Þrjár aðferðir til að létta samgöngutæki

Líklega eiga hraðstígustu framfarirnar á sviði efnistækni í samgöngutækjageiranum nú um stundir sér stað við þróun framleiðslutækni fyrir koltrefjar. Mest ber á þessu við hönnun og smíði flugvéla, en nú einnig í vaxandi mæli í bílaiðnaðinum. 

Um árabil hafa koltrefjar verið notaðar í litlu magni í geimför og hernaðartæki, þar sem kostnaður hefur ekki skipt höfuðmáli.  Flugvélaiðnaðurinn hefur um skeið notað efnið, en framleiðsluferlið hefur verið hægfara, og hefur það staðið notkun koltrefja fyrir þrifum.

Nú hafa verkfræðingar í bílaiðnaðinum komið auga á kosti koltrefja til að létta bílana, og hjá BMW (Bayerische Motoren Werke) hefur mönnum tekizt að þróa framleiðsluaðferð, sem er nú á þröskuldi fjöldaframleiðslu. Þarf 50 % minni orku við framleiðslu hvers bíls af i3 gerð og 70 % minna vatn, en hörgull er á vatni víða ekki síður en sjálfbærri orku. Þarna minnkar BMW umhverfisspor sitt umtalsvert. 

Í spánýrri verksmiðju BMW í Leipzig í Þýzkalandi er hvorki rafsoðið né logsoðið, engin hnoð eru notuð, engar skrúfur og engir boltar.  Einingar eru límdar saman.

Þetta er haft eftir þýzka verkfræðinginum Ulrich Kranz í The Economist 5. desember 2015, en Kranz stjórnar deild BMW í Leipzig, sem framleiðir i3 og i8 rafmagns- og tvinnbíla. Þeir hafa ekki verið kynntir tilhlýðilega til sögunnar á Íslandi. Kynningu á rafmagnsbílum og tengiltvinnbílum er almennt ábótavant hjá bílaumboðunum á Íslandi. 

Koltrefjarnar mynda burðarvirkið í bílunum, en útlits vegna er ytra byrði haft úr hefðbundnu plasti. Ekki er þörf á neinni tæringarvörn og sprautun verður einfaldari og ódýrari en þar sem málmar eiga í hlut. 

Með því að nota koltrefjarnar hefur Kranz og félögum tekizt að vega svo upp á móti miklum þunga rafgeymanna, að bílþunginn er jafnvel minni en jafnstórra bíla með sprengihreyfil.  Burðarvirki bílanna er sterkara en stál, en samt a.m.k. 50 % léttara en sambærilegt stálvirki og u.þ.b. 30 % léttara en ál. Lítill vafi er á, að hér er tónninn sleginn fyrir alla bílaframleiðendur, sem berjast við að draga úr útblæstri eldsneytisknúinna bifreiða og lengja drægni rafbílanna.  

Gríðarleg þróun hefur átt sér stað í framleiðsluhraða koltrefja, og að sama skapi hefur spurn eftir efninu vaxið að hálfu bílaiðnaðarins.  Árið 1980 tók 3000 klst að framleiða koltrefjar fyrir meðalbíl, en árið 2010 var þessi tími kominn niður í um 10 klst.  Á sama 30 ára skeiði hefur eftirspurn bílaiðnaðarins vaxið úr fáeinum kg í 5000 t, og síðan 2010 hefur eftirspurnin hafizt á flug, og notkun bílaiðnaðarins á koltrefjum árið 2025 er spáð að ná allt að 50´000 t, þ.e. að tífaldast á 15 árum. Koltrefjarnar hafa hafið innreið sína í fjöldaframleiðsluferli bíla. 

Þetta er þó aðeins brot af notkun bílaiðnaðarins á stáli og áli í um 100 milljónir farartækja fyrir vegi á ári.  Framleiðendur þessara málma fyrir bílaiðnaðinn girða sig nú í brók (og það er engin heybrók) til að mæta samkeppni frá koltrefjunum.  Stálframleiðendur hafa þróað hástyrks stálplötur, sem eru þynnri, sterkari og léttari en hefðbundnar stálplötur í bíla.  Álframleiðendur þróa ný melmi, sem eru sterkari, auðformanlegri og léttari en fyrri melmi.  Þá hefur verið þróuð aðferð til að sjóða saman ál og stál. 

Koltrefjarnar hafa náð mestri útbreiðslu í flugvélaiðnaðinum.  U.þ.b. helmingur af heildarþunga tómrar Boeing 787 Dreamliner, Airbus A380 og A350, stafar af koltrefjum.  Léttari flugvél brennir minna eldsneyti og losar þá frá sér minna af koltvíildi.  Þær geta flutt fleiri farþega eða meiri fragt og flogið lengra en áður á sama eldsneytismagni.  Þetta þýðir fleiri farþegakílómetra per líter eldsneytis, sem er mælikvarði á eldsneytisnýtni farþegaflugvéla. Ekki er að efa, að hinar nýju Boeing farþegaþotur Flugleiða, sem áformaðar eru í rekstur árið 2018, munu verða smíðaðar að talsverðu leyti úr koltrefjum, enda eiga þær að spara a.m.k. 20 % eldsneytis á farþegakm m.v. núverandi flota félagsins. 

Það er hægt að koma við hagræðingu við framleiðsluna, því að plöturnar geta verið stærri en álplöturnar, og þess vegna er þörf á færri samsetningum. Flugvélaframleiðendur hafa stytt framleiðsluferli koltrefjanna, en það er samt enn óþarflega seinvirkt og dýrt fyrir fjöldaframleidda bíla. 

Þessi þróun lofar ekki einvörðungu góðu fyrir eldsneytisnýtni fartækjanna, heldur lofar hún góðu fyrir væntanlega fartækjakaupendur, þ.m.t. væntanlega bílakaupendur, sem munu njóta ávaxtanna af harðari samkeppni birgja bílaframleiðendanna.   

 

Athugasemdir

[Gunnar Heiðarsson, 1.2.2016 kl. 10:41]

Sæll Bjarni.

Er það rétt munað hjá mér að til hafi staðið að hefja framleiðslu á koltrefjum, eða hráefni í slíka framleiðslu, hér á landi fyrir nokkrum árum síðan? Var ekki Sauðarkrókur nefndur í þessu sambandi?

Eða er ég að rugla þessu saman við eitthvað annað?

[Bjarni Jónsson, 1.2.2016 kl. 18:25]

Það kann einhverjum frömuði að hafa dottið það í hug, en það er enginn viðskiptagrundvöllur til að stofna til slíkrar framleiðslu hér.  Framleiðsluferlið er þrepskipt, og framleiðslan er sérhæfð og flókin og fer fram í grónum efnaverksmiðjum.  Frumvinnslan og samsetning laganna er enn í mótun og ferlið er ekki enn tilbúið í fjöldaframleiðslu fyrir bílaiðnaðinn, en það er stutt í það, 1-2 ár.  Lágt olíuverð ýtir undir þróun koltrefja, því að hráefnið er sótt til jarðolíu.  Ég sé ekki, að Ísland geti boðið upp á neitt samkeppnisforskot við framleiðslu á koltrefjum. 

Með góðri kveðju /