Углеродные волокна являются самым необычным из всех материалов. При малом весе они в пять раз прочнее стали; они используется везде — от теннисных ракет и велосипедов до лопастей ветровых турбин, пассажирских самолетов и гоночных автомобилей Формулы-1. Есть только одна проблема: этот материал изготавливают из нефти и ряда дорогостоящих компонентов, что делает конечный продукт исключительно дорогим. Вот почему углеродное волокно используется в гоночных автомобилях и очень редко в обычных автомобилях.
Однако, ситуация может измениться. Ученые говорят, что в скором времени можно будет производить углеродное волокно не из нефти, а из растений, что снизит затраты и сделает материал более доступным для использования в автомобилях, самолетах и других транспортных средствах.
Подпись к изображению: Реактор для производства акрилонитрила по новой технологии
Углеродное волокно делают из химического вещества, называемого акрилонитрилом. В настоящее время производители получают акрилонитрил из нефти, аммиака, кислорода с применением дорогостоящего катализатора. При этом выделяется тепло и образуется много побочных токсичных продуктов. И, поскольку акрилонитрил производится из нефти, стоимость углеродного волокна имеет тенденцию к росту и падению вместе с ценой на нефть.
«Цены на акрилонитрил стали свидетелями больших колебаний в прошлом, что, в свою очередь, привело к уменьшению доли материала, применяемого в конструкциях автомобилей и самолетов для снижения их весовых характеристик», — сказал исследователь Грегг Бекхэм, являющийся руководителем группы в Национальной лаборатории возобновляемой энергетики. «Если найти новое сырье для производства акрилонитрила, которое стабилизирует цены на материал — добавил он, — это может сделать углеродное волокно дешевле».
Бекхэм с коллегами разработал новый процесс производства акрилонитрила с использованием растений, а именно таких их частей, которые не могут потребляться людьми для питания, как кукурузные стебли и пшеничная солома. Ученые разложили эти материалы на сахара, которые затем превратили в кислоту, используемую с применением недорогих катализаторов для производства акрилонитрила. В ходе этого процесса не выделяется много тепла и не образуются токсичные побочные продукты.
Ученые полагают, что данный метод можно внедрить на производство для получения материала в промышленных масштабах. Сделав углеродное волокно дешевле, ученые могли бы в долгосрочной перспективе помочь владельцам автомобилей сэкономить много денег. Автомобили из углеродного волокна намного легче, чем машины из металла. В результате они потребляют меньше топлива, чтобы проехать одинаковое расстояние. Тем самым водители экономят на топливе, а также сокращаются выбросы, загрязняющие планету.
В мире наблюдается тенденция к тому, чтобы производить больше нефтепродуктов из растений. Ведь все запасы нефти формировались из остатков доисторических растений, которые в течение миллионов лет подвергались воздействию высоких температур и давления. Исследователи пытаются убрать этот промежуточный процесс — стремясь получить все необходимые химические вещества непосредственно из растений, что снижает зависимость от нефти.