الكاتب: تايشي

إنشاء شراكة جديدة لإنتاج مواد خفيفة الوزن لصناعة الفضاء

أعلن معهد لوكسمبورغ للعلوم والتكنولوجيا (LIST) عن مشروع شراكة جديد مع شركة Gradel في لوكسمبورغ للبحث وإنتاج هياكل خفيفة الوزن للغاية لصناعة الطيران والفضاء. وسيتم إنتاج أجزاء لثلاثة من الشركات الأوروبية العملاقة في مجال بناء الأقمار الصناعية؛ تاليس ألينيا سبيس (فرنسا)، وإيرباص للدفاع والفضاء (فرنسا)، وأوهب (ألمانيا).

في مجال الفضاء والأقمار الصناعية، الوزن مكلف. فكلما كان المنتج المخصص للنقل إلى الفضاء أثقل وزناً، زادت تكلفته. في الواقع، تشير التقديرات الحالية إلى أن التكلفة تتراوح بين 5000 و10000 يورو للكيلوغرام الواحد، مما يعني أن أي خسارة في الوزن مفيدة مالياً للشركات التي ترسل أقماراً صناعية إلى الفضاء.

تهدف الشراكة الجديدة إلى إنتاج هياكل شديدة الصلابة وخفيفة الوزن للغاية باستخدام البوليمرات المعززة بألياف الكربون المستمرة (CFRP) في عملية لف خيوط لإنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد خفيفة للغاية.

يتم تغليف ألياف الكربون ببوليمر يعمل على تصلب الجسم بأكمله مما يجعله شديد الصلابة والمرونة. يتم لف ألياف الكربون المشبّعة لتشكيل تصميم شبكي ثلاثي الأبعاد مُحسّن يمنح الجزء خواصه الميكانيكية الخاصة.

سيتم تنفيذ مشروعين في مختبرات LIST-Gradel، الأول يسمى "xFKin3D"، ويتكون من صنع أجزاء يدوياً باستخدام نسج الخيوط يدوياً. وسيستهدف هذا المشروع معايير الاستخدام الفضائي التوضيحي للأجزاء الهيكلية التي تنتجها تقنية xFKin3D.

أما المشروع الثاني الذي سيُعرف باسم "xFKin3D الروبوتي" فسيكون التحدي المتمثل في إنتاج نفس الأجزاء التي تم إنتاجها في المشروع الأول، ولكن باستخدام ذراع روبوتية جديدة تم تركيبها مؤخراً في LIST، مما يجعلها عملية تصنيع مؤتمتة بالكامل، مما يضمن إمكانية التكرار الممتازة، بنفس القوة والجودة، ولكن على نطاق أوسع.

والمكونات المنتجة مخصصة للاستخدام في كل ما هو داعم للهوائي، وقوس للمعدات في الأقمار الصناعية. وحالياً العديد من هذه الأجزاء معدنية وبالتالي ثقيلة نسبياً. والهدف من ذلك هو الابتعاد عن الأجزاء المعدنية، ومع هذه التقنية الجديدة التي تنتجها شركة LIST وGradel المنتجة في لوكسمبورغ، يمكن تحقيق تخفيض يصل إلى 751 تيرابايت 3 تيرابايت في الوزن، مما يوفر على الشركات تكاليف كبيرة.

ويدعم كلا المشروعين برنامج لوكسمبورغ الوطني للفضاء LuxIMPULSE، الذي يهدف إلى توفير التمويل لمساعدة الشركات التي تم تأسيسها في لوكسمبورغ على طرح أفكار مبتكرة في السوق. وتدير البرنامج وكالة الفضاء اللكسمبرغية (LSA) بالتعاون مع وكالة الفضاء الأوروبية (ESA).

الألياف الكربونية الجديدة لشفرات توربينات الرياح يمكن أن تحقق فوائد من حيث التكلفة والأداء

أفادت دراسة أجراها باحثون في مختبرات سانديا الوطنية أن مادة جديدة من ألياف الكربون يمكن أن تحقق فوائد من حيث التكلفة والأداء لصناعة الرياح إذا تم تطويرها تجاريًا.

يقل وزن شفرات الرياح التي تحتوي على ألياف الكربون بمقدار 251 تيرابايت 3 تيرابايت عن تلك المصنوعة من مواد الألياف الزجاجية التقليدية. وهذا يعني أن الشفرات المصنوعة من ألياف الكربون يمكن أن تكون أطول من تلك المصنوعة من الألياف الزجاجية، وبالتالي يمكنها التقاط المزيد من الطاقة في المواقع ذات الرياح المنخفضة. وقال براندون إينيس، الباحث في مجال طاقة الرياح في مختبرات سانديا والباحث الرئيسي في المشروع، إن التحول إلى ألياف الكربون يمكن أن يطيل عمر الشفرات لأن مواد ألياف الكربون تتمتع بمقاومة عالية للإجهاد.

يتم تمويل المشروع من قبل مكتب تقنيات طاقة الرياح التابع لوزارة الطاقة في مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة. ويشمل الشركاء في المشروع مختبر أوك ريدج الوطني وجامعة ولاية مونتانا.

من بين جميع الشركات المنتجة لتوربينات الرياح، هناك شركة واحدة فقط تستخدم مواد ألياف الكربون على نطاق واسع في تصميمات شفراتها. وقال إينيس إن شفرات توربينات الرياح هي أكبر الهياكل المركبة المكونة من قطعة واحدة في العالم، ويمكن أن تمثل صناعة الرياح أكبر سوق لمواد ألياف الكربون من حيث الوزن إذا توفرت تجارياً مادة تنافس المواد المركبة المقواة بالألياف الزجاجية من حيث التكلفة والقيمة.

تعد التكلفة هي الاعتبار الرئيسي أثناء تصميم المكونات في صناعة الرياح، ومع ذلك يتعين على مصنعي التوربينات أيضًا بناء شفرات تتحمل أحمال الضغط والإجهاد التي تتعرض لها الشفرات أثناء دورانها لمدة تصل إلى 30 عامًا.

تساءل إينيس وزملاؤه عما إذا كان بإمكان ألياف الكربون الجديدة منخفضة التكلفة التي تم تطويرها في مختبر أوك ريدج الوطني أن تلبي احتياجات الأداء مع تحقيق فوائد من حيث التكلفة لصناعة الرياح. تبدأ هذه المادة بسليفة متاحة على نطاق واسع من صناعة النسيج تحتوي على حزم سميكة من ألياف الأكريليك. وتتبع عملية التصنيع، التي تقوم بتسخين الألياف لتحويلها إلى كربون، خطوة وسيطة تسحب ألياف الكربون إلى ألواح خشبية. وتنتج عملية السحب اللولبي لصناعة الألواح الخشبية ألياف الكربون ذات الأداء العالي والموثوقية اللازمة لتصنيع الشفرات وتسمح أيضًا بقدرة إنتاجية عالية.

وعندما قام فريق البحث بدراسة هذه الألياف الكربونية منخفضة التكلفة، اكتشفوا أن أداءها أفضل من المواد التجارية الحالية من حيث الخصائص الخاصة بالتكلفة التي تهم صناعة الرياح.

وقدمت ORNL عينات تطويرية من ألياف الكربون من مرفق تكنولوجيا ألياف الكربون التابع لها والمركبات المصنوعة من هذه المادة بالإضافة إلى مركبات مماثلة مصنوعة من ألياف الكربون المتاحة تجاريًا للمقارنة.

قام زملاؤه في جامعة ولاية مونتانا بقياس الخواص الميكانيكية لألياف الكربون الجديدة مقارنةً بألياف الكربون المتاحة تجاريًا ومركبات الألياف الزجاجية القياسية. ثم جمع إينيس هذه القياسات مع نتائج نمذجة التكلفة من ORNL. واستخدم هذه البيانات في تحليل تصميم الشفرات لتقييم تأثير النظام لاستخدام ألياف الكربون الجديدة، بدلاً من ألياف الكربون القياسية أو الألياف الزجاجية، كدعامة هيكلية رئيسية في شفرة الرياح. تم تمويل الدراسة من قبل مكتب تقنيات طاقة الرياح التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

وجد إينيس وزملاؤه أن مادة ألياف الكربون الجديدة تتمتع بقوة ضغط 56% أكثر من ألياف الكربون المتاحة تجارياً، وهو خط الأساس في الصناعة. وعادةً ما تستوعب الشركات المصنعة قوة ضغط أقل باستخدام المزيد من المواد لصنع مكون ما، مما يزيد من التكاليف. وبالنظر إلى قوة الانضغاط الأعلى لكل تكلفة للألياف الكربونية الجديدة، توقعت حسابات Ennis توفير 401 تيرابايت لكل دولار في تكاليف المواد لغطاء الصاري الذي يعد المكون الهيكلي الرئيسي لشفرة توربينات الرياح، المصنوع من ألياف الكربون الجديدة مقارنةً بألياف الكربون التجارية.

تحليل حالة التنمية الحالية والمشهد التنافسي واتجاهات التنمية المستقبلية لصناعة ألياف الكربون: تجاوز الطلب العالمي 300,000 طن، حيث بلغت الطاقة الإنتاجية للصين أكثر من 401 تيرابايت 3 طن

تحتضن ألياف الكربون، باعتبارها واحدة من أهم المواد الجديدة من الناحية الاستراتيجية في القرن الحادي والعشرين، فرصًا غير مسبوقة للتنمية. ستحلل هذه المقالة بشكل شامل حالة التطور الحالية والمشهد التنافسي والاتجاهات المستقبلية لصناعة ألياف الكربون بدءًا من التغيرات في العرض والطلب في السوق العالمية إلى مسار صعود الشركات الصينية، ومن اتجاه الاختراقات التكنولوجية إلى النمو الهائل في مجالات التطبيق النهائية، مما يقدم للقراء بانوراما صناعية كاملة. ستركز هذه المقالة على تفسير أحدث التطورات في ألياف الكربون في مجالات التطبيق الأساسية مثل الفضاء ومركبات الطاقة الجديدة وشفرات توربينات الرياح، وتحليل الاستراتيجيات التنافسية وخيارات المسار التقني للشركات المحلية والأجنبية، واستنادًا إلى أحدث بيئة السياسات والطلب في السوق، والتطلع إلى الاتجاهات الرئيسية والفرص المحتملة لتطوير الصناعة في السنوات الخمس المقبلة.

قدمت دولة الإمارات العربية المتحدة مولد توربينات رياح مكون من 1,203 قضبان من راتنج ألياف الكربون

ولضمان مشاريع توليد الطاقة النظيفة، طرحت مدينة مصدر في أبوظبي مفهوم "مسار الرياح".

لمزيد من المعلومات حول مشروع ويندستوك

Windstalk هو مفهوم مولد كهربائي يعمل بالكامل بطاقة الرياح وكذلك مساحة عامة. وقد أخذ هذا المشروع في الحسبان تلميح اتجاه الرياح. وعلى وجه الدقة، يتألف مشروع "ويند ستوك" من 1,203 عمود رياح، مثبتة على ارتفاع 55 متراً فوق سطح الأرض. ويتراوح قطر قاعدتها الخرسانية بين 10 و20 متراً.

السيقان المرئية مصنوعة من قضبان من الراتنج المقوى بألياف الكربون، بقطر سفلي يبلغ 30 سم وقطر علوي يبلغ 5 سم. تم تجهيز الجزء العلوي من العمود بمصباح LED، والذي يمكنه ضبط السطوع وفقًا لقوة الرياح. عندما لا تكون هناك رياح، يظل العمود ثابتاً وتخفت الأضواء.

لقد كانت شنغهاي رائدة في صناعة ألياف الكربون ذات الفتيل الكبير 60K، مما أدى إلى سد الفجوة الصناعية المحلية

بالأمس، أصدرت شركة سينوبك شنغهاي للبتروكيماويات في شنغهاي ألياف الكربون ذات الفتيل الكبير 60K المطورة بشكل مستقل. ويُعدّ هذا المنتج الأول من نوعه على المستوى المحلي، حيث يسدّ الفجوة الصناعية المحلية بشكل فعّال، وقد وصل أداؤه إلى المستوى الرائد على المستوى الدولي. وفي الوقت الحالي، تمتلك شنغهاي القدرة الإنتاجية لما يقرب من 20 نوعًا من منتجات ألياف الكربون بمواصفات خيوط مختلفة مثل 24 كيلو و48 كيلو و60 كيلو، وقد حققت سلسلة صناعة ألياف الكربون سيطرة مستقلة.

الإنفاق الدفاعي يزيد من الطلب على الألياف عالية القوة

اكتشف كيف يؤدي ارتفاع الإنفاق الدفاعي إلى زيادة الطلب على الألياف عالية القوة، وهي ضرورية للتطبيقات العسكرية المتقدمة والمواد المبتكرة.

نمو سوق المركّبات البحرية مع ارتفاع مبيعات اليخوت

تتوسع سوق المركبات البحرية مع زيادة مبيعات اليخوت مدفوعةً بالطلب على المواد خفيفة الوزن والمتينة في القوارب الفاخرة.

الولايات المتحدة تزيد من وارداتها من ألياف الكربون في ظل النقص المحلي

تزيد الولايات المتحدة من واردات ألياف الكربون لمعالجة النقص المحلي وضمان الإمدادات للصناعات الرئيسية وتعزيز قدرات التصنيع.