用煉油殘?jiān)燔?chē)？新工藝將其轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)碳纖維 成本更低
財(cái)聯(lián)社（上海，編輯黃君芝）訊，為了控制溫室氣體排放，提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，全世界都在努力提高汽車(chē)和其他車(chē)輛的能效。與此同時(shí)，人們正在尋找一種更輕、強(qiáng)度更強(qiáng)、可用于汽車(chē)車(chē)身的材料。
由碳纖維制成的輕質(zhì)材料，類似于某些網(wǎng)球拍和自行車(chē)所用的材料，結(jié)合了超高的強(qiáng)度和低重量的優(yōu)點(diǎn)，但這些材料的生產(chǎn)成本比由鋼或鋁高，影響了其大規(guī)模應(yīng)用的速度。
近期，麻省理工學(xué)院（MIT）和其他地方的研究人員已經(jīng)想出了一種方法，從一種超廉價(jià)的原料中提煉出輕質(zhì)纖維。這種原料是石油煉制過(guò)程中產(chǎn)生的重而粘稠的廢料，煉油廠通常用于生產(chǎn)瀝青等低價(jià)值材料，或者最終將其作為廢物處理。
據(jù)稱，新型碳纖維不僅成本低廉，而且比傳統(tǒng)碳纖維材料更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗哂锌箟簭?qiáng)度，這意味著它可以用于承重。這一研究成果已于近期發(fā)表在了《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上。
這項(xiàng)研究大約始于四年前，以響應(yīng)美國(guó)能源部（Department of Energy）的要求。當(dāng)時(shí)能源部正在尋求通過(guò)降低整體重量來(lái)提高汽車(chē)效率并減少燃料消耗的方法。研究人員Ferralis說(shuō)，“如果你看看現(xiàn)在的同一款車(chē)，與30年前相比，它明顯更重。同類型汽車(chē)的重量增加了15%以上。”
一輛汽車(chē)若本身重量增加，就需要更大馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)，更強(qiáng)勁的制動(dòng)器等，所以減輕車(chē)身或其他部件的重量會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而進(jìn)一步減輕汽車(chē)總重。美國(guó)能源部正在推動(dòng)輕型結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展，這些材料的安全性可以與今天的傳統(tǒng)鋼板相媲美，而且其制造成本也足夠低，有可能完全替代標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛中的鋼材。
由碳纖維制成的復(fù)合材料并不是一個(gè)新想法，但到目前為止，在汽車(chē)行業(yè)，它們只被用于幾款非常昂貴的車(chē)型。這項(xiàng)新研究旨在通過(guò)提供一種低成本的原材料和相對(duì)簡(jiǎn)單的加工方法來(lái)扭轉(zhuǎn)這種局面。
Ferralis表示，用于汽車(chē)的優(yōu)質(zhì)碳纖維，目前的價(jià)格至少為每磅10到12美元，“可能會(huì)更高”，而用于航天器組件等特殊用途的碳纖維，每磅價(jià)格可達(dá)數(shù)百美元。相比之下，鋼鐵的價(jià)格約為每磅75美分，鋁的價(jià)格為每磅2美元。按照這個(gè)價(jià)格，用碳纖維制造一輛皮卡的成本大約會(huì)增加一倍。
據(jù)悉，碳纖維通常由從石油中提取的聚合物（如聚丙烯腈）制成，但使用了一個(gè)昂貴的中間步驟，即將碳化合物聚合，而這種聚合物的成本可以占最終纖維總成本的60%以上。但上述新方法不是從那些提煉和加工過(guò)的石油產(chǎn)品開(kāi)始，而是使用提煉過(guò)程后剩下的渣油。
通過(guò)仔細(xì)模擬組成分子之間的鍵形成和交聯(lián)方式，研究人員開(kāi)發(fā)出了一種方法來(lái)預(yù)測(cè)給定的一組加工條件將如何影響最終的纖維性能。他們說(shuō)，“我們能夠以如此驚人的準(zhǔn)確性重現(xiàn)結(jié)果，以至于公司可以利用這些圖表預(yù)測(cè)纖維的密度和彈性模量等特征。”
這項(xiàng)工作產(chǎn)生的結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)整起始條件，產(chǎn)出的碳纖維不僅可以像大多數(shù)碳纖維一樣具有很強(qiáng)的張力，而且還具有很強(qiáng)的壓縮性，這意味著它們可以用于承重。他們說(shuō)，這為這些材料的用途開(kāi)辟了全新的可能性。
美國(guó)能源部呼吁將輕質(zhì)材料的成本降低到每磅5美元以下，但麻省理工學(xué)院的研究小組估計(jì)，他們的方法可以做得更好，達(dá)到每磅3美元左右，盡管他們尚未進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)研究分析。
“我們正在開(kāi)發(fā)的新路線不僅僅是成本效應(yīng)，”Ferralis補(bǔ)充說(shuō)，“它可能會(huì)開(kāi)辟新的應(yīng)用，而且不一定是用于車(chē)輛。”
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