Ugljenično vlakno: Tokom naredne decenije, da li će biti zamenjeno, nadograđeno ili svedeno na nisku cenovnu oznaku?

Карбонско влакно, материјал који је некада био ограничен само за елитне области попут аеросвема, сада је незапажено продрло у све аспекте нашег живота. Од бициклица до аутомобила, од лопатица ветрогенератора до спортске опреме, карбонско влакно је заслужило надимак „црно злато“ због изузетне чврстоће и лаке тежине.

Али куда ће угљенично влакно кренути у наредној деценији? Да ли ће бити замењено напреднијим материјалима? Да ли ће се појавити варијанте вишег квалитета? Да ли ће његова цена постати подједнако доступна као и код челика? Истражимо заједно будућу траекторију угљеничног влакна.

Да ли ће угљенично влакно бити замењено у будућности?

О: Не у кратком року, али појављују се конкурирајући материјали.

Основна предност угљеничног влакна лежи у његовој непремостивој специфичној чврстоћи (однос чврстоће и тежине) и специфичном модулу (однос крутоће и тежине). У наредном периоду, нарочито у аеропростору, висококвалитетној спортској опреми и секторима високих перформанси аутомобила, угљенично влакно ће остати доминантно.

Међутим, неколико материјала изазива угљенично влакно у одређеним областима:

Композити појачани графеном: Графенски композити показали су потенцијал да надмаше угљенично влакно у лабораторијским условима, мада масовна производња и цена и даље представљају значајне препреке.

Стаклена влакна високих перформанси: Нове генерације стаклених влакана прилазе улазном нивоу карбонских влакана по одређеним особинама, а драстично су јефтинија, чиме смањују учешће карбонских влакана на доњем делу тржишта.

Композити на биолошки бази: Како одрживост све више добија глобални консензус, све већа је употреба композита из биљних влакана у одређеним неструктурним применама.

Карбонска влакна остају незамењива у висококвалитетним применама, али ће сусрести све оштрију конкуренцију на тржишту средњег и доњег сегмента.

Постоји ли виши квалитет карбонског влакна?

Одговор: Постигнути су ограничени прориви, али физичке границе и даље постоје.

Квалитет карбонског влакна углавном одређује модул затега (кртост). Највиши тренутно доступни квалитет, М65Ј карбонско влакно, достигао је модул затега од 640 ГПа, прилазећи теоретској граници од 1000 ГПа.

Будући развој карбонских влакана биће усмерен на следећа подручја:

Оптимизација перформанси: Кроз нанотехнологију (нпр. додавање угљеничних наноцева) и нове прекурсоре (нпр. прелазак са пича на перспективније полимере), својства угљеничних влакана и даље имају потенцијал побољшања од 10-20%.

Мултифункционална интеграција: Будућа угљенична влакна ће надмашили структурне примене, потенцијално укључујући интелигентне карактеристике попут електричне проводљивости, топлотне проводљивости и способности само-лијечења.

Одговарајућа угљенична влакна: Влакна направљена од биолошких прекурсора (као што је лигнин) су у развоју. Иако имају нешто ниже перформансе, ова влакна значајно смањују емисију угљеника.

Напомена: Како перформансе прилазе теоретским границама, трошкови истраживања и развоја угљеничних влакана вишег квалитета ће експоненцијално расти, што може ограничити њихову комерцијализацију примена .

Могу ли угљенична влакна постати изузетно јефтина?

А: Делимично, али врхунска пРОИЗВОДИ ће остати скупа.

Цена карбонске влакна је под утицајем више фактора и може да се разликује у наредној деценији:

Фактори смањења цена:

(1) Проширена производња: Глобални капацитет производње процењује се да ће порасти са 200.000 тона 2023. године на више од 400.000 тона до 2030. године.

(2) Смањење трошкова прекурсора: Цене акрилонитрила (главни сировина за карбонска влакна) очекује се да ће опасти због напретка у техникама хемијског инжењерства.

(3) Иновације у процесу производње: Брзе технике оксидације-карбонизације и микроталасне технике ће смањити потрошњу енергије и трошкове.

(4) Зреобиле технологије рециклирања: Рециклирање на великој скали ће умањити зависност од првичних влакана.

Баријере за цене:

(1) Енергетски интензивна производња: Производња карбонских влакана захтева значајну количину енергије, а флуктуације цена енергије директно утичу на трошкове.

(2) Техничке баријере за висококвалитетне производе: Технологија производње карбонских влакана за аеропростор остаје концентрисана у рукама ограниченог броја предузећа.

(3) Odnos performanse i cene: Poboljšane performanse često podrazumevaju veće troškove.

Prognoza cena:

(1) Univerzalno ugljenično vlakno (kvalitet T300): Cene bi mogle opasti sa trenutnih 15–20 američkih dolara po kilogramu na 10–12 američkih dolara po kilogramu.

(2) Industrijsko ugljenično vlakno: Biće konkurentno u odnosu na aluminijum i čelik u srednjim i nižim primenama.

(3) Ugljenično vlakno za vazduhoplovnu industriju: Zadržaće visoke cene, procenjuje se da će premašiti 100 američkih dolara po kilogramu.

Tri glavne trendove za budućnost

I. Polarizacija scena primene: Sektori visokog nivoa (vazduhoplovstvo, supersportski automobili) teže maksimalnim performansama bez obzira na cenu; potrošački tržišta (automobili, sportska oprema) stavlja akcenat na odnos cene i kvaliteta, što pokreće masovnu proizvodnju.

III. Regionalna restrukturizacija kapaciteta: Brzi rast kapaciteta za proizvodnju ugljeničnog vlakna u Kini će se pomeriti sa zavisnosti od uvoza ka samoodrživosti i globalnoj konkurentnosti, što može izazvati prilagodbe u svetskoj cenoj strukturi ugljeničnog vlakna.

Будућност угљеничних влакана неће бити ни потпуно замењена ни универзално комерцијализована. Већ ће ићи раздвојеним путем: премијум сегменти ће постати изузетнији, понуда за почетни ниво доступнија, док ће средњи сегмент проћи кроз најзначајнију трансформацију.

Баш како се челик није исчезао с доласком алуминијума, тако ће угљенична влакна изградити свој незамењиви простор у пејзажу материјала, стално се развијајући да би испунила нове изазове и захтеве.

Подстакнута како захтевима одрживости, тако и високим захтевима у погледу перформанси, следећа деценија угљеничних влакана биће пут еволуције обележен изузетном равнотежом.