Автомобілі з дерева і пластику – за ними майбутнє

Можливо, у майбутньому деталі автомобілів виготовлятимуть із дивовижного матеріалу — деревини.

Японські вчені працюють над створенням міцного матеріалу з волокон деревини, на який протягом наступного десятиліття можна було б замінити сталеві деталі в транспортних засобах, про це повідомив канал ВВС.

Копирайт изображения GETTY IMAGES, Image caption Цю модель Citroen 2CV змайстрували з деревини фруктових дерев. Чи можуть машини майбутнього містити дерев’яні деталі?

А ще в цій країні намагаються створити пластик, який зможе витримувати високі температури — для заміни металевих компонентів, наближених до двигуна. Такі інновації — одна з активних спроб автомобільної галузі зменшити вагу машин.

“Зараз є великий попит на те, щоб знизити вагу машин, особливо тих, які більше забруднюють довкілля, на зразок позашляховиків і пікапів”, — розповідає Паоло Мартіно, аналітик основних автомобільних компонентів у компанії IHS Markit.

Легші автівки споживають менше пального. Згідно з заявою міністерства енергетики США, зменшення ваги транспортного засобу на 10% може сприяти економії пального на 8%. Також виробники прагнуть зробити якомога легшими електричні моделі, щоб вони могли більше проїхати на одному заряді. Крім того, це б допомогло побороти страх покупців перед дальніми поїздками, додав пан Мартіно. І саме тут може стати в пригоді скромна деревина. Адже не дарма її тисячоліттями використовували у будівництві кораблів, будинків і виробництві меблів.

Дослідники з Кіотського університету в Японії стверджують, що матеріал, виготовлений з маси деревини, може бути таким самим міцним, як сталь, але на 80% легшим.

Копирайт изображения GETTY IMAGES, Image caption Деревину часто використовували у виробництві деяких автодеталей, але ще ніколи — в безпосередній близькості до двигуна

Вчені піддають деревину хімічній обробці, яка складається з мільйона нановолокон целюлози CNF (cellulose nanofibre), і змішують ці волокна з пластиком. Так утворюється міцний гібридний матеріал, який може замінити сталь у деталях машин, стверджують хіміки.

Професор Хіроюкі Яно, який очолює проект у Кіотському університеті, розповів, що цей матеріал можна використовувати для виготовлення дверних панелей, щитків і капотів. Дослідники розробляють новий матеріал у співпраці з японським урядом, виробниками автомобілів та іншими промисловцями. Целюлозні нановолокна вже використовують у низці виробів: від чорнила до прозорих дисплеїв.

Попри конкуренцію з боку інших легких матеріалів, що вже зарекомендували себе на ринку (наприклад, вуглецевого волокна), професор Яно вірить в успіх деталей на основі CNF як прийнятної альтернативи.

Але Вівек Ваїдья, старший віце-президент консультаційної агенції Frost & Sullivan, має свої сумніви. Він вважає, що масове виготовлення з деревини “некритичних” деталей (все, крім двигуна, трансмісії та коліс) — це реально. Але виробникам цих компонентів потрібно буде встигати за конвеєрним виробництвом автомобілів.

“Більшість компонентів постачають на вимогу, [тож] чи вдасться виробляти деталі з деревини чи іншого органічного матеріалу вчасно —під великим питанням”, — каже пан Ваїдья.

Окрема група дослідників у Японії працює над спеціальним пластиком для автодеталей. Професор Тацуо Канеко з японського Інституту новітніх наук та технологій розробляє пластик, що складається з біологічних молекул. Цей новий матеріал також легший, ніж криця, і може витримувати температури до 300ºC, стверджують розробники.

Копирайт изображения GETTY IMAGES Image caption Дерево у будівництві використовується тисячоліттями

“Пластик не використовують у виробництві тих компонентів авто, які мають бути жаротривкими й розміщуються довкола двигуна, оскільки вони не можуть витримувати високі температури, — пояснив професор Канеко, – Але біопластик, який я створив, може чинити опір високим температурам”.

Дослідницьку роботу професора Канеко підтримують численні японські автовиробники, виробники автодеталей та електроніки, а також іноземні компанії. А однією з найбільших переваг використання цього матеріалу, який, за твердженням професора, вже через якихось п’ять років може скласти конкуренцію сталі, буде зменшення ваги транспортного засобу.

Якщо деталі машин будуть пластиковими (тобто легшими), то вихлопів справді може стати менше, а електромобілі довше триматимуть заряд. Але чи не спричинить таке виробництво інші ризики для довкілля?

Професор Канеко визнає, що забруднення довкілля посилиться, якщо заміняти такі матеріали, як скло, на пластик, оскільки він не розкладається в природі.

Копирайт изображения GETTY IMAGES Image caption Дослідники в Японії стверджують, що біопластик може замінити металеві компоненти, наближені до двигуна

Однак професор стверджує, що загалом його матеріал менше шкодить екології, ніж традиційна пластмаса. Виробництво стандартного пластику, який отримують із нафти, пов’язане з великими викидами в атмосферу вуглекислого газу. Пластик з мікроорганізмів не спричиняє такого сильного забруднення, стверджує професор.

З кожним днем виробники автомобілів все більше прагнуть використовувати більш “екологічні” матеріали. Пан Ваїдья з компанії Frost&Sullivan каже, що виробники намагаються зменшити загальний “вуглецевий слід” кожного окремого транспортного засобу в атмосфері, а не лише “викиди, що виходять із труби”.

У нормативних вимогах та попиті споживачів теж відбувається зсув — у бік “закручування гайок”. Велика Британія і Франція планують до 2040 року заборонити виробництво нових транспортних засобів з дизельними та бензиновими двигунами, з метою зменшити забруднення довкілля і викиди вуглекислого газу.

Копирайт изображения GETTY IMAGES Image caption Легке вуглецеве волокно дуже цінується у виробництві висококласних спортивних авто

Найбільший у світі ринок автомобілів — Китай. До 2025 року країна планує збільшити частку продажу електромобілів та гібридів із підзарядкою від електромережі. Вона має складати щонайменше одну п’яту від усіх проданих транспортних засобів.

“Відчувається, що виробники прагнуть покращувати екологічні характеристики машин, використовуючи матеріали, що менше шкодять довкіллю”, — каже пан Ваїдья.

Щоб знизити вагу, компанія BMW зосередилася на вуглеволокні — і минулого місяця представила новий полегшений седан M5 з пластмасовим дахом, зміцненим за допомогою вуглецевого волокна. Той самий матеріал для деталей використовує Toyota в моделях Prius Prime і Lexus LC 500. Це дозволяє знизити вагу і збільшити час роботи Prius від акумулятора. Проте для Jaguar у фокусі — алюміній. За словами представників компанії, деталі з цього металу важать приблизно на третину менше, ніж їхні сталеві еквіваленти.

“Кожні 100 кг, “скинуті” на алюмінієвій ходовій, допомагають скоротити викиди СО2 на 9 г кожного кілометра, а споживання пального за весь пробіг — до 800 літрів”, — стверджують у компанії Jaguar.

А компанія Corning, нішевий виробник високотехнологічного зміцненого скла для використання у лобових та інших скляних деталях, заявила, що Gorilla Glass важить на третину менше, ніж традиційне автомобільне скло.