ההמצאה של פורד, שאותה היא מגדירה כ"ראש מנוע היברידי מחומר מורכב" (Hybrid Composite Cylinder Head) – מכניסה, לראשונה, את החומרים קלי המשקל, אל תוך המנוע, לסביבה העוינת והחמה ביותר בכל מכונית. בבקשת הפטנט של פורד מתואר מבנה שעשוי מחומר פולימרי ובתוכו נמצאת יציקת ברזל אשר יוצרת "מבנה מתכת פנימי". כך נבנה ראש מנוע שחלקים קריטיים ממנו – אלה שנמצאים "בקו האש" ועומדים בטמפרטורות הגבוהות יותר – למשל תאי הבעירה ותעלות השסתומים – עשויים מברזל יצוק או אלומיניום, וכל שאר המבנה עשוי מחומר קל.

חלקי ראש המנוע שייבנו מפולימר יכולים, לפי בקשת הפטנט, לכלול את החלק העליון של תאי הבעירה, שרוולים של תאי בעירה, חלקים של תעלות נוזל הקירור ומחזירי שמן, ועוד. המבנה הפנימי המתכתי יהיה מוקף על ידי מבנה שעשוי מחומר פולימרי מורכב (FRP) מסוג פוליאוריטן, אפוקסי, פנול או פוליאמיד שיחוזקו באמצעות סיבי פחמן, סיבי אראמיד, סיבי זכוכית או חלופות אחרות.

לפטנט של פורד יש לכל הפחות שתי משמעויות חשובות. ראשית, ברמה הטכנולוגית-הנדסית, אם מהנדסי החברה הצליחו לרתום את השימוש בפולימרים למנוע עצמו הרי שכך ניתן יהיה להפחית משקל ולחסוך אנרגיה וזיהום אוויר. שנית, עצם השקעת המאמצים והמשאבים בהמשך הפיתוח של מנוע בעירה פנימית מעיד על כך שקברניטי פורד לא רואים עדיין את סוף עידן מנוע הבעירה הפנימית. זאת למרות שגם הם – כמו כל יצרניות הרכב הגדולות בעולם – משקיעים כיום משאבים רבים בפיתוח מערכות הנעה אלטרנטיביות.

עובדה מעניינת נוספת בפטנט של פורד היא שעל פניו ישנם לא מעט רכיבים אחרים במכונית, כאלה שלאו דווקא באים במגע עם חום או נושאים בעומסים גבוהים, שאותם אפשר לייצר מחומרים מורכבים כדי לחסוך במשקל. מזאת אפשר להסיק שלשילוב של חומרים אלה במבנה של ראש המנוע יש גם יתרונות מבניים נוספים, מעבר להפחתת משקל, ואחד מהם עשוי להיות הפחתה של עלויות הייצור.

נכון להיום נעשה כבר שימוש בפולימרים ובחומרים מורכבים לחלקים נוספים בסביבת המנוע, למשל סעפות יניקה ואפילו סעפות פליטה, ופורד עצמה הצליחה להפחית כ-16% ממשקל מנועי ה'אקובוסט' שלה באמצעות שימוש בחומרים מתקדמים.

פורד, כידוע, היא לא יצרנית הרכב היחידה שמהמרת על חיים ארוכים למנועי בעירה פנימית. החידוש המרתק ביותר בתחום זה מפותח בימים אלה על-ידי מאזדה, אשר עובדת על מנוע 'בנדיז' שמשלב בין היתרונות של מנועי בעירה פנימית מסוג בנזין ודיזל כדי להשיג יעילות גבוהה יותר ופליטת מזהמים נמוכה.

The post הפטנט של פורד: ראש מנוע מחומר פולימרי appeared first on TheCar.

חומרים מורכבים הם "הגביע הקדוש" של תעשיית הרכב, והתחליף האולטימטיבי לשימוש בפלדה ובאלומיניום, מפני שבאמצעותם אפשר לייצר חלקי מרכב שמתברכים ביתרונות רבים ושונים. ראשית, חומרים מורכבים הינם קלים, לכן שימוש בהם מקטין את המשקל הכולל של כלי רכב, וזה חוסך באנרגיה שנדרשת להנעה (בין אם דלק או חשמל), ומצמצם את זיהום האוויר במקביל לשיפור ניכר בביצועי התאוצה וביכולות הדינמיות של כלי הרכב.

שנית, אפשר לעצב חלקים שבנויים מחומרים מורכבים בדרך מדויקת יותר ולהתאים אותם בקלות גם לדרישות עיצוב לא קונבנציונליות, ובהיעדר מתכת הם גם לעולם לא מתחמצנים ומחלידים וגם לא דורשים טיפולי הגנה או צביעה. נכון להיום נעשה שימוש בסיבי פחמן בתעשיית הרכב כ"סיבי פחמן מרוכבים" (CFP) או ב"סיבי פחמן מחוזקי פלסטיק" (CFRP) .

כמובן שאם הכל כל כך טוב חייב להיות משהו פחות טוב שמונע מאיתנו לנהוג במכוניות שבנויות מחומרים מורכבים, והדבר הזה הוא תהליך הייצור היקר שלהם, אשר כרוך בין השאר בהפקת חומר שנקרא אקרילוניטריל (acrylonitrile) ומופק מתזקיקי נפט. כמעט כל האקרילוניטריל מיוצר בימינו בתהליך תעשייתי שבו נעשה שימוש בפרופילן (שמופק מתזקיק נפט), אמוניה וחומר קטליטי בטמפרטורות גבוהות, וזהו תהליך עתיר אנרגיה שבמהלכו משתחררים לאוויר מימן ואדי ציאניד. עלות האקרילוניטריל מהווה יותר ממחצית מעלות הייצור של סיבי פחמן, בין השאר מכיוון שגם לאחר כ-60 שנות פיתוח תעשייתי זהו עדיין תהליך ייצור מסובך ורעיל, שעלותו הסופית "סובלת" מתנודתיות במחיר הנפט הגולמי.

אקרילוניטריל נחוץ לא רק לייצור סיבי פחמן אלא למגוון חומרים שכולנו משתמשים בהם מידי יום, ובין השאר נעשה בו שימוש בתהליכי ייצור של סיבי אקריליק עבור שטיחים, בגדים, בדים, מיכלי מזון, חומרי אריזה, ואפילו צעצועים לילדים. עבור כל קילוגרם של סיבי פחמן נדרשים שני קילוגרם אקרילוניטריל.

משרד האנרגיה האמריקני, במאמץ להיגמל מן השימוש בנפט, הקים בין השאר את 'המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת' (NREL) אשר נהנית מתקציב שנתי של כ-11 מיליון דולר. מעבדה זאת רשמה לאחרונה בקשת פטנט על תוצאות מחקר שגילה שיטה להפקת אקרילוניטריל מביומסה צמחית – כלומר ממקור מתחדש של גידולים צמחיים או אפילו פסולת צמחית, או מסוכרים – ובאופן לא רעיל והרבה יותר זול.

במאמר באתר של NREL מדווחת קבוצת החוקרים על כך שהשיטה שלהם מגדילה את יעילות הייצור של החומר מרמה של 80-83% עד ל-96-100%, וששימוש בביומסה צמחית יוזיל את עלות החומר לרמה של פחות מ-2 דולר לקילוגרם. במקום בפרופילן נעשה שימוש בביומסה תאית, כלומר שיירי עץ, עשבים, או אפילו נייר ממוחזר, או, לחילופין, בסוכרים מבוססי עמילן, והביומסה הזאת מותססת לתוך חומר חומצי ולאחר מועברת דרך חומר קטליטי.

השיטה החדשה דורשת תהליך תעשייתי פשוט וזול אשר לא פולט מימן וציאניד ועושה שימוש בחומר קטליטי זול. שימוש בחומרי גלם ממקורות מתחדשים יסייע לא רק לגמילה מנפט אלא גם ליציבות המחיר היות שהוא לא יהיה תלוי יותר בתנודתיות של מחירי הנפט.

השלב הבא של המחקר, אשר צפוי להסתיים עוד השנה, יהיה להגיע לייצור תעשייתי של כ-250 ק"ג של אקרילוניטריל ולבדוק את ההתאמה של החומר לייצור סיבי פחמן. חוקרי המעבדה סבורים שמדובר בפריצת דרך אשר תוזיל את עלויות הייצור של סיבי פחמן, מה שיאפשר שימוש נרחב בחומר הזה גם בתעשיית הרכב וגם בתעשיית התעופה.

The post סיבי פחמן בהישג ידך: נמצאה דרך להוזלת הייצור appeared first on TheCar.