Kolvetni: Á næstu áratugi, verður það dottið út, uppfært eða verður að barginn verði?

Kolvetni, efni sem einu sinni var takmarkað við forréttindi rúmferðaiðunnar, hefir nú dulið inn í hverja lífssvið okkar. Frá hjólabíkum og bílum, yfir vindorkuhrífa og íþróttatækjum, hefir kolvetni fengið nafnið „svartholt“ vegna afar mikillar styrkleika og lágþyngdar.

En hvert mun kolefnissúrefni fara á komandi áratug? Verður það skipt út fyrir nýjungar efni? Munu betri gerðir koma til? Gæti verð þess orðið jafn aðgengilegt og stál? Við skulum skoða framtíðarspá kolefnissúrefsins saman.

Verður kolefnissúrefni skipt út fyrir eitthvað annað í framtíðinni?

A: Ekki á stuttan tíma, en keppindefni eru að koma fram.

Aðalforrit kolefnissúrefsins liggur í ódælum álagshaldi (sterkju-til-þyngdarhlutfalli) og álagshlíf (stífna-til-þyngdarhlutfalli). Á næstu árum, sérstaklega í loftslögnunum, hámarka í íþróttatækjum og í hlutum með hávirki í bílaframleiðslu, mun kolefnissúrefni halda sig uppi sem yfirráðandi efni.

Hins vegar eru nokkur efni að bjóða kolefnissúrefni á keppina á ákveðnum sviðum:

Samsetningar með grafení: Grafén-samsetningar hafa sýnt möguleika á að ná yfir kolefnissúrefni í tilraunastofnu, en massaproduktur og kostnaður eru enn mikil vandamál.

Háþrýstingur glösur: Nýjustu kynslóðir glösur nálgast inngangsdeilda karbónsúlur í ákveðnum eiginleikum en eru verulega ódýrari, sem minnkar markaðshluta karbónsúlunnar á lággildi markaði.

Samsetningar úr auðlindum: Þegar varanlegri framleiðsla nær alþjóðlegri samningi er aukið notkun á samsetningum úr plöntusúlum í ákveðnum ekki-burðarhæfum forritum.

Karbónsúla er ómunandi í hágæðisforritum, en mun stöndum við aukna keppni á mið- til lággildi markaði.

Er til hærri flokkur karbónsúlu?

A: Takmörkuðar framvindur hafa orðið, en eðlisfræðileg takmörkun er enn áfram.

Flokkur karbónsúlunnar er aðallega ákveðinn með dragspennustífni (stífni). Hæsti flokkurinn sem er í boði í dag, M65J karbónsúla, hefur náð dragspennustífni 640 GPa, sem nálgast kenningarheimskann á 1000 GPa.

Komulag karbónsúlunnar mun einblína á eftirfarandi sviðum:

Aukning á afköstum: Þróunartæknifræði (t.d. kolefnissíur) og nýjar upprunaeiningar (t.d. fyrirbrigði frá pitch yfir í eftirlæti margbreytilegri mönnum) gefa tækifæri til að bæta eiginleika kolefnisvefa um 10-20%.

Fjölundirbúin samþætt kerfi: Komandi kolefnisvefir munu fara fram yfir gerðaráform, og gætu innihaldið ræðslueiginleika eins og raunleitni, varmaleiðni og sjálfgerð viðgerðarmöguleika.

Sjálfbærir kolefnisvefvar: Vefur úr upprun aeiginlegum efnum (eins og lígníni) eru í þróun. Þó að afköst séu nokkuð lægri, minnka þeir kolefnisafslögg ungmiklu.

Athugið: Þegar afköst nálgast kenningarheimsmörk, munu rannsóknir og þróun dýrari verða í rásarferli, sem gæti takmarkað viðskiptavægi dýrmáttra kolefnisvefa. notkun .

Geti kolefnisvefur orðið ódýrir?

A: Að hluta leyti, en hámarks vörur munu halda dýrum verði.

Verð á kolefnissúrefni er áhrifafullt af mörgum þáttum og gæti breyst á næstu áratugum:

Þættir sem draga niður verð:

(1) Aukin framleiðsla: Heimsmarkaðsgeta í framleiðslu er væntanleg að hækka frá 200.000 tonnum árið 2023 til yfir 400.000 tonn árið 2030.

(2) Lægri kostnaður við útgangsmaterial: Verð á akrylnítril (aðalútgangsmaterialið fyrir kolefnissúrefni) er væntanlegt að minnka með nýjungum innan efnafræðitækni.

(3) Nýjungir í framleidsluferli: Tækni fyrir hröðun oxunarsameindar-myndunar og hitun með örvargeislum mun minnka orkubreiðslu og kosta.

(4) Þroskin endurnýjunartækni: Stórskala endurnýjun mun minnka háð á nýju síðum.

Verðahömlur:

(1) Orkuþyngd framleiðsla: Framleiðsla kolefnissúrefsins kröfur mikið af orku, og sveiflur í orkuverði hafa beinan áhrif á kostnaðinn.

(2) Tæknilegar hömlur fyrir hámarksvara: Framleiðslutæknin fyrir kolefnissúrefni fyrir loftfarasviði er enn takmörkuð fjölda fyrirtækja.

(3) Afköstun á móti kostnaðarjafnvægi: Betri afköst felast oft í hærri kostnaði.

Verðspá:

(1) Algengur kolefnissúrefni (T300 flokks): Verðið gæti lækkað frá núverandi 15–20 Bandaríkjadóllur á kílógrammi til 10–12 Bandaríkjadóllura á kílógrammi.

(2) Iðnismyndar kolefnissúrefni: Muni keppast við ál og stál í mið-til-lággæðis forritum.

(3) Loftfarasviðsmyndar kolefnissúrefni: Mun halda háu verði, væntanlegt yfir 100 Bandaríkjadóllum á kílógrammi.

Þrjú mikilvægustu framtíðartrend

I. Mismunun notkunarsviða: Hágæðisgreinar (loftfar, súperbílar) leita að hámarks afköstum óháð kostnaði; neytendamarkaðir (bílar, íþróttatæki) leggja áherslu á kostnaðarnýtingu, sem fer á undan stórfelldri framleiðslu.

III. Endurskipulag svæðishegningar: Kínverskur flýtigangi kolefnissúrefnisframleiðslu mun breytast frá innflytjandabundinni að sjálfsefni og alaglöpakeppnishæfni, sem getur valdið breytingum á heimsmarkaðsverðskipulagi kolefnissúrefnis.

Framtíð karbónskeps verður hvorki alveg komið í stað né orðið almenningseigandi. Í staðinn mun hún fara á sundruligum braut: hágæðaflokkurinn verður fínlindari, innstigsmöguleikarnir aðgengilegri, en miðgáttin munið mestu umbreytingunni.

Sama og stálurinn hvergi hvarf við komin álfus, mun karbónskep sér á sér ómunandi níð í efnilandsleitinni, endurskiptis að hætta nýjum áskorunum og kröfum.

Ákveðin bæði af sjálfbærishyggju og kröfum um hámarks árangur, er ákveðið að næstu áratugur karbónskeps verði ferð sem einkennist af nákvæmri jafnvægi.