Көміртегі талшық: Келесі онжылдықта оның орнын басатын, жаңартылған немесе арзан бағаға дейін төмендетілетін болады ма?

Бір кезде ғарыш саласына шектелген көміртегі талшық қазір біздің өміріміздің әрбір жағына тыныштықпен енді. Велосипедтерден бастап автомобильдерге, жел турбиналарының жүктерінен спорт құрал-жабдықтарына дейін көміртегі талшық өзінің ерекше беріктігі мен жеңілдігі арқасында "қара алтын" деп аталды.

Бірақ келесі онжылдықта көміртегі талшығы қайда жол жүреді? Оның орнын одан да жетілдірілген материалдар басып тастай ма? Жоғары сортты нұсқалар пайда бола ма? Оның бағасы болат сияқты қолжетімді бола ала ма? Көміртегі талшығының болашақ бағытын бірге зерттейік.

Келешекте көміртегі талшығы орнына басыла ма?

Ж: Қысқа мерзімде емес, бірақ бәсекелес материалдар пайда болуда.

Көміртегі талшығының негізгі артықшылығы өзіне тең келмейтін меншікті беріктігінде (салмаққа қатысты беріктік) және меншікті модулінде (қаттылыққа қатысты қаттылық). Келешекте, әсіресе әуежайлар, жоғарғы санаттағы спорт құрал-жабдықтары мен жоғары өнімді автомобиль салаларында көміртегі талшығы басым болып қала береді.

Дегенмен, бірнеше материалдар белгілі аймақтарда көміртегі талшығына шығыс жасап отыр:

Графенмен күшейтілген композиттер: Зертханалық жағдайларда графен композиттері көміртегі талшығынан тиімділігі жағынан озып шығуы мүмкін, бірақ массалық өндіріс пен баға әлі де үлкен кедергілер болып табылады.

Жоғары өнімді шыны талшықтар: Жаңа буын шыны талшықтардың кейбір қасиеттері баспалдақтық көміртегі талшық деңгейіне жақындап, сонымен қатар едәуір арзан болып келеді, бұл көміртегі талшықтың төменгі сегменттегі нарықтық үлесін азайтуда.

Биологиялық негізде жасалған композиттер: Тұрақты даму әлемдік келісімге ие болған кезде өсімдік талшықтарынан алынған композиттер құрылымдық емес кейбір қолданыстарда барынша кеңінен қолданыла бастады.

Жоғарғы санаттағы қолданыстарда көміртегі талшық алмастырылмайтын болып қала береді, бірақ орта және төменгі сегменттегі нарықта бәсеке барынша қаттылана түседі.

Көміртегі талшықтың одан да жоғары санаты бар ма?

Ж: Шектеулі табыстарға жетілді, бірақ физикалық шектер сақталады.

Көміртегі талшықтың санаты негізінен оның созылу модуліне (қаттылық) байланысты. Қазіргі уақытта қолжетімді ең жоғары санат — M65J көміртегі талшық 640 ГПа-ға дейінгі созылу модуліне ие, бұл теориялық шек болып табылатын 1000 ГПа-ға жақындайды.

Көміртегі талшықтың болашақтағы дамуы келесі бағыттарға бағытталады:

Өнімділікті оптимизациялау: Нанотехнологиялар (мысалы, көміртегі нанотүтікшелерді легирлеу) және жаңа шикізаттар (мысалы, пічтен перспективалы полимерлерге ауысу) арқылы көміртегі талшықтарының қасиеттерін 10-20% жақсарту мүмкіндігі сақталуда.

Көпфункционалды интеграция: Болашақтағы көміртегі талшықтары конструкциялық қолданыстан шығып, өткізгіштік, жылу өткізгіштік және өзін-өзі жөндеу мүмкіндіктері сияқты интеллектуалды функцияларды енгізуі мүмкін.

Тұрақты даму көміртегі талшықтары: Биологиялық шикізаттардан (лигнин сияқты) өндірілетін талшықтар қазіргі уақытта дамытылуда. Олар біраз төмен өнімділік көрсетсе де, көміртек іздерінің мөлшерін едәуір азайтады.

Ерекше: Өнімділік теориялық шектерге жақындаған сайын, жоғары сортты көміртегі талшықтар үшін зерттеу және дамыту шығындары экспоненциалды өседі, бұл олардың коммерциялық қолдану .

Көміртегі талшық ысырап бағалы болуы мүмкін бе?

Ж: Жартылай, бірақ жоғарғы сапалы өнімдер қымбат болып қала береді.

Көміртегі талшық бағасы бірнеше факторлармен анықталады және келесі онжылдықта олардың айырмашылықтары болуы мүмкін:

Бағаны төмендету факторлары:

(1) Өндірісті кеңейту: Жалпы өндіріс қуаттылығы 2023 жылы 200 мың тоннадан 2030 жылға дейін 400 мың тоннадан астам өсуі күтілуде.

(2) Шикізат бағасының төмендеуі: Көміртегі талшықтың негізгі шикізаты — акрилонитрил бағасы химиялық инженерлік әдістердегі жетістіктерге байланысты төмендеуі мүмкін.

(3) Өндірістік процестердегі жаңашылдық: Тез тотығу-көмірлендіру әдістері мен микротолқындық қолдау процестері энергия тұтынуды және шығындарды азайтады.

(4) Жетілген қайта өңдеу технологиялары: Масштабты қайта өңдеу бастапқы талшыққа тәуелділікті азайтады.

Бағаға әсер ететін кедергілер:

(1) Энергияға қажетті өндіріс: Көміртегі талшық өндіру үдерісі үлкен энергия тұтынады, ал энергия бағасының тербелісі тікелей шығындарға әсер етеді.

(2) Жоғары сапалы өнімдер үшін техникалық кедергілер: Аэрокосмостық деңгейдегі көміртегі талшық өндіру технологиясы әлі күнге дейін шектеулі сандағы кәсіпорындарда шоғырланып отыр.

(3) Өнімділік пен құнының тепе-теңдігі: Жақсартылған өнімділік жиі құнының өсуімен байланысты.

Баға болжамы:

(1) Әмбебап көміртегі талшығы (T300 сортты): Құны ағымдағы 15–20 АҚШ доллары/килограммнан 10–12 АҚШ доллары/килограммға дейін төмендеуі мүмкін.

(2) Өнеркәсіптік деңгейдегі көміртегі талшығы: Орта және төменгі сегменттегі қолданбаларда шойын мен болатқа қарсы бәсекелестік жасайды.

(3) Әуежаю деңгейіндегі көміртегі талшығы: Құны жоғары болып қала береді, 100 АҚШ доллары/килограммнан асады деп болжануда.

Болашаққа арналған Үш Ірі Тренд

I. Қолдану сценарийлерінің поляризациясы: Жоғарғы сегмент (әуежаю, суперавтомобильдер) шығындарға қарамастан нәтижеліктің шекті мәнін іздейді; тұтыну нарығы (автокөліктер, спорт құрал-жабдықтары) үлкен көлемді өндірісті ынталандыратын баға-тиімділікті басымдық ретінде қарастырады.

III. Аймақтық қуаттың қайта құрылуы: Көміртегі талшық өндірісінің қуатын жедел ұлғайту Қытай импортқа тәуелділіктен өзі жеткіліктілікке және глобалдық бәсекеге қабілеттілікке қарай ығыстырады және әлемдегі көміртегі талшық бағасының құрылымына түзету енгізуі мүмкін.

Көміртегі талшықтың болашағы толығымен ығыстырылмайды және жалпы тауарға айналмайды. Оның орнына ол әртүрлі бағытта дамиды: жоғарғы санаттағы өнімдер одан әрі жетіледі, бастапқы деңгейдегі ұсыныстар қолжетімдірек болады, ал ортаңғы санат ең үлкен түрленіске ұшырайды.

Алюминий пайда болғаннан кейін болаттың жоғалмағандай, көміртегі талшық материалдар әлемінде өзінің орнын толтыруға болмайтын ерекше нишасын қалыптастырады және жаңа шақырыстар мен талаптарға сай үнемі дамып отырады.

Тұрақты даму қажеттілігі мен жоғары өнімділік талаптарының екеуі де көміртегі талшықтың келесі онжылдығын таразының екі жағындағы сағынышты тепе-теңдікпен белгілейтін даму жолына айналдырады.