно. Оно могло бы помочь решить нефтяной кризис. Но оно дорогое. И его сложно перерабатывать. Пока что это лишь маленький кусочек энергетической головоломки. Это сочетается с мощным двигателем. Материалы дешевле. Лучшее вождение. Вот настоящее решение.
Алюминий: практичная альтернатива?
Автомобильные производители ищут материалы, которые легче и дешевле. Алюминий соответствует этим требованиям. Он не такой прочный, как сталь. Но он намного легче.
Производители используют его в деталях двигателя. В некоторых элементах кузова. Он доступен не везде. Прочность важна. Однако алюминий стал более распространённым в современных автомобилях благодаря своей низкой стоимости и лёгкости.
Если вы хотите узнать больше, см. ссылки на следующей странице.
Алюминий: ещё один экономитель топлива?
Связанные записи в блоге
- Как работает гибрид Aptera
- Как работает Chevrolet Corvette ZR1 2009 года
- Топ-10 экологически чистых советов по вождению
- Механики чемпионата
- Может ли автомобиль проехать 100 миль на галлоне бензина?
- Какой автомобиль самый дешёвый в мире?
Дополнительные привлекательные ссылки
- Углеродная структура
- Транспортное отделение Национальной лаборатории Оук-Ридж
Источники
- Канелос, Майк. «Автомобили из углеродного волокна появляются ежедневно» CNET. http://www.news.com/Here-comes-the-everyday-carbon-fiber-car/2100-1008_3-6114289.html
- Мотавари, Джим. «Какова эффективность сгорания внутреннего двигателя?» http://www.thedailygreen.com/living-green/blogs/cars-transportation/gas-mileage-limit-460513
- Национальная лаборатория Оук-Ридж. «Автомобили из углеродного волокна могут вывести Америку на путь эффективности.» http://www.ornl.gov/info/press_releases/get_press_release.cfm?ReleaseNumber=mr20060306-00
- Смок, Дуг. «Магний и алюминий являются ключом к снижению веса транспортных средств.» Design news. http://www.designnews.com/article/CA6553122.html
- Вудиард, Крис. «Углеродное волокно сияет, как алмаз.» USA today. http://www.usatoday.com/money/autos/2005-07-25-carbon-fiber-usat_x.htm
- Soltec. «Письмо от президента» http://www.zoltek.com/aboutus/ceo.php
