חדשות רכב ותחבורה

סיבי פחמן בהישג ידך: נמצאה דרך להוזלת הייצור

תקציב מחקר של ממשלת ארה"ב איפשר לקבוצת חוקרים לייצר סיבי פחמן מפסולת צמחית במקום מנפט. השיטה מוזילה את הייצור ושומרת על הסביבה

קבוצת חוקרים של 'המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת' בארה"ב פיתחה שיטה לייצור אחד הרכיבים החשובים לתעשיית הפלסטיקה והחומרים המורכבים, אשר תאפשר להפיק אותו מביומסה של צמחים במקום מתזקיקי נפט. בדרך זאת אפשר להתגבר על בעיית הרעילות של החומר ולהוזיל משמעותית את תהליך הייצור כולו. הקבוצה פרסמה לאחרונה מאמר אודות התהליך החדשני בירחון המדעי החשוב 'סאיינס', ומתכוונת לעבור בחודשים הבאים לשלב מתקדם יותר לקראת ייצור תעשייתי של החומר.

 

 

חומרים מורכבים הם "הגביע הקדוש" של תעשיית הרכב, והתחליף האולטימטיבי לשימוש בפלדה ובאלומיניום, מפני שבאמצעותם אפשר לייצר חלקי מרכב שמתברכים ביתרונות רבים ושונים. ראשית, חומרים מורכבים הינם קלים, לכן שימוש בהם מקטין את המשקל הכולל של כלי רכב, וזה חוסך באנרגיה שנדרשת להנעה (בין אם דלק או חשמל), ומצמצם את זיהום האוויר במקביל לשיפור ניכר בביצועי התאוצה וביכולות הדינמיות של כלי הרכב.

שנית, אפשר לעצב חלקים שבנויים מחומרים מורכבים בדרך מדויקת יותר ולהתאים אותם בקלות גם לדרישות עיצוב לא קונבנציונליות, ובהיעדר מתכת הם גם לעולם לא מתחמצנים ומחלידים וגם לא דורשים טיפולי הגנה או צביעה. נכון להיום נעשה שימוש בסיבי פחמן בתעשיית הרכב כ"סיבי פחמן מרוכבים" (CFP) או ב"סיבי פחמן מחוזקי פלסטיק" (CFRP) .

כמובן שאם הכל כל כך טוב חייב להיות משהו פחות טוב שמונע מאיתנו לנהוג במכוניות שבנויות מחומרים מורכבים, והדבר הזה הוא תהליך הייצור היקר שלהם, אשר כרוך בין השאר בהפקת חומר שנקרא אקרילוניטריל (acrylonitrile) ומופק מתזקיקי נפט. כמעט כל האקרילוניטריל מיוצר בימינו בתהליך תעשייתי שבו נעשה שימוש בפרופילן (שמופק מתזקיק נפט), אמוניה וחומר קטליטי בטמפרטורות גבוהות, וזהו תהליך עתיר אנרגיה שבמהלכו משתחררים לאוויר מימן ואדי ציאניד. עלות האקרילוניטריל מהווה יותר ממחצית מעלות הייצור של סיבי פחמן, בין השאר מכיוון שגם לאחר כ-60 שנות פיתוח תעשייתי זהו עדיין תהליך ייצור מסובך ורעיל, שעלותו הסופית "סובלת" מתנודתיות במחיר הנפט הגולמי.

אקרילוניטריל נחוץ לא רק לייצור סיבי פחמן אלא למגוון חומרים שכולנו משתמשים בהם מידי יום, ובין השאר נעשה בו שימוש בתהליכי ייצור של סיבי אקריליק עבור שטיחים, בגדים, בדים, מיכלי מזון, חומרי אריזה, ואפילו צעצועים לילדים. עבור כל קילוגרם של סיבי פחמן נדרשים שני קילוגרם אקרילוניטריל.

 

 

משרד האנרגיה האמריקני, במאמץ להיגמל מן השימוש בנפט, הקים בין השאר את 'המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת' (NREL) אשר נהנית מתקציב שנתי של כ-11 מיליון דולר. מעבדה זאת רשמה לאחרונה בקשת פטנט על תוצאות מחקר שגילה שיטה להפקת אקרילוניטריל מביומסה צמחית – כלומר ממקור מתחדש של גידולים צמחיים או אפילו פסולת צמחית, או מסוכרים – ובאופן לא רעיל והרבה יותר זול.

במאמר באתר של NREL מדווחת קבוצת החוקרים על כך שהשיטה שלהם מגדילה את יעילות הייצור של החומר מרמה של 80-83% עד ל-96-100%, וששימוש בביומסה צמחית יוזיל את עלות החומר לרמה של פחות מ-2 דולר לקילוגרם. במקום בפרופילן נעשה שימוש בביומסה תאית, כלומר שיירי עץ, עשבים, או אפילו נייר ממוחזר, או, לחילופין, בסוכרים מבוססי עמילן, והביומסה הזאת מותססת לתוך חומר חומצי ולאחר מועברת דרך חומר קטליטי.

השיטה החדשה דורשת תהליך תעשייתי פשוט וזול אשר לא פולט מימן וציאניד ועושה שימוש בחומר קטליטי זול. שימוש בחומרי גלם ממקורות מתחדשים יסייע לא רק לגמילה מנפט אלא גם ליציבות המחיר היות שהוא לא יהיה תלוי יותר בתנודתיות של מחירי הנפט.

 

תצוגת אופנה של בגדים עשויים מאריגי סיבי פחמן

השלב הבא של המחקר, אשר צפוי להסתיים עוד השנה, יהיה להגיע לייצור תעשייתי של כ-250 ק"ג של אקרילוניטריל ולבדוק את ההתאמה של החומר לייצור סיבי פחמן. חוקרי המעבדה סבורים שמדובר בפריצת דרך אשר תוזיל את עלויות הייצור של סיבי פחמן, מה שיאפשר שימוש נרחב בחומר הזה גם בתעשיית הרכב וגם בתעשיית התעופה.