A személyautók egyre nehezebbek. Ugyanabban a kategóriában a 30 évvel korábbihoz képest drámai a változás: a gépkocsik tömege több mint 15 százalékkal nőtt. Mindez pedig szembemegy azzal az elvvel, hogy hatékonyabbá tegyük a járműveket az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának visszaszorítása és az elektromos járművek hatótávolságának növelése érdekében. A probléma megoldása a könnyebb, de a biztonsági kívánalmaknak is megfelelő anyagok lennének, ezekkel csak az a probléma jelenleg, hogy drágák, így pedig jócskán megdobnák a gépkocsi árát is.

Minderre az USA Energiaügyi Minisztériuma is felfigyelt, és épp ezért négy évvel ezelőtt elindított egy kutatást, amely az autók hatékonyabbá tételének és az üzemanyag-fogyasztás csökkentésének módjait kereste össztömegük csökkentésével. Egy nehezebb autóhoz nagyobb motor, erősebb fékek stb. szükségesek, így a karosszéria vagy más alkatrészek tömegének csökkentése tovagyűrűző hatású, ami további súlymegtakarítást eredményez. A minisztérium ezért olyan könnyű szerkezeti anyagok kifejlesztését szorgalmazta, amelyek megfelelnek a mai hagyományos acélpanelekkel kapcsolatos biztonsági kívánalmaknak, ugyanakkor elég olcsón elkészíthetők ahhoz, hogy akár teljesen kiváltsák az acélt a szabványos járművekben. Ez a kutatás érett be mostanra.

A különböző szénszálas kompozitok nem ismeretlenek – megtalálhatjuk őket akár a teniszütőkben, akár a kerékpárokban. Kérdés, hogy az autókban miért nem? A válasz fentebb elhangzott, a relatíve (az acél vagy alumínium szerkezeti elemekhez képest) magas előállítási költség miatt ilyen kompozitokat eddig csak néhány nagyon drága modellben alkalmaztak. Ha mondjuk egy kisteherautót készítenénk acél helyett ilyen szénszálas anyagból, az nagyjából megduplázná a költségeket. Ha szeretnénk lefaragni ezeken a költségeken, két dologra lesz szükségünk: olcsó kiindulási anyagra és viszonylag egyszerű feldolgozási módszerre.

Az olcsó kiindulási anyag egyik forrása a kőolaj finomítása során visszamaradt hulladékanyag, amelyeket a finomítók manapság olyan alacsony értékű alkalmazásokhoz szállítanak, mint az aszfaltozás, vagy akár teljesen hulladékként kezelik ezeket. Ez az anyag további égésre használhatatlan, túl piszkos ahhoz, hogy üzemanyagként történő alkalmazására sor kerülhessen, és az egyre szigorodó környezetvédelmi előírások miatt ez fokozottan igaz. Egy másik alternatíva emellett, amit a csapat szintén tesztelt, az acélgyártáshoz használt kokszszén mellékterméke.

Az olcsó alapanyag tehát adott, de mi a helyzet a folyamattal? A kutatók szerint a szénszál elkészítése mind energetikai, mind a folyamat komplexitását tekintve minimális befektetést igényel csak. Az szóban forgó hulladékanyagok ugyanis különböző molekulákból állnak – ha pedig ezeknek változtatjuk a méretét vagy az alakját, úgy drámai mértékben változnak a tulajdonságaik is.

A kötések kialakulásának és az alkotó molekulák közötti keresztkötések gondos modellezésével a kutatók kidolgoztak egy módszert annak előrejelzésére, hogy egy adott feldolgozási körülmény miként befolyásolja az eredményül kapott szál tulajdonságait. Mint a kutatók elmondták, az eredményeket sikerült „megdöbbentő” pontossággal előrejelezni – olyan jellemzők, mint a szálak sűrűsége vagy a rugalmasság mértéke mind előrejelzhetőkké váltak. Az új szénszál így nem csak olcsón elkészíthető, de további előnyöket is kínál a hagyományos szénszálas anyagokkal szemben, mivel nyomószilárdsága is lehet, vagyis teherhordó alkalmazásokhoz is használható. Ez pedig már nem csak a járműipar számára jön jól, de potenciális alkalmazások egész sora előtt nyitja meg a kaput.

(Kép: Wikimedia Commons/Steve Jurvetson)