Более дешевое углеродное волокно на основе растений можно использовать для изготовления более легких автомобилей, которые потребляют меньше топлива.

Углеродное волокно является Суперменом среди материалов. Будучи в пять раз прочнее и в разы легче, чем сталь, оно используется повсеместно: в теннисных ракетках, клюшках для гольфа, велосипедах, лопастях ветрогенераторов, пассажирских самолетах, гоночных автомобилях Формулы-1. Есть лишь один подвох: углеродное волокно изготавливается из нефти и других дорогостоящих ингредиентов, что делает стоимость конечного продукта исключительно высокой. По этой причине углеродное волокно присутствует в гоночных автомобилях, но редко появляется в минивэнах.

Это может измениться. Ученые говорят, что в скором времени можно будет производить углеродное волокно из растений вместо нефти, что снизит затраты и сделает этот материал более доступным для использования в автомобилях, самолетах и ​​других транспортных средствах.

Углеродное волокно изготавливают из химического вещества, называемого акрилонитрилом. В настоящее время акрилонитрил получают из нефти, аммиака, кислорода и дорогостоящего катализатора. Этот процесс выделяет большое количество тепла и дает токсичный побочный продукт. И, поскольку акрилонитрил производится из нефти, стоимость углеродного волокна имеет тенденцию к росту и падению вместе с ценой на нефть.

Гоночный автомобиль с корпусом из углеродного волокна

«Цены на акрилонитрил испытывали большие колебания в прошлом, что, в свою очередь, привело к снижению темпов использования углеродных волокон в производстве автомобилей и самолетов в целях снижения их веса, — отметил Грегг Бекхэм, руководитель группы Национальной лаборатории возобновляемой энергии и соавтор недавней публикации, раскрывающей детали этого исследования. – Если стабилизировать цену акрилонитрила, используя новое сырье для его изготовления, можно было бы снизить стоимость углеродного волокна».

Бекхэм и команда исследователей Национальной лаборатории возобновляемой энергии разработали новый процесс производства акрилонитрила, в котором используются растения, а именно те их части, которые люди не могут употреблять в пищу, такие как кукурузные стебли и пшеничная солома. Ученые разложили эти материалы на сахара, которые были преобразованы в кислоту и в сочетании с недорогим катализатором использованы для производства акрилонитрила. Процесс не привел к выделению избыточного тепла и образованию токсичных побочных продуктов.

Ученые соединили исходные ингредиенты, необходимые для производства акрилонитрила, в этом реакторе.

Ученые полагают, что процесс с использованием растений может быть увеличен до производственных масштабов. Исследователи сейчас работают с несколькими фирмами над производством большого количества акрилонитрила, который будет преобразован в углеродное волокно и протестирован для использования в автомобилях. Сделав углеродное волокно дешевле, ученые могли бы помочь автовладельцам сэкономить деньги в долгосрочной перспективе. Автомобили, изготовленные с использованием углеродного волокна, легче, поэтому нуждаются в меньшем количестве топлива для преодоления такого же расстояния, что помогает водителям экономить на топливе, в то же время уменьшая загрязнение атмосферы углекислым газом.

Существует тенденция к тому, что ученые ищут способы замены нефти на растения в производстве. Нефть, в конечном итоге, состоит из остатков древних растений, которые подвергались воздействию высоких температур и давления в течение миллионов лет. Исследователи пытаются получить необходимые химические вещества, пропустив промежуточный этап, непосредственно из растений, чтобы снизить нашу зависимость от нефти.

«Мы будем проводить дальнейшие фундаментальные исследования, — сказал Бекхэм. – Помимо масштабирования производства акрилонитрила, мы также хотим расширить применение этого материала для изготовления других повседневных материалов».