Chiếc xe tiếp theo của bạn sẽ được làm từ giấy và nhựa?

Quỳnh Chi

Vật liệu sợi nano cellulose nhẹ, có nguồn gốc từ thực vật của Daio Paper được sử dụng trong cửa và mui xe của chiếc xe đua này.

Cuộc đua phát triển vật liệu mới cho ô tô đang nóng lên giữa các nhà sản xuất hóa chất và giấy tại Nhật Bản, khi các nhà sản xuất ô tô tìm cách tạo ra sản phẩm tiết kiệm nhiên liệu hơn và thân thiện với môi trường.

Theo Nikkei Asia Review, Daio Paper đã bắt đầu kết hợp sợi nano cellulose, hoặc CNF, vào các tấm thân xe tự động. Vật liệu làm từ thực vật này được tạo ra bằng cách phá vỡ các sợi bột giấy với kích thước nanomet, hoặc một phần tỷ mét, và tạo chúng thành các tấm vật liệu. Vật liệu thu được vừa nhẹ vừa chắc: chỉ nặng bằng 1/5 so với thép và có độ bền gấp năm lần.

CNF của Daio đã được gắn vào mui xe và cửa xe ô tô trong một cuộc đua tại Nhật Bản. Đây là lần đầu tiên vật liệu này được sử dụng trong một chiếc xe đang vận hành. Công ty hy vọng sẽ bán sản phẩm này để sử dụng trong sản xuất ô tô trong tương lai.

Sự phát triển của CNF bắt đầu từ những năm 2000. Daio và Nippon Paper Industries đã thử nghiệm nguyên liệu này từ năm 2013. Một công ty giấy khác của Nhật Bản, Oji Holdings, cũng đang phát triển một loại vật liệu bao gồm nhựa và CNF, nhằm mục đích bán 20 tỷ yên (180 triệu đô la) trong vòng 10 năm.

Các nhà sản xuất vật liệu khác cũng đang nghiên cứu với vật liệu nhựa. Nhựa polycarbonate của Teijin là một sự thay thế cho kính được sử dụng trong cửa xe hơi. Nó nặng gấp rưỡi và có khả năng chống sốc gấp 200 lần. Vật liệu này có lớp phủ bảo vệ đặc biệt giúp ngăn ngừa thiệt hại do mài mòn, một thứ mà nhựa polycarbonate tiêu chuẩn dễ bị ảnh hưởng.

Vật liệu này đang được xem xét để sử dụng trong những chiếc xe sản xuất đang được GLM, một công ty khởi nghiệp về xe điện có trụ sở tại Kyoto phát triển. Một công ty khởi nghiệp EV khác, AEV Robotics của Úc, cũng đang xem xét kết hợp nhựa Teijin vào ô tô của mình, công ty hy vọng sẽ ra mắt vào năm 2025.

Nhà sản xuất hóa chất Nhật Bản Asahi Kasei đang làm việc để thương mại hóa polyphenylene ether đã được biến đổi như một chất cách nhiệt chịu nhiệt và cho các mục đích sử dụng khác. Vật liệu này nhẹ và có khả năng chịu nhiệt cao.

Oji Holdings đang phát triển một vật liệu kết hợp sợi nano cellulose và nhựa với hy vọng sẽ tạo ra doanh thu khoảng 180 triệu đô la trong vòng 10 năm.

Trở ngại lớn nhất để đưa những vật liệu mới này vào sản xuất xe hơi chính là chi phí. Thép tấm ô tô thường có giá dao động từ dưới một đô la đến vài đô la mỗi kg. Mặt khác, CNF có thể có giá tới 90 đô la mỗi kg. Nhựa Polycarbonate cũng vậy, ước tính có giá cao hơn vài chục lần so với thép tấm.

Nhưng các quy định về môi trường chặt chẽ hơn và việc thúc đẩy giảm lượng khí thải carbon xuống thấp hơn có thể khiến cho vật liệu đầu vào mới này trở nên hấp dẫn hơn, bất chấp chi phí cao. Các nhà sản xuất đang cố gắng giảm giá thành.

Sợi carbon, được sử dụng trong các máy bay từ những năm 2000, đã giảm xuống còn khoảng 18 đô la mỗi kg, cho phép sử dụng trong những chiếc xe cao cấp. Mặc dù sợi carbon vẫn có giá cao hơn 10 đến 20 lần so với thép tấm, nhưng nó đáng giá vì nặng bằng 1/4 so với thép và bền hơn 10 lần. Một số ước tính thị trường toàn cầu đối với sợi carbon ô tô ở mức 560 tỷ yên vào năm 2030, tăng gấp sáu lần so với năm 2018.

Bộ thương mại Nhật Bản đang kêu gọi các nhà sản xuất cắt giảm chi phí sản xuất CNF xuống còn 500 yên hoặc ít hơn mỗi kg vào năm 2030. Ước tính thị trường nhựa CNF gia cố sử dụng cho sản xuất ô tô có thể trị giá 600 tỷ yên. Việc tăng quy mô thị trường có thể giảm chi phí sản xuất đáng kể nếu vật liệu được sử dụng hàng năm cho 20.000 xe trở lên.

Giảm thiểu lượng khí thải carbon là điều bắt buộc đối với các nhà sản xuất ô tô khi cạnh tranh gay gắt trên toàn thế giới. Vật liệu nhẹ còn giúp tối đa hóa số km cho xe chạy bằng xăng và tăng phạm vi đối với xe điện. Các nhà sản xuất khó có thể bỏ qua các vật liệu mới chỉ dựa trên cơ sở chi phí.

Trung tâm nghiên cứu ô tô có trụ sở tại Hoa Kỳ ước tính các thành phần phi kim loại, bao gồm các sản phẩm được làm từ nhựa và sợi carbon, sẽ chiếm tới 15% trong tổng số các bộ phận tự động tính theo trọng lượng, đến năm 2040, tăng từ vài phần trăm so với hiện tại. Còn trước đó, năm 2010 tỷ lệ này chỉ là 1%

Khi các vật liệu mới xuất hiện, các công nghệ có thể kết hợp nhựa hoặc sợi carbon với thép tấm. Chất kết dính thông thường cung cấp độ bền hạn chế và đinh tán tăng thêm trọng lượng cho thân xe, vì vậy các nhà sản xuất vật liệu đang cố gắng đưa ra những cách mới để gắn các bộ phận này lại với nhau.

Toray Industries đang phát triển một loại nhựa gọi là polyphenylene sulfide làm chất liên kết. Nó có khả năng chịu nhiệt và ăn mòn cao. Vào mùa hè năm 2018, Kobe Steel đã mở một phòng trưng bày công nghệ gia nhập ô tô tại văn phòng của mình ở Fujisawa, phía tây nam Tokyo. Một trong những điểm thu hút chính là hệ thống hàn ma sát của nó liên kết các vật liệu khác nhau để gắn các bộ phận với nhau bằng cách sử dụng nhiệt từ ma sát.

Máy in ba chiều cũng đang thu hút sự chú ý như một cách để tạo ra vật liệu composite. Các máy in sử dụng laser và các công cụ khác để xây dựng các lớp bột thành các vật thể có độ bền cao bao gồm kim loại và nhựa. Nhà sản xuất máy in 3D có trụ sở tại Hoa Kỳ Stratasys nằm trong số những người phát triển công nghệ này.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *