Композити од јаглеродни влакна - придонес во циркуларната економија - МЛПД
Од Роте Фане 42/2014: Одговор на проф. Д-р. Кристијан Јоуш, универзитет во Гетинген, на две писма до уредникот
Во две писма до уредникот од читател во Бремен за прашањата „Роте Фане“ од 24 и 35/2014 година, изјавата на портпаролот на политиката за животна средина на МЛПД е критикувана дека пластичните маси засилени со јаглеродни влакна (CFRP) придонесуваат за заштеда на енергија и безбедност на возилото. Читателот има право да критикува поедноставена и некритичка презентација во двата статии. Кога таа пишува: „Основниот материјал е јаглерод, но правиш голема грешка ако веруваш дека овие вредни материјали се направени од јаглен. … Таквите влакна не можат да се направат од јаглен, само од сурова нафта “, но таа го покренува прашањето дали CFRP навистина може да има важна улога во идната циркуларна економија.
Основите на лесната конструкција се стари колку и животот на земјата: Растенијата ги носат своите цвеќиња на „мало лесно стебло“, а дрвјата со стебла направени од дрво достигнуваат извонредни височини и стабилност против ветрот. Принципот е да се вметнат влакна со висока јачина во помека матрица (влакна композитен материјал). Композитни материјали од јаглеродни влакна (композити кои се применуваат на јаглеродни влакна: CFRP) се засноваат на истиот принцип: Тука, јаглеродните влакна направени од чист јаглерод се вградени во матрица. Во зависност од посакуваните својства, за матрицата се користат разни пластични материи како епоксидни смоли, термопластики или гумени-еластични полимери.
Композитите од јаглеродни влакна комбинираат мала тежина и висока јачина, така што тие се од особено значење како материјали за заштеда на енергија во транспортниот сектор (авиони, автомобили, велосипеди), за ветерни турбини, за медицинска технологија или за машинско инженерство. Тие се далеку поотпорни на корозија од металите и имаат огромна способност да апсорбираат енергија во случај на удари и несреќи, така што безбедноста на патиштата е зголемена.
Дали CFRP е направен од сурова нафта?
Во моментов, јаглеродните влакна се претежно изработени од полиакрилонитрил (PAN), кој се произведува на енергетски интензивен начин од нафта преку етилен. Алтернативно, тие се направени и од висина, катран-како маса што се добива од дестилација на нафта или смолести шуми. Уште во 1880 година, Томас Алва Едисон беше првиот кој произведе јаглеродни влакна со пиролиза (термичко распаѓање на хемиски соединенија) од растителна материја. Денес, процентот на влакна добиени од тврд јаглен е мал, иако има испробани и тестирани процеси. На пример, тие можат да се добијат од јаглен катран, што се добива од екстракција на кокс за производство на челик. Различни алтернативни процеси произведуваат јаглеродни влакна од јаглен пепел, од етанол (преку втечнување на јаглен) или директно од јаглерод со употреба на хемиско таложење на пареа. Кинеските научници неодамна објавија директен метод на производство од тврд јаглен со користење на електродепозиција. Различните процеси се разликуваат во количината на енергија што ја користат и постои голем потенцијал за понатамошно намалување на употребата на енергија преку технички подобрувања.
Производство на пластика за матрицата
Материјалите што се користат за матрицата, како што се епоксидни смоли или термопластики, во моментов се претежно добиени од нафтени производи. Извлекувањето од јаглен бара развој на процеси на втечнување и гасификација на јаглен со цел да се синтетизираат соодветните јаглеводороди. Таквата технологија беше развиена, на пример, во поранешната ГДР во делата Буна. За таа цел, во „Роте Фахне“ 41/2014 беше испечатено писмо до уредникот од поранешен работник во Буна, во кое се гледа како во Буна и Леуна „сите пластики што вообичаено се користеле во тоа време биле произведени врз основа на јаглен и карбид“. Сепак, втечнувањето на јагленот во ГДР беше поврзано со многу високо ниво на загадување на животната средина во хемискиот триаголник Буна-Леуна-Битерфелд и голема потрошувачка на енергија. Плановите за транзиција кон повеќе еколошки втечнување на јаглен беа спречени со пресвртот.
За идна кружна економија, понатамошен развој на процесите на хемија на јаглен е неопходен денес. Еден клуч е производство на водород од вода и сончева енергија. Ова значи дека јаглеводородите потребни за пластика може да се извлечат од тврд јаглен на еколошки начин. Исто така, би било можно да се произведат епоксидни смоли од растителни суровини, но ова е ограничено со достапната биомаса. Мора да се избегнуваат отровни промотори на адхезија помеѓу јаглеродните влакна и матрицата, како што се ароматичните јаглеводороди. Подобрувањето на адхезијата со активирање на јаглеродната површина со помош на пареа има јасна предност за заштита на животната средина и здравјето.
Заштеда на енергија преку CFRP?
Потрошувачката на енергија на возило или авион зависи директно од сопствената тежина. Употребата на лесни материјали како што се алуминиум или CFRP наместо челик, може да придонесе за значителна заштеда на енергија. Сепак, мора да се направи целосен енергетски биланс од производство до употреба и рециклирање на материјалот. Споредба со челик покажува дека кога се користи во автомобили и камиони, CFRP заштедува до 60 проценти во енергија како резултат на намалувањето на тежината. Сепак, поради поголемата потрошувачка на енергија во тековните процеси на производство од сурова нафта, вкупната заштеда на енергија е само 10 проценти, како што со право укажува на писмото на читателот. Ова значи дека CFRP имаат приближно иста вкупна потрошувачка на енергија како алуминиум кога се користат во автомобили. Спротивно на тоа, употребата на CFRP во авионите веќе доведува до вкупно заштеда на енергија од 25 до 35 проценти во споредба со алуминиумот, исто така земајќи го предвид процесот на производство. Можно е драстично да се намалат трошоците за производство на CFRP преку понатамошни подобрувања во производствениот процес, на пример преку подобри катализатори, преку воспоставување синџир за рециклирање или преку премин кон соларна хемија.
Опасности од пожар, животна средина и здравје
Епоксидните смоли што се користат како матрица се многу запаливи, бидејќи запалливите гасови можат да се ослободат кога се загреваат. Затоа, треба да се додадат retardants на пламен. Досега користените халогенирани јаглеводороди, како што е тетрабромобисфенол-А, се многу токсични. Еколошки алтернативи се соединенија што содржат фосфор. Дури и ако се избегнат токсични адитиви, при обработка на CFRP или во случај на несреќа, може да има здравствени ризици за белите дробови од добиената прашина од влакна. Ризикот зависи од должината и дијаметарот на влакната. Долгите влакна со дијаметар помал од три сантиметри претставуваат опасност по здравјето, слично на азбестозата. Во споредба со азбестот, сепак, CFRP имаат огромни предности: Тие се помалку кршливи, така што има малку шанси за распарчување и тие се придржуваат до епоксидната матрица, што значи дека долгите парчиња влакна не се ослободуваат од атмосферски влијанија или механичка абразија. Сепак, сè уште недостасуваат сеопфатни студии. Според истражувањето на НДР, постои ризик од рак од производи на распаѓање кои не треба да се потценуваат во несреќи со пожар. Причината се наночестичките и парчињата влакна што можат да се ослободат во случај на пожар.
Процесите за рециклирање на CFRP засновани на пиролиза се развиени во последниве години. Епоксидната матрица се распаѓа кога се загрева во отсуство на воздух во пиролиза гас, што е запалив, а јаглеродните влакна се обновуваат. Сепак, овој процес не е целосно рециклиран бидејќи епоксидот не се користи повторно. Инженерите на Sächsisches Textilforschungsinstitut (STFI) во Кемниц развија процес за обработка на јаглеродни влакна и обработка на повратените, рециклирани влакна во неткаен материјал. Овие се вредна почетна точка за материјалите од CFRP. Потребни се дополнителни истражувања во оваа област.
" Јагленот е премногу вреден за да гори “
Овој слоган на движењето на рударите „Kumpel für AUF“ против согорувањето на јаглен против климатскиот убиец е насочен против уништување на климата на земјата од рударските и енергетските монополи. Во исто време, таа е насочена кон еколошка употреба на суровина јаглен за идните генерации. Веќе денес околу 29 проценти од ископаниот јаглен ширум светот се користи на различни начини за производство на материјали како што се челик, цемент, активен јаглен, итн. Производството на материјали CFRP од јаглен исто така би дало значаен придонес во циркуларната економија доколку се користат еколошки процеси и понатаму се развиваат.
Сепак, станува јасно и дека сеопфатна кружна економија заснована врз принципот на единство на човекот и природата не може да се постигне со борба за индивидуални напредни технологии. Денес целиот начин на производство на меѓународните монополи се заснова на сеопфатно уништување на единството на човекот и природата. Имплементацијата на циркуларна економија, вклучувајќи напредни материјали базирани на јаглерод и засновани на обновливи енергии, стана проблем во системот. Неопходно е да се надмине единственото правило на меѓународниот финансиски капитал на револуционерен начин. Само обединетите социјалистички држави во светот можат да организираат промена на парадигмата со социјалистички начин на производство во која дури и тврдиот јаглен може да се користи подобро и подобро во единството на човекот и природата во текот на генерациите.