用煉油殘渣造車？新工藝將其轉化為輕質碳纖維成本更低

2022-04-02 21:26:59 來源: 財聯社

財聯社（上海，編輯黃君芝）訊，為了控制溫室氣體排放，提高電動汽車的續航里程，全世界都在努力提高汽車和其他車輛的能效。與此同時，人們正在尋找一種更輕、強度更強、可用于汽車車身的材料。

由碳纖維制成的輕質材料，類似于某些網球拍和自行車所用的材料，結合了超高的強度和低重量的優點，但這些材料的生產成本比由鋼或鋁高，影響了其大規模應用的速度。

近期，麻省理工學院（MIT）和其他地方的研究人員已經想出了一種方法，從一種超廉價的原料中提煉出輕質纖維。這種原料是石油煉制過程中產生的重而粘稠的廢料，煉油廠通常用于生產瀝青等低價值材料，或者最終將其作為廢物處理。

據稱，新型碳纖維不僅成本低廉，而且比傳統碳纖維材料更有優勢，因為它具有抗壓強度，這意味著它可以用于承重。這一研究成果已于近期發表在了《科學進展》（Science Advances）雜志上。

這項研究大約始于四年前，以響應美國能源部（Department of Energy）的要求。當時能源部正在尋求通過降低整體重量來提高汽車效率并減少燃料消耗的方法。研究人員Ferralis說，“如果你看看現在的同一款車，與30年前相比，它明顯更重。同類型汽車的重量增加了15%以上。”

一輛汽車若本身重量增加，就需要更大馬力的發動機，更強勁的制動器等，所以減輕車身或其他部件的重量會產生連鎖反應，從而進一步減輕汽車總重。美國能源部正在推動輕型結構材料的發展，這些材料的安全性可以與今天的傳統鋼板相媲美，而且其制造成本也足夠低，有可能完全替代標準車輛中的鋼材。

由碳纖維制成的復合材料并不是一個新想法，但到目前為止，在汽車行業，它們只被用于幾款非常昂貴的車型。這項新研究旨在通過提供一種低成本的原材料和相對簡單的加工方法來扭轉這種局面。

Ferralis表示，用于汽車的優質碳纖維，目前的價格至少為每磅10到12美元，“可能會更高”，而用于航天器組件等特殊用途的碳纖維，每磅價格可達數百美元。相比之下，鋼鐵的價格約為每磅75美分，鋁的價格為每磅2美元。按照這個價格，用碳纖維制造一輛皮卡的成本大約會增加一倍。

據悉，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的石油產品開始，而是使用提煉過程后剩下的渣油。

通過仔細模擬組成分子之間的鍵形成和交聯方式，研究人員開發出了一種方法來預測給定的一組加工條件將如何影響最終的纖維性能。他們說，“我們能夠以如此驚人的準確性重現結果，以至于公司可以利用這些圖表預測纖維的密度和彈性模量等特征。”

這項工作產生的結果表明，通過調整起始條件，產出的碳纖維不僅可以像大多數碳纖維一樣具有很強的張力，而且還具有很強的壓縮性，這意味著它們可以用于承重。他們說，這為這些材料的用途開辟了全新的可能性。

美國能源部呼吁將輕質材料的成本降低到每磅5美元以下，但麻省理工學院的研究小組估計，他們的方法可以做得更好，達到每磅3美元左右，盡管他們尚未進行詳細的經濟研究分析。

“我們正在開發的新路線不僅僅是成本效應，”Ferralis補充說，“它可能會開辟新的應用，而且不一定是用于車輛。”

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