ชิ้นส่วนยานยนต์จากโพลีเมอร์ชีวภาพเสริมเส้นใย, Fiber-reinforced biopolymers

ชิ้นส่วนยานยนต์จาก “โพลีเมอร์ชีวภาพเสริมเส้นใย” ที่ทนทาน และลดการปล่อยคาร์บอน

อัปเดตล่าสุด 16 พ.ย. 2566

โครงการ COOPERATE ในเยอรมนี กำลังพัฒนาชิ้นส่วนยานยนต์ ที่ทนทาน และลดการปล่อยคาร์บอน ผลิตจากโพลีเมอร์ชีวภาพเสริมเส้นใย (Fiber-reinforced biopolymers) ทดแทนการใช้พลาสติกจากฟอสซิล

พลาสติกมีคุณสมบัติที่ดีหลายประการ มีน้ำหนักเบา ทนทาน และมีความหลากหลายในการออกแบบมากมาย อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบน้ำหนักเบาของพลาสติกจากฟอสซิลให้ขอบเขตที่ดีในการลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์

Advertisement

วันที่ 1 กันยายน 2023 สถาบัน Fraunhofer LBF ประเทศเยอรมนี ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการ COOPERATE กำลังทำงานร่วมกับพันธมิตรทั้งด้านอุตสาหกรรมและการวิจัยเพื่อทดแทนพลาสติกจากฟอสซิลด้วยทางเลือกจากชีวภาพ รวมถึงการพัฒนาวิธีการที่สนับสนุนการใช้วัสดุอย่างประหยัดมากขึ้น เพื่อปรับปรุงการออกแบบผลิตภัณฑ์ในแง่ของการประเมินวงจรชีวิตและความยั่งยืน เป้าหมายคือเพื่อลดปริมาณ CO2 ในส่วนประกอบของยานยนต์และการใช้งานทางอุตสาหกรรมได้มากถึง 50 เปอร์เซ็นต์

ภาคอุตสาหกรรมต้องการและจำเป็นต้องลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกลงครึ่งหนึ่งภายในปี 2030 ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดของรัฐบาลกลางเยอรมนี การออกแบบที่มีน้ำหนักเบามีส่วนช่วยอย่างมากในการลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์

โครงการ COOPERATE กำลังทำงานเพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในการออกแบบชิ้นส่วนยานยนต์น้ำหนักเบาที่มีความทนทานสูงต่อแรงกลและแรงไดนามิก ซึ่งรวมถึงส่วนประกอบพลาสติกที่รับน้ำหนัก เช่น ฐานเครื่องยนต์หรือข้อต่อ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแชสซี เพื่อลดความต้องการคาร์บอนไดออกไซด์ในการผลิตชิ้นส่วนพลาสติก

พันธมิตรโครงการจึงรวมสองแนวทางเข้าด้วยกัน ประการแรกคือการนำพลาสติกชีวภาพ (เช่น ไบโอโพลีเมอร์เสริมเส้นใย) มาทดแทนพลาสติกจากฟอสซิล โดยพลาสติกชีวภาพทำจากวัตถุดิบหมุนเวียน เช่น ผลพลอยได้ทางการเกษตร และการเพิ่มประสิทธิภาพไบโอโพลีเอไมด์ที่ได้จากน้ำมันลินสีด เพื่อใช้ในชิ้นส่วนที่ทนทานและมีน้ำหนักเบาซึ่งอาจมีการสั่นสะเทือน

ประการที่สอง นักวิจัยกำลังลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่สร้างความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมโดยการพัฒนาการออกแบบเฉพาะวัสดุและลดปริมาณวัสดุที่ใช้ โดยอยู่ระหว่างพัฒนาวิธีการออกแบบชิ้นส่วนที่เอื้อต่อการใช้วัสดุที่ประหยัดมากขึ้น โดยความต้านทานต่อความเค้นของวัสดุเป็นปัจจัยหนึ่งที่ต้องพิจารณาในกระบวนการนี้ เป้าหมายคือการลดปริมาณวัสดุที่ใช้ลง 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจะนำไปสู่การลดพลังงานที่ต้องใช้ในการทำความร้อนและละลายวัสดุในกระบวนการผลิต

“สารทดแทนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ตลอดวงจรชีวิตทั้งหมด เรากำลังมุ่งเน้นไปที่วัสดุเมทริกซ์ในคอมโพสิต และลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกลงครึ่งหนึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับพลาสติกทั่วไป โดยบรรลุคาร์บอนไดออกไซด์ 9 กิโลกรัม ต่อน้ำหนักผลิตภัณฑ์ 1 กิโลกรัม เทียบกับคาร์บอนไดออกไซด์ 4.5 กิโลกรัม ต่อน้ำหนักผลิตภัณฑ์ 1 กิโลกรัม” Georg Stoll ผู้จัดการโครงการกล่าว

นักวิจัยที่ Fraunhofer LBF เผย “การลดน้ำหนักของยานพาหนะในเวลาต่อมายังหมายความว่าต้องใช้กำลังขับเคลื่อนน้อยลง ซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน” Fraunhofer LBF กำลังทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการออกแบบและทดแทนวัสดุจากฟอสซิล ร่วมกับ BOGE Elastmetall GmbH ผู้ผลิตระบบควบคุมการสั่นสะเทือนและส่วนประกอบพลาสติกสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์, TECNARO GmbH บริษัทที่พัฒนาโพลีเมอร์ชีวภาพและคอมโพสิตชีวภาพจากวัตถุดิบที่หมุนเวียนได้ และประธานของ Carbon Composites (LCC) ที่มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก โดยกระทรวงเศรษฐกิจและการดำเนินการด้านสภาพภูมิอากาศแห่งสหพันธรัฐเยอรมนี (BMWK) เป็นผู้ให้ทุนสนับสนุนโครงการนี้

การประเมินวงจรชีวิตที่ดีขึ้นและการพัฒนาผลิตภัณฑ์อย่างยั่งยืนมากขึ้น

วิธีการคำนวณใหม่ที่คำนึงถึงอิทธิพลของการผลิตที่มีต่อพฤติกรรมกึ่งคงที่และวัฏจักรของวัสดุก็ได้รับการพัฒนาเช่นกัน โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการนี้ เมื่อใช้วิธีการจำลองที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้ ทำให้สามารถประมาณคุณสมบัติของวัสดุ เช่น ความแข็งแกร่งและความแข็งแรง โดยขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของเส้นใยในส่วนประกอบ เป็นต้น

นักวิจัย Fraunhofer LBF อธิบายว่า “เรากำลังจำลองทั้งกระบวนการผลิตและพฤติกรรมของชิ้นส่วนประกอบ สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถกำหนดวิธีการออกแบบชิ้นส่วนเพื่อใช้วัสดุน้อยลงได้ตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบเสมือนจริงและการพัฒนา” ในขณะที่ LCC มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิกกำลังพัฒนาแบบจำลองที่จำเป็นสำหรับการระบุลักษณะการทำงานของวัสดุในชิ้นส่วนที่เสร็จสมบูรณ์ ซึ่งอิงตามข้อมูลการทดลองที่รวบรวมโดย Fraunhofer LBF และข้อมูลที่จัดทำโดย BOGE Elastmetall GmbH