继废塑料垃圾转石油之后,美国科学家们又出惊人操作——将石油废料转化为碳纤维,不仅如此,转化的碳纤维更强大。随着世界努力提高汽车和其他代步工具的效率,以遏制温室气体排放,提高电动汽车的使用范围,科学家们正在寻找更轻、强度足以用于车身的材料。由碳纤维制成的轻质材料,类似于某些网球拍和自行车所用的材料,同时拥有非凡的强度和较轻的重量,但这些材料的生产成本高于钢或铝制成的类似结构元件。现在,美国某著名理工大学和其他地方的科学家们已经找到了一种用超廉价原料制造这些轻质纤维的方法,利用的炼油过程中留下的废料。
这种新型碳纤维不仅制造成本低廉,而且比传统碳纤维材料更具优势,因为它具有压缩强度,这意味着它可以用于承重应用。这项研究大约在四年前开始,是为了响应美国能源部的一项要求,该部正在寻求通过降低汽车总重量来提高汽车效率和降低油耗的方法。科学家们解释说:“如果你现在看看同一款车型,与30年前相比,它要重得多,同一类别的汽车重量增加了15%以上。”
更重的汽车需要更大的发动机、更强的制动器等等,因此减轻车身或其他部件的重量会产生连锁反应,从而产生额外的重量节省。美国能源部正在推动轻质结构材料的开发,这种材料既能满足当今传统钢板的安全性,又能以足够低的成本制造,有可能完全取代标准车辆中的钢材。由碳纤维制成的复合材料并不是一个新想法,但到目前为止,在汽车领域,它们只在少数非常昂贵的车型中使用,这项新研究旨在通过提供低成本的起始材料和相对简单的加工方法来扭转这种局面。
另一位科学家解释道:“目前,汽车用优质碳纤维的价格至少为每磅10至12美元,而且可能更高,用于航天器组件等特殊应用,每磅高达数百美元。相比之下,钢的价格约为每磅75美分,铝的价格为每磅2美元。”
这些纤维通常由从石油中提取的聚合物(如聚丙烯腈)制成,但使用昂贵的中间步骤聚合碳化合物,这种聚合物的成本占最终纤维总成本的60%以上。该团队的新方法不是从精炼和加工的石油产品开始,而是使用精炼过程后基本上留下的残渣,一种被称为石油沥青的材料。“这就是我们平时所说的桶底。”他说到:“这是一个混合重碳氢化合物的大杂烩,这就是它在某种程度上的美丽之处,因为有太多的化学物质可以利用,这让它成为一种迷人的材料。”