کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو

[Mr.101 27,036]

 

 

 

 

صنایع خوردرو سازی از بزرگ ترین صنایع جهان می باشد و در کشور ما نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است. با توجه به رشد روز افزون و پیشرفت صنعت خودروسازی استفاده از فناوری های نوین نیز در این صنعت از اهمیت فراوانی برخوردار است و نانوفناوری به عنوان یکی از مهم ترین عوامل در این زمینه حائز اهمیت می باشد.

فناوری نانو به عنوان انقلاب صنعتی قرن آینده اثرات فراوانی در صنایع گوناگون خواهد داشت. یکی از چشم اندازهای امیدوارکننده این فناوری پیشرفته، تحول در صنعت خودروسازی است.

یکی از اصلی ترین موضوعات فناوری نانو، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد ارزش افزوده وکارایی بسیار بالاتری در تمام صنایع خواهد داشت که صنعت خودرو نیز از آن مستثنی نمی باشد.

در این مقاله به منظور درک اهمیت این فناوری برای مدیران و کارشناسان صنعت خودرو، نگاهی گذرا به کاربردها، شرکت های فعال در این حوزه و محصولات تجاری شده آن خواهیم داشت.

فناوری نانو، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با دردست گرفتن کنترل در سطح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود.

گستردگی علوم و فناوری نانو موجب تعریف کاربردهای بسیار زیادی در عرصه های مختلف علمی و صنعتی شده است. کاربردهای فناوری نانو در همه جا همراه با هزینه کمتر، دوام عمر بیشتر، مصرف انرژی پایین تر، هزینه نگهداری کمتر و خواص بهتر است.

از هم اکنون بازار بزرگی برای به کارگیری مواد جدید در محصولات فعلی در حال شکل گیری است، موادی می توانند خواص جدید و فوق العاده ای به محصولات موجود بخشیده و موجب کاهش قیمت تمام شده آنها شوند. به عنوان نمونه نانو لوله های کربنی با وزن بسیار کمتر و استحکام بسیار بیشتر نسبت به موادی چون فولاد، بخش زیادی از صنایع را در آینده تحت تاثیر خواهد داد.

صنعت خودروسازی یکی از بزرگترین صنایع جهان است و در کشور ما نیز از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. توجه به کارگیری فناوری های جدیدی چون فناوری نانو، در چنین صنعتی ضروری است.

یکی از اصلی ترین موضوعات فناوری نانو، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد ارزش افزوده بسیار بالا و کارایی بالاتری در تمام صنایع خواهند داشت که صنعت خودرو نیز از آن مستثنی نمی باشد.

ساخت بدنه های سبک تر و مقاوم تر برای خودرو، ساخت لاستیک هایی با مقاومت سایشی بهتر، ساخت قطعات موتور با عمر چند برابر، کاهش مصرف سوخت خودرو، ساخت باتری هایی با انرژی بالا و دوام بیشتر، نانوساختارهایی مبتنی بر کربن به عنوان سوپر اسفنج هیدروژنی در خودروهای پیل سوختی، ساخت حسگرهای چند منظوره برای کنترل فرایند مختلف در خودرو، ساخت کاتالیزورهای اگزوز خودرو برای کاهش آلودگی هوا، ساخت لایه های خیلی محکم با خصوصیات ویژه ای مثل الکتروکرومیک (رنگ پذیری الکتریکی) یا خودپاک کنندگی برای استفاده در شیشه ها و آینه های خودرو و سازگار کردن خودرو با محیط زیست و بسیاری موارد دیگر از جمله کاربردهایی هستند که فناوری نانو در صنعت خودرو خواهد داشت. همچنین جایگزینی کربن سیاه ( Black Carbon) تایرها با ذرات رس و پلیمرهای نانومتری، فناوری جدیدی است که تایرهای سازگار با محیط زیست و مقاوم در برابر ساییدگی را به ارمغان می آورد.

یکی از اثرات مثبت فناوری نانو، بالا بردن بازده موتورهای احتراق داخلی فعلی است. این موتورها حدود پانزده درصد انرژی ذخیره شده در بنزین محرکه تبدیل می کنند، از طرف دیگر وزن متوسط خودروهای امروزی حدود هزار و پانزده کیلوگرم می باشد، ولی با استفاده از فناوری نانو، پیش بینی می شود که بتوان بازده را تا پنج برابر افزایش داد و نیز وزن وسایل نقلیه را به میزان 10 برابر کاهش داد؛ پس می توان امیدوار بود که وسایل نقلیه با استفاده از این فناوری تا 50 درصد بهبود کارایی داشته باشند.

کل درآمد صنایع خودروسازی از یک تریلیون فراتر می رود (مثلا فروش شرکت جنرال موتورز که حدود 15/1 درصد از بازار 2001 را در دست داشت، در این سال 177/3 میلیارد دلار در این سال بود).

الگوهای خرید وسایل نقلیه جدید، تابع اقتصاد جهانی است. در شرایط رکود فعلی، عوامل اقتصادی مثل مصرف اندک سوخت و سوخت های جایگزین اهمیت فزاینده ای دارد. با افزایش میزان تولید جهانی و کاهش سود تولیدکنندگان خودرو و صنعت حمل و نقل بیش از همیشه خواهان اصلاحاتی در محصول و فرایند تولید می باشند.

خصوصیات ویژه صنعت خودروسازی، آن را به بازاری مستعد برای ورود فناوری نانو تبدیل کرده است. این بازار بسیار بزرگ است و با پیشرفت زمان، توسعه سریعی برای ایجاد محصولات جدید دارد (حداقل در مقایسه با دیگر محصولات پیچیده).

صنعت خودرو از طرفی در معرض فشارهای ناشی از قیمت سوخت و مسائل ایمنی و از طرف دیگر به شدت تحت تاثیر سلایق و تنوع درخواست مشتریان برای مدل های جدید خودرو است. بنابراین تمایل به ورود فناوری های نوین در این صنعت وجود دارد. خودرو مثل البسه برای بسیاری از افراد ضروری نیست، بلکه وسیله ای برای ابراز شأن و منزلت و سبک زندگی نیز به شمار می رود. به دلیل موارد مذکور صنعت خودرو یکی از اولین نقاط ورود فناوری هایی است که بیش از عملکرد، نوگرایی در آنها مطرح است. پوشش های پنجره الکتروکرومیک، که می توانند به صورت دلخواه یا خودکار شیشه ها را تیره سازند، یک کاربرد بالقوه فناوری نانو است که احتمالا پیش از نفوذ به دیگر بازارها همچون صنعت ساختمان در ساخت خودروهای پیشرفته جایگاهی خواهند یافت.

عوامل اصلی رقابت در صنعت خودروسازی

همانند سایر بخش ها، رقابت در صنعت خودروسازی از یک سو در زمینه تلاش برای کاهش هزینه ها، و از دیگر سو، افزایش کارایی و غلبه بر مشکلات زیست محیطی است.

عوامل اصلی رقابت در صنعت خودروسازی عبارتند از:

ـ قیمت

ـ ایمنی و امنیت

ـ کارایی سوخت

ـ ارتباطات/اطلاعات

ـ عملکرد بهتر

ـ کاهش آلودگی هوا

ـ زیبایی

ـ راحتی

در تمامی این زمینه ها، شرکت های خودروسازی یا در حال استفاده از فناوری نانو برای کسب قدرت رقابت بالاتر هستند، و یا این فناوری، در آینده توسط این شرکت ها به کار گرفته خواهد شد. بسیاری از کاربردهای پیشنهادی فناوری نانو، مشخصات نسل بعدی خودروها را تعیین خواهد کرد. استفاده از فناوری نانو به عنوان قدرتمندترین فناوری توانمند ساز موجب به دست گرفتن نقش رهبری در زمینه این فناوری خواهد شد.

فناوری میکرو نانو در حال تغییر دادن صنعت خودرو می باشند. تولید کنندگان صنعت خودرو نیز مشتاق استفاده از نوآوری برای بهبود عملکرد، راحتی و ایمنی خودرو می باشند. عامل تصمیم گیرنده برای پذیرش این فناوری ها مقرون به صرفه بودن آنهاست.

بنابراین در چند سال بعدی پیشرفت های اصلی فناوری نانو در زمینه زیر خواهد بود:

ـ عملکرد بهتر: مربوط به کارایی موتورهای بهبود یافته و استفاده از مواد سبک ومستحکم تر می باشد که همگی آنها تحت تاثیر فناوری نانو قرار خواهند گفت.

ـ به کارگیری لایه های نازک بر روی بلبرینگ ها و قطعات تحت اصطکاک به جای استفاده از روان کننده ها

ـ ***** های الکترواستاتیک جدید

ـ کاتالیزورهای جدیدی که از مواد بسیار متخلخل و سطوح انتخابگر شیمیایی بهره می برند.

ـ نانو ذرات در افزودنی های رنگ ها به کار رفته و اثرات رنگی جدید، سختی بیشتر، و دوام بالاتر را موجب می شوند.

کاربردهای میان مدت شامل قطعات موتور ساخته شده از سرامیک های جدید، پلاستیک های با استحکام بالا، و عایق های لرزشی بهتر مبتنی بر نانو سیالات مغناطیسی می باشد.

کابردهای بلند مدت شامل سیستم یاری رسان رانندگی مبتنی بر واقعیت تکمیل شده، خودروهایی که با انرژی تجدیدپذیر کار می کنند و تولید شخصی می باشد.

کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودروسازی

ـ مواد نانو ساختار

ـ مواد سبک

ـ افزایش استحکام و سختی

ـ افزایش طول عمر

ـ مواد ضد آتش ومحافظت کننده دمایی

ـ مواد مهندسی شده

ـ حسگری و پایش

- مواد هوشمند

ـ افزایش شفافیت

ـ پنجره هایی با قابلیت کنترل میزان نور و گرمای خورشید

ـ پنجره های تمیز

ـ محافظت در برابر آلودگی

ـ پلاستیک ضدنشت

ـ مواد فوق العاده چسبناک

ـ رنگ های دارای کارکرد خاص

ـ خودتمیزشوندگی

انرژی

ـ پیل سوختی

ـ الکترولیت نانوساختار

ـ پیل خورشیدی

ـ نانوفراورش

ـ پیل های خورشیدی مجهز به چاه کوانتومی

ـ تجهیزات غیر بلوری حساس شده به کمک رنگ

ـ پیل های خورشیدی آلی

ـ ترکیب مولکول های آلی یا غیر آلی

ـ ذخیره سازی انرژی بازده بالا

ـ بازده انرژی

ـ مصرف هوشمند انرژی

انتقال نیرو

ـ بهبود کارایی

ـ صرفه جویی در هزینه

ـ موتور هوشمند

ـ مایعات خنک کننده

حسگری و نمایش

ـ نمایش وضعیت فیزیکی مواد

ـ حسگری حرکتی

ـ ژیروسکوپNEMS و MEMS

ـ حسگرهای شیمیایی/زیستی

ـ تعیین وضعیت تایرها

ـ حسگرهای کیسه هوا

روشنایی

ـ سیستم روشنایی کم مصرف یکپارچه

ـ منابع روشنایی جدید

پردازش داده و ارتباطات

ـ ابزارهای الکترونیکی مولکولی

ـ تراشه های قدرتمند و ذخیره داده ها

ـ بهبود سیگنال ها

ـ ارتباطات سریع

ـ تفریحات

ـ رانندگی توسط هوش مصنوعی

بینایی

ـ نمایشگرهای مسطح با تفکیک پذیری بالا

ـ یاری رسان های رانندگی (واقعیت بهبود یافته)

ـ هولوگرافی همزمان

ـ سیستم ناوبری

ایمنی

ـ سیستم ایمنی پیشرفته

ـ تشخیص الگوی رانندگی

ـ حفاظت بیومتریک

ـ کاربردهای زیست پزشکی

ـ بهداشت

ـ رفع خستگی

ـ آسایش

تولید

ـ طراحی خوردو شخصی

ـ مدلسازی سریع

ـ تولید مواد به روش خود آرایی

ـ تولید قطعات الکترونیکی توسط خودآرایی

ـ رشد مواد

ـ نانو کارخانه با اندازه شخصی

ـ رنگ آمیزی

محیط زیست

ـ بازیابی

ـ تولید زیست سازگار

ـ پاکسازی آلودگی های خارج شده ازاگزوز

ـ کاهش سروصدا

مروری بر محصولات نانو در حوزه خودرو

ـ باتری های دارای ساختار نانو

ـ کاتالیزور سوختی نانوذره ای

ـ کاتالیزور پیل سوختی

ـ غشای نانو حفره ای

ـ مبدل کاتالیستی الکترونی

ـ نانوالیاف برای ***** کردن هوا

- سیستم خالص سازی هوای نانو

ـ نانو لوله های کربنی برای مواد مورداستفاده درخودرو

ـ آئروژل نانوساختار

ـ درزگیر آلیاژی

ـ روکش های نانو برای تایرها

ـ تولید مخازن پلاستیکی با کارآیی بالا با استفاده از فناوری نانو

ـ نانوسیالات

ـ فناوری خنک کننده برای خوردو

ـ نانو اندازه گیری

ـ فرآیند جریان آرام نازک دینامیک

ـ حسگرهای تصویری سه بعدی

نتیجه گیری

همان طور که ملاحظه کردید فناوری نانو تاثیرات زیادی در بخش های مختلف خودرو، از جمله رنگ، شیشه بدنه، لاستیک، پیل سوختی، و بسیاری از مواد دیگر خواهد داشت.

کشور ما با داشتن منابع غنی معدنی و مخازن عظیم نفتی باید انگیزه بیشتری برای دستیابی به این فناوری داشته باشد.

تاثیرات فناوری نانو بر ارتقا کیفیت مواد به کار رفته و در قسمت های مختلف خودرو وخصوصیات ویژه ای که آن مواد پیدا می کنند مهمترین مقوله ای است که باید به آن توجه کرد. همچنین تاثیرات بسزایی که استفاده از این فناوری در محیط زیست می گذارد قابل توجه است. مواد اولیه مورد نیاز برای هر صنعت، نقش مهمی در کیفیت ، قیمت و قابلیت های محصول تولید شده آن صنعت دارد. اگر بتوان از موادی با کیفیت بهتر، قیمت کمتر و کارایی بیشتر در ساخت قطعات خودرو استفاده کرد، خودروهای آینده علاوه بر آلودگی کمتر، از قیمت مناسب و قابلیت های بیشتر برخوردار خواهند بود.

با توجه به هشیاری روزافزون جهانی در بخش فناوری نانو و اقدامات صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی در جهان، ما نیز باید درصدد باشیم که سهمی هرچند اندک از این بازار را در دست بگیریم. با مطالعه کارهای تجاری شرکت های خودروسازی در می یابیم که شرکت های بزرگ در این زمینه کارهای تجاری کوچکی را انجام داده اند. گرچه در زمینه تحقیقاتی فعالیت فراوانی کرده اند اما در تولید تجاری مثلا با استفاده از فناوری نانو دست به تولید رکاب برای یک خودرو زده اند (شرکت جنرال موتورز) با یک قاب آینه (شرکت فورد) که شاید از اهمیت خاصی برخوردار نیست، اما در حقیقت تلاش تجاری آنها به منظور در دست گرفتن بازار بوده است تا کارهای تحقیقاتی تجاری و آزمایشگاهی شان را با ارزیابی های تجاری در آینده به صورت تولید انبوه درآورند.

نکته دیگر که باید به آن توجه کرد توسعه دیگر صنایع پایین دستی و بالادستی است. تقاضای شرکت های خودروسازی مثلا نانوکامپوزیت ها می توانند سازندگان این مواد را به تحریک وادار و باعث پیشرفت صنایع پتروشیمی برای تولید نانوکامپوزیت گردد، که "تا نیاز وجود نداشته باشد چیزی به وجود نمی آید". باید درخواست از طرف یک مصرف کننده باشد تا تولید کننده بتواند خطر کند و پا به عرصه بازار بگذارد.

شرکت های خودروسازی ما باید توجه داشته باشند که با تحقیق و توسعه، تولید محصولات بهبود یافته با کمک فناوری نانو درخواست های منطقی تولید کنندگان داخلی و خارجی را پاسخ دهند و سهمی از بازار را به دست گیرند.

در مجموع سیاست گذاران و بخش های تصمیم گیری صنعت خودرو باید از گستره فرصت های ارائه شده توسط این فناوری آگاه شوند تا بتوانند سیاستی مطلوب اتخاذ کنند. با برگزاری سمینارها و کارگاه های آموزشی و ارتباط با دانشگاه ها می توان این امر را سرعت بخشید و سپس تولید، هرچند اندک می تواند برایمان کارگشا باشد (حتی اگر امکان تولید داخلی نبود می تواند با کسب اطلاعات کافی درباره تاثیرات صنعت خودروسازی از فناوری نانو، با چشمان باز، واردات و انتقال فناوری را هدایت کرد).