براساس اطلاعات منتشر شده انجمن سازندگان وسایل نقلیه موتوری در سراسر جهان، بیش از 5/3 میلیارد خودرو در خیابانها تردد میکنند و تعداد آنها به طور روزافزونی در حال زیادتر شدن است. بنابراین، چالشهایی مانند مصرف سوخت، تولید آلایندهها، قابلیت بازیافت و … پیش روی شرکتهای خودروسازی قرار خواهند داشت. کاربرد فناوریهای نوین از جمله فناوری نانو به ما کمک خواهد کرد که مشکلات ذکر شده را به حداقل رسانیم. با توجه به چالشهای موجود، شرکتهای پیشرو با استفاده از فناوری نانو به ارائه راهکارهای عملی برای رفع این مشکلات پرداختهاند. طبق مطالعات اداره ارزیابی تأثیر فناوری نانو در مجلس فدرال آلمان، برای بقاء شرکتهای خودروسازی بینالمللی در چرخه رقابت صنعتی، به کارگیری فناوری نانو در مهندسی خودروسازی بسیار حائز اهمیت میباشد. از این رو، این گزارش صرفاً به کاربردهای نانومواد سلولز در صنعت خودرو معطوف شده است.
فناوری نانو عبارت است از درک و کنترل مواد در مقیاس نانومتری (در ابعاد تقریبی بین 1 تا 100 نانومتر)، که در آن مقیاس پدیدههای منحصر به فرد، کاربردهای جدید را ممکن میسازد. مواد دارای ساختار نانو خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، فیزیکوشیمیایی و زیستی منحصر به فردی را از خود نشان میدهند و لذا پنجره جدیدی از فرصتها را برای خلق مواد جدید با کارایی بالا باز میکنند. فناوری نانو، فناوري جديدی است كه می تواند به تدریج تمام دنيا را فرا بگیرد. از آنجا که این فناوری، یک رویکرد جدید به همه علوم و فنون میباشد و همچنین با توجه به توسعه صنعت خودرو، فناوری نانو کاربردهای گستردهای در این صنعت یافته است. فناوری نانو و نانومواد برای صنعت خودرو بسیار با اهمیت میباشند، چرا که همزمان با برآوردن نیازهای مشتری و لازمههای مشخص شده در استانداردها و مراجع ناظر، عملکرد اتومبیلها را نیز بهبود میدهد. با توجه به پتانسیل فوقالعاده کاربرد فناوری نانو در این صنعت، انتظار میرود طی دهه آینده انقلاب بزرگی، در این صنعت در سراسر جهان پدید آید. نانومواد سلولز نیز به دلیل خواص مناسبی که دارند، در این فناوری بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند.
سازندگان اتومبیل و فروشندگان و تهیهکنندگان آنها، به دلایل متنوعی که وابسته به سیاستهای تنظیمکننده و اقتصادی مرتبط با کارخانه و اهداف ویژه محصول میباشد، به سمت کاربرد مواد مبتنی بر سلولز رفتهاند. با وجود این که نانوسلولز، فراوانترین پلیمر طبیعی بر روی زمین میباشد، فرآوری سلولز به صورت انواع مختلف ساختارهای میکرومتری و نانومتری اخیراً مورد توجه شایانی قرار گرفته است. امروزه نانوسلولز به عنوان کاندیدایی ایدهآل در حوزههای کاربردی مختلف، به شکل گستردهای مورد بررسی و تحقیق واقع شده است. عوامل تقویتکننده در نانوکامپوزیتهای مورد استفاده در خودرو، سپر خودرو، روکشهای سطحی مورد استفاده در فضای داخلی، پوشش سقف خودرو[1]، لامپهای جلو[2] و … از جمله زمینههای کاربردی بالقوه آنها هستند. در این گزارش به بیان خواص کلیدی، قابلیتهای نوآورانه و کاربردهای آینده نانومواد سلولز در صنایع خودرو، پرداخته میشود.
1- نانومواد سلولز
نانومواد سلولز از درختان، گیاهان و جلبکها مشتق شده و یا توسط باکتریها و جانوران نیامدار[3] تولید میشوند. نانومواد سلولز به سه گروه عمده شامل 1- نانوفیبریلهای سلولز (NFC یا CNF)[4]، 2- نانوبلورهای سلولز (CNC)[5] یا سلولز نانوبلورین (NCC)[6] و 3- نانوسلولز میکروبی (BNC)[7] تقسیمبندی میشوند. گرچه نانوکامپوزیتهای مبتنی بر نانوسلولز را نیز میتوان به عنوان دسته چهارم به شمار آورد. ویژگی مهم نانومواد سلولز این است که آنها از منابع تجدیدپذیر و بسیار فراوان به دست میآیند و امکان تولید آنها در سراسر جهان و در مقادیر بسیار زیاد وجود دارد. همچنین این نانومواد زیستتجزیهپذیر بوده و محصولات حاوی آنها، قابلیت بازیافت خواهند داشت. نانوسلولز دارای خواص مکانیکی فوقالعادهای به صورت ترکیبی از مشخصههای سفتی بالا (GPa 145-29) [4] ، وزن کم (دانسیته تقریبی g/cm3 1.5)، سطح ویژه بزرگ (m2/g 482) [5] و نسبت استحکام به وزن [6] چشمگیر میباشد. محدوده وسیع خواص و مورفولوژی شناخته شده برای نانومواد سلولز، زمینهساز انواع کاربردهای بالقوه آنها در صنعت خودرو میباشد.
2- نانوکامپوزیتهای مبتنی بر سلولز
از نانومواد سلولز به عنوان تقویتکنندههای کامپوزیت یا پلیمر، پرکننده یا الیاف نیز استفاده میشود که علاوه بر ایجاد خصوصیات مطلوب، کمهزینه نیز میباشند. استفاده از مواد مبتنی بر سلولز به عنوان تقویتکننده در کامپوزیتهای ترموپلاستیک، کاربرد نوینی برای مواد به دست آمده از طبیعت میباشد. این موضوع مزایای متعددی نیز برای محیط زیست از جمله کاهش انتشار دی اکسید کربن به درون اتمسفر در طول چرخه تولید، فرآوری و کاربرد دارد. انتظار میرود که میکروسلولز و نانوسلولز بتوانند جایگزین پرکنندههای معدنی و شیشهای در صنعت خودرو شوند. مواد میکرومتری و نانومتری مبتنی بر سلولز به دلیل تجدیدپذیری، چگالی کم، ماهیت زیستمحیطی بیخطر (غیرسمی بودن)، فراوانی میزان دسترسی و خواص مکانیکی برجسته در صنعت اتومبیل مورد توجه بسیاری قرار گرفتهاند.
علاقه زیادی نیز در کاربرد مواد مشتقشده از چوب در کامپوزیتها، به دلیل فراوانی طبیعی و هزینه کم آنها وجود دارد، امّا این زمینه هنوز در مراحل مقدماتی خود قرار دارد. در حال حاضر، کامپوزیتهای چوب-پلاستیک[8] دارای بازار ثابتی میباشند. به منظور کاهش هزینهها از الیاف چوبی استفاده میشود. عملکرد الیاف چوبی در این کامپوزیتها بسیار شبیه به یک ماده پرکننده میباشد. کامپوزیتهای فعالشده با نانوسلولز دارای انعطافپذیری طراحی و مقاومت بیشتر در برابر رطوبت نسبت به چوب میباشند [15]. از این نانوکامپوزیتها در قسمتهای مختلف خودرو از قبیل پنلهای داخلی خودرو استفاده میشود. معمولاکاربرد آنها در بخشهایی است که هنگام کار، تنشهای بالایی را متحمل نشوند.
همانطور که پیش از این بیان شد، نانومواد سلولز طیف وسیعی از ویژگیهای امکانپذیر دارای ارزش افزوده از جمله استحکام بهبودیافته، سبکوزن بودن و حافظه شکلی را فراهم میکنند. شکلهای گوناگون نانوسلولز، ساختارهای منحصر به فردی دارند که برای توسعه محصولات سبز و نوین فعالشده با نانومواد سلولز، قابل استفاده میباشند. یک مثال خاص، کاربرد نانومواد سلولزی در کامپوزیتهای سبکوزن با کارایی بالا میباشد. کامپوزیتهای فعالشده با نانوسلولز و حاصل از بافتن نانومواد سلولزی و الیاف مشتقشده از سلولز به صورت حصیر، میتوانند در نهایت جایگزین لایهها و حصیرهای لیفی کربن شوند. این امر میتواند منجر به جایگزینی مواد تجدیدناپذیر و مواد مبتنی بر فسیل شود که در حال حاضر برای ساختن قسمتهای مختلف خودرو از قبیل داشبورد[9]، صندلیها، حصیر کف اتاق[10] خودرو و حتی پنلهای بدنه یا چارچوب خودرو استفاده میشوند. فایبرگلاس یک کامپوزیت متداول میباشد که بسیاری از مردم با آن سروکار دارند. از فایبرگلاس برای ساخت محصولات متنوعی چون دستگیره ابزارها، کالاهای ورزشی، بدنه دوچرخه، قایقها و حتی بدنه برخی از ماشینهای اسپورت استفاده میشود. فایبرگلاس نمیتواند به صورت شفاف ساخته شود و برای استفاده در کامپوزیت، یک ماده سنگین است. جایگزینکردن حصیر فایبرگلاس با حصیر متشکل از نانوسلولز میتواند مواد جدید سبکوزنتری را به ارمغان آورده و منجر به جانشینی محتمل محصولات تجدیدناپذیر با مواد سلولزی تجدیدپذیر و با دوام شود. همچنین با جایگزین کردن مواد افزودنی مبتنی بر نفت با نانومواد سلولز، میتوان پایداری کامپوزیتها را افزایش داد. به دلیل این که نانومواد سلولز زیستتجزیهپذیر میباشند، کاربرد آنها موجب میشود تا محصولات حاوی این مواد، قابلیت بازیافت داشته باشند. برای مثال، نانوبلورهای سلولز (CNC) و نانوفیبریلهای سلولز (CNF) میتوانند با پلیلاکتیک اسید (PLA) ترکیب شوند تا یک کامپوزیت زیستتجزیهپذیر تقویتشده با الیاف با منبع کاملاً زیستی به وجود آورند [18].
3- کاربردهای نانومواد سلولز در صنعت خودرو
توسعه مواد سبکوزن یک هدف کلیدی برای صنعت خودرو میباشد. صنعت خودرو به سوی استفاده از مواد سبکوزن و محکم به منظور افزایش راندمان سوخت وسایل نقلیه حرکت میکند. به همین دلیل است که سازندگان اتومبیل به دنبال مواد و شیوههای جدیدی برای ایمن ساختن اتومبیل و در عین حال سبکتر کردن وزن آن میباشند. به عنوان مثال، شرکت BMW یک بدنه کامل خودرو از جنس الیاف سبکوزن کربن، پلاستیک تقویتشده همراه با برخی قسمتهای داخلی ساختهشده از اجزاء چوبی توسعه داده است که در شکل 1 نشان داده شده است. مثال دیگر شرکت Volvo است که به منظور کاهش وزن پنلها، پنل داخلی درب را از کامپوزیت چوب/پلاستیک ساخته است. نمونهای از این محصولات در شکل 2 نشان داده شده است. بر طبق برآورد CAFE [11]، کاهش 10 درصدی وزن یک خودرو میتواند مصرف سوخت آن را 8-6 درصد کاهش دهد [20]. وزارت انرژی ایالت متحده آمریکا (DOE)، تا سال 2050 کاهش 50 درصدی وزن خودرو را به عنوان یک هدف تصویب کرده است [21].
در حال حاضر، نانومواد سلولزی پتانسیل خیلی بالایی برای کاربرد در تولید بسیاری از اجزاء خارجی و داخلی خودرو از قبیل پنلهای بدنه، چارچوب خودرو، سپر، ادوات نوری، تایر، چارچوب صندلیها و روکشهای سطحی، پنلهای داخلی و تزئینی خودرو، حصیر کف اتاق، پوشش سقف و … از خود نشان دادهاند. تعدادی از این محصولات درشکل 3 نشان داده شده است. کاربردهای نانوسلولز در ساخت اتومبیلهای بسیار کارآمد از لحاظ سوخت[12] و همچنین در سوختهای زیستی[13] به تدریج در حال گسترش است و این نانومواد به دنبال گسترش نقش حیاتی خود در محصولات فعلی موتوری میباشند.
| شکل 1- خودرو BMW مدل i8 از جنس الیاف سبکوزن کربن و پلاستیک تقویتشده با قسمتهای داخلی چوبی | |
نانوسلولز به عنوان جایگزین مناسبی برای مواد گران قیمت مانند الیاف و نانولولههای کربنی نیز مطرح شده است. در حالی که قیمت الیاف کربن به بیش از 20 دلار به ازای هر کیلوگرم میرسد، نانوبلورهای سلولزی دارای قیمت 10-4 دلار به ازای هر کیلوگرم میباشند [22]. در صنعت خودرو از کامپوزیتهای نانوسلولز با پلیپروپیلن، پلیآمید (مانند نایلونها) و یا پلیاسترها (مانند PBT) استفاده میشود [23]. توسعه این کاربردها ناشی از توانایی نانومواد سلولز در ساخت محصولات بسیار پایدار است. همچنین ماهیت طبیعی این نانومواد منجر به زیست سازگار بودن دفع محصولات دارای نانوسلولز از طریق بازیافت و همچنین بهبود زیستتخریبپذیری این محصولات میباشد. بنابراین نانومواد سلولز علاوه بر بهبود قابلیت بازیافت اجزاء اتومبیل از طریق افزایش قسمتهای پایدار اتومبیل، میتوانند اثرات زیستمحیطی ناشی از بسیاری محصولات موتوری را کاهش دهند. در ادامه این گزارش، سعی میشود تا به بررسی کاربردهای نانومواد سلولز و پتانسیل آنها در صنعت خودرو پرداخته شود.
| الف | ||||||
| ب | ||||||
| شکل 2- الف) کامپوزیت چوب/پلاستیک مورد استفاده در پنل داخلی درب خودرو ب) نمونههایی از پنل داخلی درب خودرو | ||||||
| شکل 3- نمونهای از کاربردهای نانومواد سلولزی در صنعت خودرو | ||||||
3-1- کاربرد نانوسلولز در اجزاء ساختاری و خارجی خودرو
به دلیل این که نانومواد سلولزی نسبت به دیگر الیاف تقویتکننده مورد استفاده در کامپوزیتها ارزانتر میباشند، استفاده از آنها در کاربردهای ساختاری و خارجی خودرو در مقیاس بزرگ باید امکانپذیر باشد [24]. شرکت فرآیندی آمریکایی (API)[14] و شرکت اتومبیل فوتریوس[15] اخیراً همکاری و مشارکتی را با محققان در موسسه فناوری جورجیا[16]، دانشگاه کلارک آتلانتا[17]، دانشگاه صنعتی سوینبورن[18] و آزمایشگاه محصولات جنگلی وزارت کشاورزی ایالت متحده USDA [19] به منظور توسعه اجزاء ساختاری فوق مستحکم[20] و سبکوزن تقویتشده با نانوسلولز برای خودرو آغاز کرده است. فرآیند اختصاصی انجام شده توسط شرکت API، ساخت نانوسلولز تجدیدپذیر با استحکام معادل کولار[21] و قیمتی مشابه با قیمت پلیمرهای متداول میباشد که در فرآیند ساخت آن مقدار کمی دیاکسیدکربن[22] منتشر میشود. شرکت API، فروشهای تجاری نانوسلولز را در سال 2015 آغاز کرده است. بر طبق گفته مدیر عامل شرکت API، این ماده زیستی جدید میتواند به طریقی کاملاً سازگار با محیطزیست و کاملاً رقابتی از لحاظ بازار، جایگزین پلاستیکهای مبتنی بر نفتخام شود و عملکرد آنها را نیز افزایش دهد. الیاف کربن بسیار مستحکم و سبک هستند اما تولید آنها هزینهبر بوده و به همین دلیل از آنها فقط در کاربردهای نهایی بسیار خاص مثل هوافضا و وسایل لوکس استفاده میشود. نانوسلولز حتی دارای وزن کمتری نسبت به الیاف کربن بوده و به همان میزان مستحکم نیز میباشد. با توجه به این کشف صنعتی، قیمت نانوسلولز کسری از قیمت الیاف کربن خواهد شد. سلولز فراوانترین ماده آلی طبیعی در کره زمین میباشد که تجدیدپذیر بوده و قابلیت تبدیل به کود آلی[23] را دارد. ما نانوسلولز را اختراع نکردیم بلکه ما آن را کمهزینهتر و از لحاظ حرارتی بسیار پایدار (در دماهای بالا) ساختیم و این قابلیت را به آن دادیم که بتواند با پلیمرهای آبگریز مخلوط شود. درنتیجه کاربردهای بازاری بسیاری را ایجاد کرده و راه تولید تجاری آن را گشودیم” [21].
3-1-1- کاربرد نانوسلولز در بدنه خارجی خودرو
به دلیل پتانسیل مواد و کامپوزیتهای مبتنی بر نانومواد سلولز در کاهش وزن اجزاء ضمن حفظ استحکام، از آنها در اجزاء ساختاری بدنه اتومبیل استفاده میشود. شرکت فورد[24] بیان داشته است که توانایی تولید بسیاری از اجزاء ساختاری (از ورقههای بدنه تا قسمتهای داخلی اتومبیل) را از نانومواد سلولزی خواهد داشت که در نتیجه آن 340 کیلوگرم از وزن خودروهای خود را کاهش خواهد داد [25]. استانداردهای بهینهسازی سوخت نیاز به سبکوزن کردن خودروها را ضروری میسازد. این هدف با تقویتکردن پلیمرهای زیستی برای تولید مواد ساختاری سبکوزن، سازگار با محیطزیست و بسیار امیدبخش در صنعت خودرو امکانپذیر میباشد.
3-1-2- کاربرد نانوسلولز در سپر و اجزاء ضربهگیر خودرو
فومهای مبتنی بر نانوسلولز دارای سفتی منحصر به فردی میباشند. این ویژگی در کنار سایر خصوصیات حاصل شده از نانومواد سلولزی باعث میشود که استفاده از آنها به عنوان مواد ضربهگیر و کاربرد آنها در سپر خودرو مناسب باشد.
3-1-3- کاربرد نانوسلولز در ادوات نوری خودرو
کامپوزیتهای مبتنی بر نانوسلولز دارای مقاومت خوبی در برابر شرایط محیطی، کارایی بالا در عین سبکوزن بودن و انعطافپذیری طراحی بسیار قابل توجهی میباشند. به همین دلیل از آنها در ساخت قسمتهای مختلف خودرو مانند محفظه قرارگیری لامپها و قاب آنها استفاده میشود.
3-1-4- کاربرد نانوسلولز در چارچوبهای خودرو
جایگزینکردن ساختارهای فولادی سنگین درون خودروها از قبیل چارچوب صندلیها با پلیمرهای پیشرفته تقویتشده با نانومواد سلولزی، هدف بسیاری از محققین میباشد چرا که این نانومواد از لحاظ قیمت با مواد متداول دیگر برابری میکنند. کامپوزیتهای نانوسلولزی این نوید را میدهند که یک جایگزین مقرونبهصرفه برای کامپوزیتهای گرانقیمت الیاف کربنی سبکوزن باشند که در حال حاضر در برخی از اتومبیلهای لوکس (مانند اتومبیل تمام الکتریکی شرکت BMWمدل i3) به کار برده میشوند [21].
3-1-5- کاربرد نانوسلولز در تایر خودرو
امروزه تحقیقات متعددی نیز درباره تأثیر نانوسلولز بر روی لاستیک طبیعی (NR)[25] در حال انجام میباشد. محققان سلولز نانوبلورین اصلاح شده (MNCC) را به جای سیلیکا به کامپوزیتهای لاستیک طبیعی اضافه نمودند. MNCC علاوه بر فعالسازی فرآیند ولکانیزاسیون[26] و عملکرد بهتر فرآیند، باعث خنثیسازی اثر پاین[27]، افزایش 300 درصدی مدول، مقاومت گسستگی و سفتی و کاهش گرمااندوزی[28] و متراکمسازی شد. از سوی دیگر مزایای منحصر به فرد NCC چون تجدیدپذیری، زيستتجزيهپذير بودن، فراوان بودن، چگالی پایین، هزینه کم و سازگاری آن با محیطزیست باعث شده است که نانوسلولز به عنوان یک پرکننده مناسب به جای سیلیکا به کار برده شود [28].
3-2- کاربرد نانوسلولز در اجزاء داخلی خودرو
بر طبق اظهارات مدیر عامل شرکت فوتریوس، این شرکت به طور مستمر در جستجوی فناوریهای امیدبخش نوپا در حوزه علم مواد میباشد که این فناوریها بتوانند مأموریتشان را در ارائه راهحلهای نوآورانه، با کیفیت بالا و از لحاظ هزینه رقابتی، مقرون به صرفه برای تولید قطعات داخلی خودرو به طور تمام و کمال به سرانجام برساند. این شرکت بخش تحقیق و توسعه را برای مهیجترین فناوریها مثل نانوسلولز مورد حمایت قرار میدهد چرا که بر این عقیده است که نانوسلولز سرانجام به توسعه مواد کامپوزیتی مقرون به صرفه منجر خواهد شد که میتواند پیشرفتهترین فولادها و دیگر مواد را از لحاظ عملکرد، قابلیت ساخت[29] و هزینه به چالش درآورد. شرکت فوتریوس سیستمهای داخلی خودرو را توسعه داده و تولید کرده است [21].
3-2-1- کاربرد نانومواد سلولزی در پنلهای داخلی و تزئینی خودرو
قابلیت نانومواد سلولزی در تولید آئروژلها و فومهای ساختاری میتواند منجر به توسعه پنلهای داخلی و تزئینی سبکوزن خودرو از قبیل داشبورد[30]، تزئینات داخلی و پنلهای داخلی درب خودرو شود.
3-2-2- کاربرد نانومواد سلولزی در منسوجات خودرو
مزیت استفاده از نانومواد سلولزی در روکشهای سطحی فضای داخلی خودرو، پوشش سقف خودرو[31]، حصیر کف اتاق[32] و صندلیهای خودرو این است که ظاهر و مقاومت سطح را در برابر سایش و خراش بهبود داده و ظاهری موزون و وزنی سبک را فراهم میسازد. زمانی که CNC با پلیاتیلن (PE)، پلیپروپیلن (PP) و پلیمرهای زیستی (PLA و PHA) ترکیب میشود، خواص مکانیکی، خواص سدی و مقاومت سایشی را افزایش میدهد. CNC دارای جنبههای بهبوددهندهای برای کاربرد در پلاستیکهای زیستی مورد استفاده در قسمتهای داخلی خودرو میباشد [29].
به عنوان مثال شرکت فوتریوس صندلیهایی برای مدل S تسلا[33] (تأمین شده با انرژی باطری) در تأسیسات خود در نوارک سی.ای[34] ارائه کرده است. آنها همچنین صندلیهایی برای نسل آینده مدل X SUV تسلا تدارک دیدهاند. مؤسسه صنعتی جورجیا و دانشگاه کلارک آتلانتا در حوزه تحقیقاتی کامپوزیتهای پلیمر-نانوسلولز پیشتاز میباشند [21].
4- سایر کاربردها
نانومواد سلولزی پتانسیل خیلی بالایی برای کاربرد در بسیاری از حوزهها دارند. از جمله این حوزهها که به طریقی غیرمستقیم به صنعت خودرو مرتبط میشوند میتوان به حوزه رنگ و پوشش، حوزه الکترونیک، تصفیه هوا و سوخت و … اشاره نمود. به عنوان مثال انتظار میرود که نانومواد سلولزی، خصوصیات رنگ و پوشش خودرو از جمله جلای آنها را بهبود بخشند. از جمله کاربردهایی که نانومواد سلولزی در حوزه الکترونیک دارند و در خودرو نیز استفاده میشوند میتوان به کاربرد آنها در حسگرها، نیمهرساناها، باطریهای لیتیومی و صفحه نمایشگر خودرو اشاره نمود. با توجه به توسعه روزافزون کاربردهای نانومواد سلولزی، پیشبینی میشود که این نانومواد در فیلترهای تصفیه هوا، روغن و سوخت و پیلهای سوختی نیز مورد استفاده قرار گیرند.
5- تخمین هزینهها و بازار فناوری نانو در صنعت خودرو
بر طبق آخرین ارزیابی انجام شده، قیمت محصولات فناوری نانو و محصولات حاوی نانومواد که در صنعت خودرو در سال 2010 استفاده شدهاند، تقریباً 246 میلیون دلار بوده است و بر اساس تخمینها این رقم تا پایان سال 2015 به بیش از 888 میلیون دلار (محاسبه به صورت محافظهکارانه) و یا 1852 میلیون دلار (محاسبه به صورت خوش بینانه) خواهد رسید [30].
بر طبق گزارش اتحادیه اروپا، مقدار جهانی نانومواد تولیدشده در سال در حدود 5/11 میلیون تن با ارزش بازار تقریبی 20 هزار میلیون یورو میباشد. در حال حاضر بازار جهانی نانومواد از مقدار 300 هزار تن (طبق یک برآورد محافظهکارانه) تا 6/1 میلیون تن (طبق یک برآورد خوشبینانه) تخمین زده میشود. بزرگترین بازار مربوط به قاره آسیا و اقیانوسیه (تقریباً %34) و بعد از آن آمریکای شمالی (تقریباً %31) و اروپا (تقریباً %30) میباشد. از این میان، حداقل و حداکثر حجم تولید جهانی نانوسلولز در سال 2014 به ترتیب 400 تن و 1350 تن میباشد و پیشبینی میشود که نانوسلولز در 5 تا 10 سال آینده تبدیل به یک محصول با حجم تولیدی بسیار بالایی شود [31].
در حال حاضر بزرگترین حجم بالقوه کاربردی نانومواد سلولز در کاربردهای کاغذ و بستهبندی قرار دارد. بخشهای خودرو، ساختوساز، محصولات بهداشتی و سلامتی و نساجی به ترتیب از دیگر کاربردهای ممکن با حجم بالای نانومواد سلولزی میباشند [26]. بزرگترین بازار نانوسلولز متعلق به آمریکای شمالی میباشد و به نظر میرسد تا سال 2019 این روند حفظ شود. زیرا در این منطقه رشد فناوری بسیار زیاد بوده و صنایع سلامت و بهداشت توسعه زیادی پیدا کردهاند. بعد از آمریکای شمالی، اتحادیه اروپا دومین بازار برای این محصولات به شمار میرود. رشد این بازار در آسیا بسیار پایدار است اما هم اکنون حجم این بازار از آمریکای شمالی و اروپا کمتر است. همچنین محوریت تولید این محصولات نیز ایالات متحده آمریکا و اتحادیه اروپا میباشد. سهم پیش بینی شده این مناطق از بازار نانوسلولز در سال 2019 در شکل 4 نشان داده شده است [32].
40 درصد از کل انرژیهای مورد نیاز ایالت متحده آمریکا از نفتخام تأمین میشود که این میزان انرژی در سال 2014 معادل با 19 میلیون بشکه در روز میباشد. دو سوم این مقدار انرژی در حوزه حملونقل استفاده میشود یعنی چیزی حدود 12.5 میلیون بشکه در روز. بنابراین سبکوزن کردن وسایل نقلیه با استفاده از کامپوزیتها میتواند به طور بالقوه میزان درخواست انرژی مبتنی بر نفتخام ایالت متحده را در حوزه حملونقل به اندازه 2 تا 3 میلیون بشکه در روز کاهش دهد [33].
| شکل 4- سهم پیش بینی شده از بازار نانوسلولز برای مناطق مختلف در سال 2019 میلادی [32] |
6- منابع
| [1] | Alper Kiziltas, Esra Erbas Kiziltas, Sevda Boran & Douglas J. Gardner, “MICRO- AND NANOCELLULOSE COMPOSITES FOR AUTOMOTIVE APPLICATIONS,” Advanced Structure and Composites Center, University of Maine, Orono, ME 04469, USA . |
| [2] | Erickson, 2014,26. |
| [3] | Klemm et al., 2011. |
| [4] | Iwamoto et al. 2009;Tanpichai et al. 2012. |
| [5] | Sehaqui et al. 2011. |
| [6] | Erickson, 2012, 26. |
| [7] | Kiziltas A., Nazari B., Gardner D.J. and Bousfield D.W., “Polyamide 6-Cellulose Composites: Effect of Cellulose Composition on Melt Rheology and Crystallization Behaviour,” Polymer Engineering and Science DOI 10.1002/pen.23603, 2013. |
| [8] | Ozen E, Kiziltas A. Erbas Kiziltas E. and Gardner D.J. Natural fiber blend-nylon 6 composites. Polymer Composites, 34:544-553 (2013). |
| [9] | A. Kiziltas, Microcrystalline cellulose-filled engineering thermoplastic composites., Master of Science Thesis, University of Maine, Orono, Maine, USA, pp. 1-135 (2009). |
| [10] | Kiziltas A., Gardner D.J., Han Y. and Yang H.-S. Thermal properties of microcrystalline cellulose (MCC)-filled PET-PTT blend polymer composites. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 103: 163-170 (2011). |
| [11] | Kiziltas A., Gardner D.J., Han Y. and Yang H.-S. Dynamic mechanical behavior and thermal properties of microcrystalline cellulose (MCC)-filled Nylon 6 composites. Thermochimica Acta 519: 38-43 (2011). |
| [12] | Kiziltas A. and Gardner D.J. Utilization of Carpet Waste as Matrix in Natural Fiber-Filled Engineering Thermoplastic Composites for Automotive Applications. Proceedings of SPE Automotive Composites Conference & Exhibition (ACCE)September 11-13,2012Troy MI. |
| [13] | Ozen E, Kiziltas A. Erbas Kiziltas E. and Gardner D.J. Natural Fiber Blends Filled Engineering Thermoplastic Composites for Automobile Industry. Proceedings of SPE Automotive Composites Conference & Exhibition (ACCE) September 11-13, 2012 Troy, MI. |
| [14] | Azizi Samir MA, Alloin F, Dufresne A. “Review of recent research into cellulosic whiskers,their properties and their application in nanocomposite field.” Biomacromolecules, 6 (2) 612-626 (2005). |
| [15] | Klyosov, 2007. |
| [16] | Mohanty et al. , 2005. |
| [17] | Theodore H. Wegner , Sean Ireland and J. Philip E. Jones, , “Cellulosic Nanomaterials: Sustainable Materials of Choice for the 21st Century,” 2013. |
| [18] | “Cellulose Nanomaterials—A Path Towards Commercialization,” USDA Forest Service & National Nanotechnology Initiative, USDA Patriot Plaza III 355 E St., SW, Washington D.C., August 2014. |
| [19] | Vehicle Weight Reduction and Safety Concerns for meeting CAFE Standards. Retrieved from Flex Form Technogies: http://www.naturalfibersforautomotive.com/?p=84 (May 2013). |
| [20] | Huigin W. 2011 engineering plastics sector to see increase of 10.93%. Retrieved from China Economic Net: http://en.ce.cn/Insight/201202/01/t20120201_23034917.shtml. |
| [21] | “USDA’s Forest Products Lab Enters Partnership to Create Nanocellulose Car Parts”. |
| [22] | Ted Wegner, seminar at Oak Ridge National Laboratory, Nov 2012. |
| [23] | T. R. V. P. R. O. Kimberly Nelson, “Processes and apparatus for producing nanocellulose, and compositions and products produced therefrom”. Patent US 20140155301 A1, 5 Jun 2014. |
| [24] | Gatenholm, P.,“Building body parts using nanocellulose,” Nanotechnology Now, 2010. Available [Online] http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=36457>[20May2014]. |
| [25] | Ford Motor Company, “Ford Develops Carbon Fibre Technology that Could Deliver More Fuel-Efficient Vehicles,” press release, October 2012. Available [Online] http://corporate.ford.com/news-center/press-releases-detail/pr-ford-develops-carbon-fibre-3720, [22May2014]. |
| [26] | JO ANNE SHATKIN, THEODORE H. WEGNER, E.M. (TED) BILEK,and JOHN COWIE, “Market projections of cellulose nanomaterial-enabled products −Part 1: Applications,” TAPPI JOURNAL, Vols. 13,NO. 5, MAY 2014. |
| [27] | Pääkkö et al. 2008; Ikkala et al. 2009; Aulin, Netrval et al. 2010. |
| [28] | S. H. Xu, J. Gu, Y. F. Luo, D. M. Jia, “Effects of partial replacement of silica with surface modified nanocrystalline cellulose on properties of natural rubber nanocomposites,” eXPRESS Polymer Letters, Vols. 6, No.1, p. 14–25, 11 July 2011. |
| [29] | Lyne, B.,, “Market Prospects for NanoCellulose,” The RoyalInstitute of Technology,Alberta Biomaterials Development Centre, Edmunton,AB,Canada,February2013. |
| [30] | Nanotechnology and Nanomaterials in the Automotive Industry: Applications, Products, World Market, Companies and Revenues. Retrieved from Future Markets Inc.: http://www.futuremarketsinc.com/index.php?option=com_content&view=article&id=47, the-world-market-for-corroion&catid=1&Itemid=54, 2011, February. |
| [31] | THE GLOBAL MARKET, Forecast from 2010 to 2025 ,Production volumes, prices, future projections and end user markets, “NANOMATERIALS FUTURE MARKETS” ,EDITION 1 ,MARCH 2015 £200, http://www.futuremarketsinc.com. |
| [32] | http://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/nano-cellulose-market-56392090.html. |
| [33] | ” Transportation Energy Data Book,” 2012. |
[1] Headliners
[2]Headlamp
[3]Tunicates
[4] Nanofibrillated cellulose or Cellulose Nanofiber
[5] Cellulose nanocrystals (CNC)
[6] Nanocrystalline cellulose (NCC)
[7] Bacterial nanocellulose (BNC)
[8] wood-plastic composites (WPCs)
[9]Dashboard
[10]Floormat
[11] Corporate Average Fuel Economy (CAFE)
[12]Fuelefficient
[13]Biofuel
[14] American Process Inc. (Atlanta, GA)
[15] Futuris Automotive (Melbourne, Australia)
[16] Georgia Institute of Technology
[17] Clark Atlanta University
[18] Swinburne University of Technology
[19] U.S. Department of Agriculture (USDA)
[20] Ultra strong
[21] Kevlar®
[22] Low carbon footprint
[23]Compostable
[24] Ford
[25] Natural Rubber
[26]Vulcanization
[27] Payne effect
[28]Heatbuild-up
[29]Manufacturability
[30]Dashboard
[31] Headliners
[32]Floormat
[33] Tesla
[34] Newark, CA
———————————————————————
مدیر طرح و تهیه کننده گزارش:
گروه ترویج صنعتی فناوری نانو در حوزه کامپوزیت و پلیمر
(مبنا پژوهان فناوریهای نوین آتیه)
نگارش:
محمد حسین عقابی سجادی، امیر دارستانی فراهانی
بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]
[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]
====================================================================================
