Что такое углеволокно (карбон) и как оно может спасти нас от нефтяного кризиса?

Действительно, цены на топливо из нефтепродуктов сегодня дорожают, и, если автомобиль всё дальше отходит от сравнения с роскошью, то его повседневное использование как средства передвижения - вот что становится настоящей роскошью. Вообще, раньше считалось, что всего несколько стран имели достаточно богатства, чтобы владение автомобилем в них носило массовый характер, в то время как остальные страны не могли позволить себе такую роскошь. Сегодня же, особенно, по мере того как Индия и Китай испытывают существенный рост автомобилизации, вызывая больше спроса и повышения цен на бензин и дизельное топливо и, соответственно, нефть, мы медленно, но верно, а, что ещё хуже, нарастающим темпом движемся к нефтяному кризису. Но гораздо важнее высокой стоимости нефти является тот факт, что это - конечный ресурс: в один прекрасный день мы исчерпаем все ресурсы нефти в недрах Земли, а, если Вы читали статью о том, как работает нефтепереработка, то Вы знаете, что заново нефть формируется долгие и долгие века.

2005 год: Volkswagen представил свой новый концепт-кар EcoRacer. Кузов автомобиля изготовлен из углеродного волокна.

Что такое углеволокно?

Прежде чем Вы сможете понять, как углеродное волокно может помочь решить нефтяной кризис, Вам необходимо понять, что это такое. Углеволокно или "углеродное волокно" или по-простому "карбон" (точнее, карбоновое волокно) - это суперпрочный материал и одновременно очень лёгкий материал. Инженеры и дизайнеры очень его любят, поскольку он аж в пять раз прочнее стали и в два раза жёстче, но весит примерно на две трети меньше. Углеродное волокно - это, в основном, очень тонкие нити углерода - настолько тонкие, что они тоньше даже, чем человеческий волос. При этом, нити углеволокна могут быть скручены вместе, словно пряжа, как ткань. Останется только придать карбону постоянную форму, и делается это с помощью пластика или жёсткой смолы (вроде того как бы Вы сделали что-то из папье-маше, придавая ему форму).

Большинство автомобильных компонентов изготовлено из стали. Замена стальных деталей кузова на углеволокно снизило бы вес большинства автомобиля максимум на 60 процентов. А 60-процентное падение в весе, в свою очередь, снизило бы расход топлива машины на целых 30% и, соответственно, сократило бы выбросы парниковых газов и другие на 10-20% (по данным Oak Ridge National Laboratory). На самом деле, в глобальных масштабах это была бы огромная экономия топлива, даже несмотря на то, что двигатель автомобиля оставался бы чугунно-стальным/алюминиевым. Снижение веса автомобиля вкупе с повышением эффективности использования топлива с учётом развития различных видов двигателей - вот как современный карбон может решить нефтяной кризис.

Но подождите! Если углеволокно, действительно, настолько полезно, то почему оно не так широко применяется в автомобилях на сегодняшний день?

Насколько безопасно углеволокно?

Безопасность является серьёзной проблемой для покупателей автомобилей. Автомобиль, который получает расходует на 30% меньше топлива, безусловно, очень и очень хорошо, но он не принесёт Вам много хорошего, если не поможет спасти Вашу жизнь в аварии. Хорошей новостью является то, что углеродное волокно так же безопасно, как и сталь. Моделирования краш-тестов и реальные краш-тесты показывают, что карбоновые автомобили так же хорошо сохраняются при ДТП, как и стальные автомобили. На самом деле, почти все гоночные автомобили Формулы Один выполнены из углеродного волокна, что подтверждает безопасность этого материала.

Минусы углеволокна

Если вернуться из будущего в настоящее, то Вы можете заметить, что сегодня очень редкий автомобиль на самом деле построен из карбона. По правде говоря, всего несколько десятков моделей машин, использующих углеволокно, доступны для продажи. Среди них BMW M6, где небольшие панели углеродного волокна применены для защиты кузова, Chevrolet Corvette ZR1 и Ford GT. Audi R8 также включает в себя некоторые детали из карбона.

Что общего имеют эти автомобили? Правильно, они стоят много денег - порядка нескольких миллионов рублей. Сегодня можно редко увидеть автомобиль из углеродного волокна, потому что это дорого! 15 лет назад углеродное волокно стоило около $300 за килограмм. Сейчас цена составляет около $20 за кило. Сталь, с другой стороны, стоит меньше, чем 20 рублей за килограмм (речь не о ломе чёрного металла, конечно, а о высококачественной стали для изготовления авто). Многие аналитики говорят, что для того, чтобы углеволокно стало широко использоваться в автомобилестроении, нужно, чтобы сделать его цена опустилась хотя бы примерно до 1 доллара за килограмм. Стоимость является основным препятствием, которое углеродного волокну ещё предстоит преодолеть, прежде чем оно сможет обеспечить жизнеспособное решение для энергетики в автомобилестроении.

Второе препятствие - это утилизация отходов. Что происходит, когда типичный автомобиль стареет и, таким образом, приходит в негодность - ржавеет? Верно, его сталь может быть расплавлена и использована для производства другого автомобиля (или здания или чего-нибудь ещё). Углеволокно, в свою очередь, не может быть расплавлено, и пока никто не придумал, где можно использовать вторичное сырьё из него. После переработки утилизированное углеволокно не так прочно, как это было до переработки. Таким образом, большее число машин, использующих карбон, позволит сэкономить много нефти, но это также может генерировать много отходов.

На фоне таких недостатков углеволокна производители автомобилей смотрят и на другие материалы, чтобы сделать автомобили легче. И один из таких материалов - алюминий. Хотя алюминий не так прочен, как сталь, он всё же гораздо легче. Что делает его хорошим материалом для некоторых компонентов автомобиля, в том числе деталей двигателя и некоторых узлов шасси машины. Так как алюминий не очень прочен, его нельзя применять везде, где сегодня используется сталь, но его низкая стоимость и лёгкий вес позволяют ему довольно широко распространиться в современных автомобилях. Но ещё у алюминия есть свой существенный недостаток - он "устаёт"; это означает, что в алюминии (как и в любом другом металле) появляются микротрещины, которые со временем под нагрузкой разрастаются, и приводят попросту к перелому детали (почитайте про недостатки алюминиевых рам велосипедов - Вы найдёте более подробную информацию о таком свойстве алюминия).