Karbono-zuntza % 95etik gorako karbono-edukia duen polimero ez-organiko-zuntz material berria da, dentsitate baxua, erresistentzia handia, tenperatura altua, egonkortasun kimiko handia, nekearen aurkakoa, higadurarekiko erresistentea eta beste oinarrizko propietate fisiko eta kimiko bikainak dituena, eta bibrazioen arintze handia, eroankortasun termiko eroale ona, babes elektromagnetikoarekiko errendimendua eta hedapen termiko koefiziente baxua ditu, besteak beste. Propietate bikain hauek karbono-zuntza asko erabiltzen dute aeroespazialki, trenbide-garraioan, ibilgailuen fabrikazioan, armetan eta ekipamenduetan, eraikuntza-makinetan, azpiegituren eraikuntzan, itsas ingeniaritzan, petrolio-ingeniaritzan, haize-energian, kirol-ondasunen eta beste arlo batzuetan.
Karbono-zuntz materialen behar estrategiko nazionaletan oinarrituta, Txinak industria emergenteen oinarrizko teknologia gisa zerrendatu du, eta laguntzan zentratzen dira. "Hamabi-Bost" Zientzia eta teknologia plangintza nazionalean, errendimendu handiko karbono-zuntzaren prestaketa eta aplikazio teknologia estatuak babestutako industria estrategiko emergenteen oinarrizko teknologia bat da. 2015eko maiatzean, Estatu Kontseiluak ofizialki argitaratu zuen "Made in China 2025", material berriak sustapen eta garapen sendoaren arlo nagusietako bat bezala, errendimendu handiko egitura-materialak barne, konposite aurreratuak material berrien arloko garapenaren ardatz gisa. 2015eko urrian, Industria eta Informazio Industria Ministerioak ofizialki argitaratu zuen "Txinako Fabrikaziorako 2025eko Arlo Teknologikoen Bide-orria", "errendimendu handiko zuntza eta bere konpositeak" material estrategiko nagusi gisa, eta 2020ko helburua "bertako karbono-zuntz konpositeek hegazkin handien eta beste ekipamendu garrantzitsu batzuen eskakizun teknikoak betetzea" da. 2016ko azaroan, Estatu Kontseiluak "Hamahiru-Bost" Industria Berrien Garapen Estrategikoaren Plan Nazionala argitaratu zuen, argi eta garbi adieraziz material berrien industriaren goi-mailako eta behe-mailako lankidetza indartzea, karbono-zuntz konpositeetan eta beste arlo batzuetan aplikazio pilotuen erakustaldi kolaboratiboak egiteko eta aplikazio plataforma kolaboratibo bat eraikitzeko. 2017ko urtarrilean, Industria eta Garapen Ministerioak, NDRC, zientzia eta teknologia eta Ogasun Ministerioak batera formulatu zuten "Material berrien industriak garatzeko Gida", eta proposatu zuten 2020tik aurrera, "karbono-zuntz konpositeetan, altzairu berezi kalitate handikoan, aleazio arinen material aurreratuetan eta beste arlo batzuetan 70 material berri baino gehiago industrializatzeko eta aplikatzeko, Txinako material berrien industriaren garapen-mailarekin bat datorren prozesu-ekipoen laguntza-sistema bat eraikitzea".
Karbono-zuntzak eta haren konpositeek paper garrantzitsua betetzen dutenez defentsa nazionalean eta herriaren bizibidean, aditu askok beren garapenean eta ikerketa-joeren analisian jartzen dute arreta. Zhou Hong doktoreak Amerikako zientzialariek errendimendu handiko karbono-zuntz teknologiaren garapenaren hasierako faseetan egindako ekarpen zientifiko eta teknologikoak berrikusi zituen, eta karbono-zuntzaren 16 aplikazio nagusi eta azken aurrerapen teknologikoei buruz aztertu eta jakinarazi zuen, eta poliakrilonitrilo karbono-zuntzaren ekoizpen-teknologia, propietateak eta aplikazioa eta bere egungo garapen teknologikoa Wei Xin doktoreak berrikusi zituen, etab. Txinan karbono-zuntzaren garapenean dauden arazoei buruzko iradokizun eraikitzaile batzuk ere aurkezten ditu. Horrez gain, jende askok ikerketa egin du karbono-zuntzaren eta haren konpositeen arloko artikuluen eta patenteen metrologia-analisiari buruz. Adibidez, Ma Xianglin eta beste batzuek metrologiaren ikuspuntutik, 1998-2017ko karbono-zuntzaren patenteen banaketa eta analisi-arloaren aplikaziotik; Yang Sisi eta beste batzuek karbono-zuntzezko ehunen patenteen bilaketa eta datu-estatistiken inguruko innografia plataforman oinarrituta aztertu dira, patenteen urteko garapen-joeraren, patente-jabeen, patente-teknologiaren gune beroenaren eta teknologiaren patente nagusia aztertuz.
Karbono-zuntzaren ikerketa eta garapenaren ibilbidearen ikuspegitik, Txinako ikerketa ia munduarekin sinkronizatuta dago, baina garapena motela da, errendimendu handiko karbono-zuntzaren ekoizpen-eskala eta kalitatea atzerriko herrialdeekin alderatuta aldea dago, premiazkoa da I+G prozesua bizkortzea, diseinu estrategikoa aurrera eramatea eta etorkizuneko industriaren garapen-aukera aprobetxatzea. Hori dela eta, artikulu honek lehenik eta behin karbono-zuntzaren ikerketaren arloko herrialdeen proiektuen diseinua aztertzen du, hainbat herrialdetako I+G ibilbideen plangintza ulertzeko, eta bigarrenik, karbono-zuntzaren oinarrizko ikerketa eta aplikazio-ikerketa oso garrantzitsua denez karbono-zuntzaren ikerketa eta garapen teknikorako, beraz, metrologia-analisia egiten dugu ikerketa akademikoaren emaitzetatik -SCI artikuluetatik eta ikerketa aplikatuaren emaitzetatik- patenteetatik aldi berean, karbono-zuntzaren arloko I+G aurrerapenaren ulermen osoa lortzeko, eta arlo honetako azken ikerketa-garapenak aztertzeko Peep International Frontier I+G aurrerapenarekin alderatzeko. Azkenik, aipatutako ikerketa-emaitzetan oinarrituta, Txinako karbono-zuntzaren arloko ikerketa eta garapen bideari buruzko iradokizun batzuk aurkezten dira.
2. Ckarbono-zuntzikerketa proiektuaren diseinuaherrialde/eskualde nagusiak
Karbono-zuntzaren ekoizpen-herrialde nagusiak Japonia, Estatu Batuak, Hego Korea, Europako herrialde batzuk eta Taiwan eta Txina dira. Karbono-zuntz teknologiaren garapenaren hasierako fasean dauden teknologia aurreratuko herrialdeek material honen garrantziaz jabetu dira, diseinu estrategikoa egin dute eta karbono-zuntz materialen garapena indarrez sustatu dute.
2.1 Japonia
Japonia da karbono-zuntz teknologiaren herrialderik garatuena. Japoniako Toray, Bong eta Mitsubishi Liyang-eko 3 enpresek karbono-zuntz ekoizpenaren merkatuaren % 70-80 inguru hartzen dute. Hala ere, Japoniak garrantzi handia ematen dio arlo honetako bere indarguneak mantentzeari, bereziki errendimendu handiko karbono-zuntzen eta energia eta ingurumena errespetatzen duten teknologien garapenari, giza eta finantza laguntza sendoarekin, eta oinarrizko hainbat politikatan, besteak beste, oinarrizko energia plana, hazkunde ekonomikorako eskema estrategikoa eta Kyotoko Protokoloa, proiektu estrategiko bihurtu dute hau, eta aurrera eraman beharrekoa da. Oinarrizko energia eta ingurumen politika nazionalean oinarrituta, Japoniako Ekonomia, Industria eta Jabetza Ministerioak "Energia aurrezteko teknologiaren ikerketa eta garapen programa" aurkeztu du. Goiko politika horren laguntzarekin, Japoniako karbono-zuntz industriak baliabideen alderdi guztiak modu eraginkorragoan zentralizatu eta karbono-zuntz industriako arazo komunak konpontzea sustatu ahal izan du.
"Teknologiaren garapena, hala nola, egitura-material berritzaile berriak" (2013-2022) Japonian "Etorkizuneko Garapenaren ikerketa proiektua"ren barruan gauzatutako proiektu bat da, beharrezko egitura-materialen teknologia berritzailearen garapena eta material desberdinen konbinazioa nabarmen lortzeko helburuarekin, garraiobideen pisu arina (autoaren pisuaren erdia) murriztea helburu nagusitzat hartuta. Eta, azkenik, bere aplikazio praktikoa gauzatzea. 2014an ikerketa eta garapen proiektua bere gain hartu ondoren, Industria Teknologiaren Garapen Agentziak (NEDO) hainbat azpiproiektu garatu zituen, eta horien helburu nagusiak hauek ziren: karbono-zuntzaren "Karbono-zuntzaren oinarrizko ikerketa eta garapen berritzailea" ikerketa-proiektuaren helburu orokorrak: karbono-zuntzaren aitzindari konposatu berriak garatzea; karbonizazio-egituren eraketa-mekanismoa argitzea; eta karbono-zuntzaren ebaluazio-metodoak garatzea eta estandarizatzea. Tokioko Unibertsitateak zuzendutako eta Industria Teknologiako Institutuak (NEDO), Toray, Teijin, Dongyuan eta Mitsubishi Liyang-ek batera parte hartzen duten proiektuak aurrerapen handiak egin ditu 2016ko urtarrilean eta beste aurrerapen garrantzitsu bat da zartaginetan oinarritutako karbono-zuntzaren arloan, 1959an Japonian "Kondo modua" asmatu ondoren.
2.2 Ameriketako Estatu Batuak
AEBetako defentsa aurre-ikerketa agentziak (DARPA) Advanced Structural Fiber proiektua abiarazi zuen 2006an, herrialdeko ikerketa zientifikoaren indar nagusia biltzeko helburuarekin, karbono-zuntzetan oinarritutako hurrengo belaunaldiko egitura-zuntzak garatzeko. Proiektu honek lagunduta, Estatu Batuetako Georgia Institute of Technologyko ikerketa-taldeak alanbre gordina prestatzeko teknologia aurreratu zuen 2015ean, haren elastikotasun-modulua % 30 handituz, eta horrela, Estatu Batuak hirugarren belaunaldiko karbono-zuntzaren garapen-ahalmena lortu zuen.
2014an, Estatu Batuetako Energia Sailak (DOE) 11,3 milioi dolarreko diru-laguntza iragarri zuen bi proiektutarako: "biomasa azukre ez-jangarriak akrilonitrilo bihurtzeko urrats anitzeko prozesu katalitikoak" eta "biomasa ekoizpenetik eratorritako akrilonitriloaren ikerketa eta optimizazioa", nekazaritzako hondakinen erabilera sustatzeko; kostu-lehiakorrak diren karbono-zuntz material berriztagarrien errendimendu handikoen ikerketa, elikagaietan oinarritutakoak ez diren lehengai berriztagarriak ekoizteko, hala nola egurrezko biomasa; eta biomasa karbono-zuntz berriztagarrien ekoizpen-kostua 5 dolar/lb baino gutxiagora murrizteko planak 2020rako.
2017ko martxoan, AEBetako Energia Sailak berriro iragarri zuen 3,74 milioi dolar bideratuko zituela "kostu txikiko karbono-zuntz osagaien I+G proiektu" bat finantzatzeko, Western American Institute-k (WRI) zuzenduta. Proiektu horrek kostu txikiko karbono-zuntz osagaien garapenean jartzen du arreta, hala nola ikatza eta biomasa bezalako baliabideetan oinarrituta.
2017ko uztailean, AEBetako Energia Sailak 19,4 milioi dolarreko finantzaketa iragarri zuen energia-eraginkortasun handiko ibilgailu aurreratuen ikerketa eta garapena laguntzeko, eta horietatik 6,7 milioi kostu baxuko karbono-zuntzen prestaketa finantzatzeko erabiliko ziren material konputazionalak erabiliz, besteak beste, karbono-zuntz aitzindari berrien ilusioa ebaluatzeko ordenagailu-teknologia integraturako eskala anitzeko ebaluazio-metodoen garapena. Dinamika molekular aurreratuaren bidezko dentsitate-funtzionalaren teoria, makina-ikaskuntza eta beste tresna batzuk erabiltzen dira kostu baxuko karbono-zuntz lehengaien hautaketa-eraginkortasuna hobetzeko punta-puntako tresna informatikoak garatzeko.
2.3 Europa
Europako karbono-zuntzaren industria Japonian eta Estatu Batuetan garatu zen XX. mendeko hirurogeita hamarreko edo laurogeiko hamarkadetan, baina teknologiaren eta kapitalaren ondorioz, karbono-zuntz bakarra ekoizten zuten enpresa askok ez zuten 2000 urteren ondoren karbono-zuntzaren eskariaren hazkunde handiko aldiari eutsi eta desagertu egin ziren. SGL enpresa alemaniarra da munduko karbono-zuntz merkatuan kuota handia duen Europako enpresa bakarra.
2011ko azaroan, Europar Batasunak Eucarbon Proiektua abiarazi zuen, zeinaren helburua Europako karbono-zuntzezko eta aeroespaziorako aurrez inpregnatutako materialetan fabrikazio-gaitasunak hobetzea den. Proiektuak 4 urte iraun zuen, 3,2 milioi euroko inbertsio osoa izan zuen, eta 2017ko maiatzean Europako lehen karbono-zuntz bereziko ekoizpen-lerroa ezarri zuen arrakastaz, sateliteak bezalako espazio-aplikazioetarako, eta horrela, Europak produktuarekiko inportazio-mendekotasuna alde batera utzi eta materialen horniduraren segurtasuna bermatu ahal izan zuen.
EBko Zazpigarren Esparruak 6,08 milioi euroko finantzaketa aurreikusten du "karbono-zuntz funtzionala kostu-eraginkorra eta errendimendu kudeagarria duen aitzindari-sistema berri bat prestatzeko" (FIBRALSPEC) proiektua (2014-2017). 4 urteko proiektua, Atenasko Unibertsitate Tekniko Nazionalak (Grezia) zuzendua, Italia, Erresuma Batua eta Ukraina bezalako enpresa multinazionalen parte-hartzearekin, poliakrilonitriloan oinarritutako karbono-zuntzen etengabeko prestaketa-prozesua berritzera eta hobetzera bideratuta dago, etengabeko karbono-zuntzen ekoizpen esperimentala lortzeko. Proiektuak arrakastaz burutu du karbono-zuntzaren eta hobetutako konposite-teknologiaren garapena eta aplikazioa, polimero organiko berriztagarrien baliabideetatik (hala nola superkondentsadoreak, larrialdi azkarreko aterpeak, baita prototipo mekaniko elektriko birakariko estaldura-makina eta nanofibren ekoizpen-lerroen garapena, etab.).
Industria sektore gero eta gehiagok, hala nola automobilgintzak, haize-energiak eta ontziolak, konposite arinak eta errendimendu handikoak behar dituzte, eta hori merkatu potentzial handia da karbono-zuntz industriarentzat. EBk 5,968 milioi euro inbertitzen ditu Carboprec proiektua (2014-2017) abiarazteko, eta proiektuaren helburu estrategikoa da kostu txikiko aitzindariak garatzea Europan oso presente dauden material berriztagarrietatik abiatuta, eta errendimendu handiko karbono-zuntzen ekoizpena hobetzea karbono nanohodien bidez.
Europar Batasunaren Cleansky II ikerketa programak "Pneumatiko konposatuen I+G" proiektu bat finantzatu zuen (2017), Alemaniako Fraunhofer Ekoizpen eta Sistemen Fidagarritasunerako Institutuak (LBF) zuzenduta, eta Airbus A320rako karbono-zuntzez indartutako konpositezko hegazkinetarako aurreko gurpilen osagaiak garatzea du helburu. Helburua ohiko metalezko materialekin alderatuta pisua % 40 murriztea da. Proiektua 200.000 euro inguruko finantzaketarekin finantzatu da.
2.4 Korea
Hego Koreako karbono-zuntzaren I+G eta industrializazioa berandu hasi ziren, I+G 2006an hasi zen, eta 2013an formalki sartu zen fase praktikoan, Koreako karbono-zuntzaren inportazioen menpe zegoen egoera irauli zuenez. Hego Koreako tokiko xiaoxing taldearentzat eta Taiguang Businessentzat, karbono-zuntzaren industriaren diseinuaren arloan aktiboki parte hartzen duen industria aitzindari gisa, garapen-bultzada sendoa da. Horrez gain, Toray Japanek Korean ezarritako karbono-zuntzaren ekoizpen-oinarria ere lagundu du Koreako karbono-zuntzaren merkatuan bertan.
Koreako gobernuak xiaoxing Taldea karbono-zuntzaren industria berritzaileen bilgune bihurtzea aukeratu du. Helburua karbono-zuntz materialen industria klusterra sortzea da, Iparraldeko eskualde osoan ekosistema ekonomiko sortzaile baten garapena sustatzea, azken helburua karbono-zuntz materiala → piezak → produktu amaitua ekoizpen-kate bakarra sortzea da, karbono-zuntz inkubazio kluster baten ezarpena Estatu Batuetako Silicon Valley-rekin parekatu daitekeela, merkatu berriak ustiatzea, balio erantsi berria sortzea, eta 2020rako karbono-zuntzarekin lotutako produktuen 10.000 milioi dolarreko esportazioen helburua lortzea (55.200 milioi yuan ingururen baliokidea).
3. Karbono-zuntzaren ikerketa eta ikerketa-emaitza globalaren azterketa
Azpiatal honek 2010etik karbono-zuntzaren ikerketarekin lotutako SCI artikuluak eta DII patenteen emaitzak biltzen ditu, aldi berean karbono-zuntzaren teknologia globalaren ikerketa akademikoa eta industria-ikerketa eta garapena aztertzeko, eta nazioartean karbono-zuntzaren ikerketa eta garapenaren aurrerapena guztiz ulertzeko.
Clarivate Analytics-ek argitaratutako Web of Science datu-baseko Scie eta Dewent datu-basetik eratorritako datuak; berreskuratze-denbora-tartea: 2010-2017; berreskuratze-data: 2018ko otsailaren 1a.
SCI Papera Berreskuratzeko Estrategia: Ts=((karbono-zuntza* edo Karbono-zuntza* edo ("Karbono-zuntza*" ez "karbono-zuntz beira") edo "karbono-zuntza*" edo "karbono-hari*" edo ((poliakrilonitriloa edo brea) eta "aitzindaria*" eta zuntza*) edo ("grafito-zuntza*")) ez ("banbu-karbonoa")).
Dewent Patenteen Bilaketa Estrategia: Ti=((karbono-zuntz* edo Karbono-zuntz* edo ("Karbono-zuntz*" ez "karbono-zuntz beira-zuntza") edo "karbono-zuntz*" edo "karbono-hari*" edo ((poliakrilonitriloa edo brea) eta "aitzindaria*" eta zuntza*) edo ("grafito-zuntza*")) ez ("banbu-karbonoa")) edoTS=((karbono-zuntz* edo Karbono-zuntz* edo ("Karbono-zuntz*" ez "karbono-zuntz beira-zuntza") edo "karbono-zuntz*" edo "karbono-hari*" edo ((poliakrilonitriloa edo brea) eta "aitzindaria*" eta zuntza*) edo ("grafito-zuntza*")) ez ("banbu-karbonoa")) etaIP=(D01F-009/12 edo D01F-009/127 edo D01F-009/133 edo D01F-009/14 edo D01F-009/145 edo D01F-009/15 edo D01F-009/155 edo D01F-009/16 edo D01F-009/17 edo D01F-009/18 edo D01F-009/20 edo D01F-009/21 edo D01F-009/22 edo D01F-009/24 edo D01F-009/26 edo D01F-09/28 edo D01F-009/30 edo D01F-009/32 edo C08K-007/02 edo C08J-005/04 edo C04B-035/83 edo D06M-014/36 edo D06M-101/40 edo D21H-013/50 edo H01H-001/027 edo H01R-039/24).
3.1 joera
2010az geroztik, 16.553 artikulu garrantzitsu argitaratu dira mundu osoan, eta 26.390 asmakizun patente eskatu dira, guztiek urtez urte goranzko joera egonkorra erakusten baitute (1. irudia).
3.2 Herrialde edo eskualde banaketa
Mundu mailan karbono-zuntzari buruzko ikerketa-artikulu gehien ekoizten duten 10 erakunde nagusiak Txinakoak dira, eta horien artean 5 nagusiak hauek dira: Txinako Zientzien Akademia, Harbin Teknologia Institutua, Ipar-mendebaldeko Teknologia Unibertsitatea, Donghua Unibertsitatea, Pekingo Aeronautika eta Astronautika Institutua. Atzerriko erakundeen artean, Indiako Teknologia Institutua, Tokioko Unibertsitatea, Bristoleko Unibertsitatea, Monash Unibertsitatea, Manchesterreko Unibertsitatea eta Georgiako Teknologia Institutua 10etik 20ra bitarteko postuetan sailkatzen dira (3. irudia).
30 erakunde nagusien artean patente eskaeren kopuruari dagokionez, Japoniak 5 ditu, eta horietatik 3 bost nagusien artean daude, Toray enpresa lehen postuan sailkatu da, ondoren Mitsubishi Liyang (2.), Teijin (4.), East State (10.), Japan Toyo Textile Company (24.), Txinak 21 erakunde ditu, Sinopec Taldeak du patente kopuru handiena, hirugarren postuan. Bigarrenik, Harbin Institute of Technology, Henan Ke Letter cable company, Donghua University, China Shanghai Petrochemical, Beijing Chemical Industry, etab., Txinako Zientzien Akademiako Shanxi Ikatz eskaeraren 66. asmakuntza patentea, 27. postuan, Hego Koreako erakundeek 2 dituzte, eta horietatik Xiaoxing Co., Ltd. lehen postuan sailkatu da, 8. postuan.
Irteera-erakundeak, paperaren irteera batez ere unibertsitateetatik eta ikerketa zientifikoko erakundeetatik dator, patenteen irteera batez ere enpresatik, ikus daiteke karbono-zuntzaren fabrikazioa goi-teknologiako industria dela, karbono-zuntzaren I+G Industria Garapenaren erakunde nagusi gisa, enpresak garrantzi handia ematen dio karbono-zuntzaren I+G teknologiaren babesari, batez ere Japoniako 2 enpresa nagusiek, patente kopurua askoz handiagoa da.
3.4 Ikerketa gune beroak
Karbono-zuntzari buruzko ikerketa-lanek ikerketa-gai gehienak jorratzen dituzte: karbono-zuntzezko konpositeak (karbono-zuntzez indartutako konpositeak, polimero-matrizearen konpositeak, etab. barne), propietate mekanikoen ikerketa, elementu finituen analisia, karbono-nanohodiak, delaminazioa, indartzea, nekea, mikroegitura, biraketa elektrostatikoa, gainazalen tratamendua, adsorzioa eta abar. Gako-hitz hauekin lantzen diren lanek lan guztien % 38,8 hartzen dute.
Karbono-zuntzaren asmakizun-patenteek karbono-zuntzaren prestaketarekin, ekoizpen-ekipoekin eta material konposatuekin lotutako gai gehienak jorratzen dituzte. Horien artean, Japoniako Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin eta "karbono-zuntzez indartutako polimero konposatuak" arloko beste enpresa batzuk diseinu tekniko garrantzitsuen arloan; gainera, Toray eta Mitsubishi Liyang-ek "karbono-zuntzaren poliakrilonitriloaren ekoizpena eta ekoizpen-ekipoak" arloan, "nitrilo asegabearekin, hala nola poliakrilonitriloarekin, polibinilideno zianuroarekin eta etilenoarekin karbono-zuntzaren ekoizpenean" eta beste teknologia batzuek patenteen diseinuaren zati handi bat dute, eta Japoniako Teijin enpresak "karbono-zuntz eta oxigeno konposatu konposatuak" arloan patenteen diseinuaren zati handiagoa dute.
China Sinopec Taldeak, Pekingoko Unibertsitate Kimikoak, Ningboko Txinako Zientzien Akademiak "karbono-zuntzaren poliakrilonitriloaren ekoizpena eta ekoizpen-ekipoak" patenteen diseinuaren zati handi bat dute; Horrez gain, Pekingoko Ingeniaritza Kimikoko Unibertsitateak, Shanxiko Ikatz Kimiko Institutuak eta Ningboko Txinako Zientzien Akademiak "Elementu ez-organikoen zuntza polimero konposatuen prestaketaren osagai gisa erabiltzea" teknologiaren diseinu gakoan, Harbin Teknologia Institutuak "karbono-zuntzaren tratamendua", "karbono-zuntza eta oxigenoa duten konposatu konposatuak" eta beste teknologia batzuk diseinatu ditu.
Gainera, munduko patenteen urteko banaketa estatistikoen estatistiketatik ondorioztatzen da azken hiru urteetan hainbat puntu bero berri sortzen hasi direla, hala nola: "Kate nagusian karboxilato lotura-erreakzio baten eraketatik lortutako poliamiden konposizioak", "kate nagusian 1 karboxilato azido ester loturak eratzetik lortutako poliester konposizioak", "material sintetikoetan oinarritutako material konposatua", "karbono-zuntzezko konpositeen osagai gisa oxigeno konposatuak dituen azido karboxiliko ziklikoa", "ehun-materialen hiru dimentsioko solidotze edo tratamendu forman", "eter asegabea, azetala, erdi-azetala, zetona edo aldehidoa karbono-karbono lotura asegabearen erreakzioaren bidez soilik polimero konposatuak ekoizteko", "material adiabatikoa, hodia edo kablea", "karbono-zuntzezko konpositeak osagai gisa dituzten fosfato esterrak" eta abar.
Azken urteotan, karbono-zuntz sektoreko I+G sortu da, aurrerapen gehienak Estatu Batuetatik eta Japoniatik datozelarik. Azken puntako teknologiak ez dira soilik karbono-zuntz ekoizpen eta prestaketa teknologian oinarritzen, baita automobilgintzako material sorta zabalago batean ere, hala nola material arinetan, 3D inprimaketan eta energia sortzeko materialetan. Horrez gain, karbono-zuntz materialen birziklapenak eta birziklatzeak, egur-lignina karbono-zuntzaren prestaketak eta beste lorpen batzuek errendimendu bikaina eman dute. Emaitza adierazgarriak jarraian deskribatzen dira:
1) AEBetako Georgiako Teknologia Institutuak hirugarren belaunaldiko karbono-zuntz teknologiak apurtzen ditu
2015eko uztailean, DARPAren finantzaketari esker, Georgiako Teknologia Institutuak, karbono-zuntz gel-iraulketa teknika berritzailearekin, nabarmen handitu zuen bere modulua, Hershey IM7 karbono-zuntza gaindituz, gaur egun hegazkin militarretan asko erabiltzen dena, eta Japoniaren ondoren, munduko bigarren herrialdea izan zen karbono-zuntz teknologiaren hirugarren belaunaldia menperatzen.
Kumarz-ek egindako gel-biratzen duen karbono-zuntzaren trakzio-erresistentzia 5,5 eta 5,8 Gpa artekoa da, eta trakzio-modulua 354-375 gpa artekoa da. "Hau da erresistentzia eta errendimendu integralaren modulu handiena duen zuntz jarraitua. Harizpi laburraren multzoan, 12,1 Gpa-rainoko trakzio-erresistentzia da, poliakrilonitrilo karbono-zuntzarena dena".
2) Uhin elektromagnetikoen bidezko berokuntza teknologia
2014an, Nedok uhin elektromagnetikoen bidezko berokuntza teknologia garatu zuen. Uhin elektromagnetikoen bidezko karbonizazio teknologiak uhin elektromagnetikoen bidezko berokuntza teknologia erabiltzea dakar, zuntza presio atmosferikoan karbonizatzeko. Lortutako karbono-zuntzaren errendimendua funtsean tenperatura altuko berokuntza bidez ekoitzitako karbono-zuntzaren berdina da, elastikotasun-moduluak 240 GPA baino gehiago irits daiteke, eta haustura-luzapena % 1,5 baino handiagoa da, eta hori da munduko lehen arrakasta.
Zuntz itxurako materiala uhin elektromagnetikoen bidez karbonizatzen da, beraz, tenperatura altuko berokuntzarako erabiltzen den karbonizazio-labearen ekipamendua ez da beharrezkoa. Prozesu honek ez du karbonizaziorako behar den denbora murrizten bakarrik, baita energia-kontsumoa eta CO2 isuriak ere.
3) karbonizazio prozesuaren kontrol fina
2014ko martxoan, Toray-k t1100g karbono-zuntzaren garapen arrakastatsua iragarri zuen. Toray-k ohiko zartagin-disoluzio bidezko biraketa-teknologia erabiltzen du karbonizazio-prozesua fin-fin kontrolatzeko, karbono-zuntzaren mikroegitura nanoeskalan hobetzeko, grafito mikrokristalinoaren orientazioa, mikrokristalinoaren tamaina, akatsak eta zuntzaren karbonizazioaren ondoren kontrolatzeko, erresistentzia eta elastikotasun-modulua asko hobetu ahal izateko. t1100g-ren trakzio-erresistentzia 6,6GPa da, T800-rena baino % 12 handiagoa, eta elastikotasun-modulua 324GPa da eta % 10 handitu da, industrializazio-fasean sartzen ari dena.
4) Gainazalen Tratamendurako Teknologia
Teijin Ekialdeko Estatuak arrakastaz garatu du plasma gainazaleko tratamendu teknologia, karbono zuntzaren itxura segundo gutxitan kontrolatzeko gai dena. Teknologia berri honek nabarmen errazten du ekoizpen prozesu osoa eta energia kontsumoa % 50 murrizten du elektrolito urtsuen disoluzioetarako dauden gainazaleko tratamendu teknologiarekin alderatuta. Gainera, plasma tratamenduaren ondoren, ikusi zen zuntzaren eta erretxina matrizearen atxikimendua ere hobetu zela.
5) Karbono-zuntzaren trakzio-erresistentziaren atxikipen-tasaren azterketa tenperatura altuko grafito-ingurunean
Ningbo materialek arrakastaz egin dute ikerketa zehatza etxeko erresistentzia handiko eta modu altuko karbono-zuntzaren prozesuen analisiari, egituraren ikerketari eta errendimenduaren optimizazioari buruz, batez ere karbono-zuntzaren trakzio-erresistentziaren atxikipen-tasari buruzko ikerketa-lana tenperatura altuko grafito-ingurunean, eta duela gutxi erresistentzia handiko eta modulu handiko karbono-zuntzaren prestaketa arrakastatsua, 5,24 GPa-ko trakzio-erresistentzia eta 593 GPa-ko trakzio-moduluko bolumenarekin. Trakzio-erresistentziaren abantaila izaten jarraitzen du Japoniako Toray m60j erresistentzia handiko eta moldeatutako karbono-zuntzarekin alderatuta (trakzio-erresistentzia 3,92 GPa, trakzio-modulua 588 GPa).
6) Mikrouhin-grafitoa
Yongda Advanced Materials-ek arrakastaz garatu du Estatu Batuetako patente esklusiboa duen ultra-tenperaturako grafito teknologia, ertain eta goi-mailako karbono-zuntzaren ekoizpena, eta goi-mailako karbono-zuntzaren garapenean dauden hiru oztopoak gainditu ditu: grafito-ekipoak garestiak dira eta nazioarteko kontrolpean daude, zeta gordinaren teknologia kimikoaren zailtasunak, eta ekoizpen-errendimendua kostu txikia eta handia da. Orain arte, Yongdak 3 karbono-zuntz mota garatu ditu, eta horiek guztiek jatorrizko karbono-zuntz nahiko baxukoaren erresistentzia eta modulua maila berri batera igo dute.
7) Fraunhoferrek (Alemania) karbono-zuntzezko alanbre gordina urtzeko prozesu berria
Fraunhofer Aplikatutako Polimeroen Institutuak (Applied Polymer Research, IAP) duela gutxi iragarri du Comcarbon teknologia berriena erakutsiko duela Berlingo Aireko Erakusketan, 2018ko apirilaren 25ean eta 29an. Teknologia honek asko murrizten du masa-ekoiztutako karbono-zuntzaren ekoizpen-kostua.
4. irudia. Alanbre gordina urtzen eta birarazten.
Jakina da prozesu tradizionaletan, zartagin-oinarritutako karbono-zuntzaren ekoizpen-kostuaren erdia alanbre gordinaren ekoizpen-prozesuan kontsumitzen dela. Alanbre gordinak urtu ezin duenez, disoluzio-iraketa prozesu garesti bat erabiliz ekoitzi behar da (Solution Spinning). "Horretarako, zartagin-oinarritutako zeta gordina ekoizteko prozesu berri bat garatu dugu, eta horrek alanbre gordinaren ekoizpen-kostua % 60 murriztu dezake. Urtze-iraketa prozesu ekonomiko eta bideragarria da, bereziki garatutako zartagin-oinarritutako kopolimero urtu bat erabiliz", azaldu zuen Johannes Ganster doktoreak, Fraunhofer IAP Institutuko Polimero biologikoen ministroak.
8) Plasma oxidazio teknologia
4M Carbon fiber-ek iragarri du plasma oxidazio teknologia erabiliko duela kalitate handiko eta kostu baxuko karbono-zuntza fabrikatu eta saltzeko helburu estrategiko gisa, ez bakarrik teknologia lizentziatzeko. 4M-k dioenez, plasma oxidazio teknologia ohiko oxidazio teknologia baino 3 aldiz azkarragoa da, eta energiaren erabilera, berriz, teknologia tradizionalaren herena baino gutxiago da. Eta nazioarteko karbono-zuntz ekoizle askok balioztatu dituzte adierazpen horiek, munduko karbono-zuntz fabrikatzaile eta automobilgile handienekin kontsultatzen ari direnak kostu baxuko karbono-zuntzen ekoizpenaren sustatzaile gisa parte hartzeko.
9) Zelulosa nanozuntz
Japoniako Kyotoko Unibertsitateak, hainbat osagai hornitzaile nagusirekin batera, hala nola instalazio elektrikoen enpresarekin (Toyotaren hornitzaile handiena) eta Daikyonishikawa Corp.-ekin, zelulosa nanofibrak konbinatzen dituzten plastikozko materialak garatzen ari da lanean. Material hau egur-orea mikra gutxi batzuetan hautsiz egiten da (mila mm-ko 1). Material berriaren pisua altzairuaren pisuaren bosten bat baino ez da, baina bere erresistentzia altzairuarena baino bost aldiz handiagoa da.
10) Poliolefina eta lignina lehengaien karbono-zuntzezko aurrealdeko gorputza
Ameriketako Estatu Batuetako Oak Ridge Laborategi Nazionala 2007az geroztik ari da kostu txikiko karbono-zuntzaren ikerketan lanean, eta poliolefina eta lignina lehengaietarako karbono-zuntzezko aurrealdeko gorputzak garatu dituzte, baita plasma aurreoxidazio eta mikrouhinen karbonizazio teknologia aurreratuak ere.
11) Polimero berria (aitzindari polimeroa) errefraktarioen tratamendua kenduz garatu zen.
Tokioko Unibertsitateak zuzendutako fabrikazio-metodoan, polimero berri bat (aitzindari polimeroa) garatu da errefrakzio-tratamendua kentzeko. Puntu nagusia da polimeroa zeta bihurtu ondoren, ez duela jatorrizko errefrakzio-tratamendua egiten, baizik eta disolbatzailean oxidatzen duela. Mikrouhin-berogailu gailua 1000 ℃ baino gehiagora berotzen da karbonizaziorako. Berotze-denborak 2-3 minutu baino ez ditu behar. Karbonizazio-tratamenduaren ondoren, plasma ere erabiltzen da gainazaleko tratamendua egiteko, karbono-zuntza egin ahal izateko. Plasma-tratamenduak 2 minutu baino gutxiago irauten du. Horrela, 30-60 minutuko jatorrizko sinterizazio-denbora 5 minutu ingurura murriztu daiteke. Fabrikazio-metodo berrian, plasma-tratamendua egiten da karbono-zuntzaren eta CFRP oinarrizko material gisa erretxina termoplastikoaren arteko lotura hobetzeko. Fabrikazio-metodo berriaren bidez fabrikatutako karbono-zuntzaren trakzio-modulua 240GPa da, trakzio-erresistentzia 3,5GPa da eta luzapena % 1,5era iristen da. Balio hauek kirol-ondasunetarako eta abarretarako erabiltzen den Toray Universal kalitateko karbono-zuntz T300aren maila berekoak dira.
12) Karbono-zuntz materialen birziklapena eta erabilera ohe fluidizatuaren prozesua erabiliz
Mengran Meng-ek, ikerketaren lehen egileak, esan zuen: "Karbono-zuntzaren berreskurapenak ingurumenean duen eragina murrizten du karbono-zuntz gordinaren ekoizpenarekin alderatuta, baina birziklatze-teknologia potentzialen eta karbono-zuntzaren birziklapenaren erabileraren bideragarritasun ekonomikoaren inguruko kontzientzia mugatua dago. "Birziklatzeak bi etapa ditu: zuntzak lehenik karbono-zuntz konpositeetatik berreskuratu behar dira eta termikoki deskonposatu material mekanikoen bidez edo pirolisia edo ohe fluidizatuko prozesuak erabiliz. Metodo hauek material konposatuaren plastikozko zatia kentzen dute, karbono-zuntza utziz, eta gero zuntz korapilatsuetan bihur daiteke paper hezea egiteko teknologia erabiliz, edo zuntz norabidedunetan berrantolatu".
Ikertzaileek kalkulatu zuten karbono-zuntza karbono-zuntz konposatuen hondakinetatik berreskura zitekeela ohe fluidizatuko prozesu bat erabiliz, 5 dolar/kg baino ez behar direlarik eta karbono-zuntz nagusia fabrikatzeko behar den energiaren % 10 baino gutxiago. Ohe fluidizatuko prozesuen bidez ekoitzitako karbono-zuntz birziklatuek ia ez dute modulua murrizten, eta trakzio-erresistentzia % 18tik % 50era murrizten da karbono-zuntz primarioekin alderatuta, eta horrek zurruntasun handia behar duten aplikazioetarako egokiak bihurtzen ditu erresistentzia baino. "Karbono-zuntz birziklatuak egokiak izan daitezke arina behar duten aplikazio ez-estrukturaletarako, hala nola automobilgintza, eraikuntza, haize-industria eta kirol-industrietarako", esan zuen Mengek.
13) Karbono-zuntzaren birziklapenerako teknologia berria Estatu Batuetan garatu da
2016ko ekainean, Estatu Batuetako Georgia Institute of Technologyko ikertzaileek karbono-zuntza alkohola zuen disolbatzaile batean busti zuten epoxi erretxina disolbatzeko, bereizitako zuntzak eta epoxi erretxinak berrerabili ahal izateko, karbono-zuntzaren berreskurapena arrakastaz gauzatuz.
2017ko uztailean, Washington State Universityk karbono-zuntz berreskuratzeko teknologia bat ere garatu zuen, azido ahula katalizatzaile gisa erabiliz, etanol likidoa tenperatura nahiko baxuetan erabiliz material termoegonkorrak deskonposatzeko, deskonposatutako karbono-zuntz eta erretxina bereizita kontserbatuz, eta erreproduzitu ahal izateko.
14) 3D inprimatzeko karbono-zuntzezko tinta-teknologiaren garapena LLNL laborategian, AEBn
2017ko martxoan, Estatu Batuetako Lawrence Livemore Laborategi Nazionalak (LLNL) lehen 3D inprimaketa bidezko errendimendu handiko karbono-zuntzezko konpositeak garatu zituen, hegazkintzako mailan. Tinta-transmisio zuzenaren (DIW) 3D inprimaketa-metodo bat erabili zuten hiru dimentsioko egitura konplexuak sortzeko, eta horrek prozesatzeko abiadura asko hobetu zuen automobilgintzan, aeroespazialean, defentsan, motozikleta-lehiaketetan eta surfean erabiltzeko.
15) Ameriketako Estatu Batuak, Koreak eta Txinak elkarlanean ari dira energia sortzeko karbono-zuntzaren garapenean
2017ko abuztuan, Texasko Unibertsitateko Dallas campusak, Koreako Hanyang Unibertsitateak, Txinako Nankai Unibertsitateak eta beste erakunde batzuek elkarlanean aritu ziren energia sortzeko karbono-zuntzezko hari-material bat garatzen. Haria lehenik elektrolito-soluzioetan bustitzen da, hala nola gatzunetan, elektrolitoko ioiek karbono nanotuboen gainazalera itsasteko aukera emanez, eta haria estutzen edo luzatzen denean energia elektriko bihur daitezkeelarik. Materiala energia zinetiko fidagarria duen edozein lekutan erabil daiteke eta egokia da gauzen interneteko sentsoreei energia emateko.
16) Txinatarrek eta estatubatuarrek, hurrenez hurren, lortutako egurrezko lignina karbono-zuntzaren ikerketan aurrerapen berriak
2017ko martxoan, Ningboko Materialen Teknologia eta Ingeniaritza Institutuko zuntz-talde bereziak lignina-akrilonitrilo kopolimero bat prestatu zuen, biraketa-gaitasun eta egonkortasun termiko onarekin, esterifikazioa eta erradikal askeen kopolimerizazio bi urratseko aldaketa-teknologia erabiliz. Kalitate handiko harizpi jarraituak lortu ziren kopolimeroa eta biraketa hezearen prozesua erabiliz, eta karbono-zuntz trinkoa lortu zen egonkortze termikoaren eta karbonizazio-tratamenduaren ondoren.
2017ko abuztuan, Estatu Batuetako Washington Unibertsitateko Birgitte Ahring ikerketa taldeak lignina eta poliakrilonitriloa proportzio desberdinetan nahastu zituen, eta ondoren urtutako biraketa-teknologia erabili zuen polimero nahasiak karbono-zuntz bihurtzeko. Ikerketak aurkitu zuen % 20∼ % 30ari gehitutako ligninak ez zuela eraginik karbono-zuntzaren erresistentzian eta automobilgintzako edo hegazkinetako piezetarako kostu txikiagoko karbono-zuntz materialak ekoizteko erabiltzea espero zela.
2017. urtearen amaieran, Energia Berriztagarrien Laborategi Nazionalak (NREL) landareen hondakin-zatiak erabiliz akrilonitriloa fabrikatzeari buruzko ikerketa argitaratu zuen, hala nola arto-lastoa eta gari-lastoa. Lehenik eta behin, landare-materialak azukre bihurtzen dituzte, gero azido bihurtzen dituzte eta katalizatzaile merkeak konbinatzen dituzte produktuak ekoizteko.
17) Japoniak karbono-zuntzez indartutako lehenengo konposite termoplastikozko auto-txasisa garatu zuen
2017ko urrian, Japoniako energia-industriaren teknologia berriaren I+G Agentziak eta Nagoya Unibertsitateko Konpositeen Ikerketa Zentro Nazionalak munduko lehen karbono-zuntzez indartutako termoplastiko konpositezko auto-txasisa garatu zuten arrakastaz. Zuntz luzeko termoplastiko konpositezko zuzeneko lineako moldeo-prozesu automatikoa erabiltzen dute, karbono-zuntz eta termoplastiko erretxina partikulak etengabe nahasten dituzte, zuntz indartutako konpositeak fabrikatzen dituzte, eta ondoren, berotze eta urtze konexioaren bidez, CFRP termoplastikozko auto-txasisa arrakastaz ekoizten dute.
5. Txinan karbono-zuntz teknologiaren I+Gari buruzko iradokizunak
5.1 Etorkizunera begirako diseinua, helburuetara bideratua, karbono-zuntz teknologiaren hirugarren belaunaldia haustean zentratua
Txinako bigarren belaunaldiko karbono-zuntz teknologia ez da oraindik aurrerapen osoa, eta gure herrialdeak etorkizunera begirako diseinua izan beharko luke, gure ikerketa-erakunde garrantzitsuak bilduko dituena, teknologia gakoak atzematean zentratuta, errendimendu handiko karbono-zuntz prestatzeko teknologiaren hirugarren belaunaldiko ikerketa eta garapenean arreta jarriz (hau da, erresistentzia handiko eta modulu handiko karbono-zuntz teknologia aeroespazialean aplikagarria), eta garatutako karbono-zuntz konposatuen teknologia, besteak beste, automobilgintza, eraikuntza eta konponketa sektoreetarako eta bestelako karbono-zuntz arin eta kostu txikiko prestaketa handiko beste materialetarako, gehigarrizko fabrikazio teknologiarako karbono-zuntz konposatuen teknologiarako, birziklatze teknologiarako eta prototipo azkarreko teknologiarako.
5.2 Erakundea koordinatzea, laguntza indartzea, proiektu tekniko garrantzitsuak ezartzea ikerketa kolaboratiboa etengabe laguntzeko
Gaur egun, Txinan karbono-zuntzaren ikerketa egiteko erakunde asko daude, baina boterea sakabanatuta dago, eta ez dago I+G antolaketa-mekanismo bateraturik eta koordinazio eraginkorrerako finantzaketa-laguntza sendorik. Herrialde aurreratuen garapen-esperientzia ikusita, proiektu handien antolaketak eta diseinuak zeregin handia dute arlo tekniko honen garapena sustatzeko. Txinaren I+G Abantaila Indarrean zentratu behar dugu, Txinaren karbono-zuntzaren I+G teknologiaren aurrerapena ikusita proiektu handiak abiarazteko, berrikuntza teknologiko kolaboratiboa indartzeko eta etengabe Txinaren karbono-zuntzaren ikerketa-teknologia maila sustatzeko, nazioarteko karbono-zuntzaren eta konpositeen lehia.
5.3 Lorpen teknikoen aplikazio-efektuaren orientazioaren ebaluazio-mekanismoa hobetzea
SCI paperen analisi ekonometrikoaren ikuspuntutik, Txinako karbono-zuntza erresistentzia handiko errendimenduko material gisa erabiltzen da hainbat ikerketa-arlotan, baina karbono-zuntzaren ekoizpen eta prestaketa teknologiarako, batez ere kostuak murriztea eta ekoizpen-eraginkortasuna hobetzea da helburua, ikerketa gutxiagorekin. Karbono-zuntzaren ekoizpen-prozesua luzea da, teknologiaren puntu gakoak, ekoizpen-hesi handiak, diziplina anitzeko eta teknologia anitzeko integrazioa da, oztopo teknikoak gainditu behar dira, "kostu txikiko, errendimendu handiko" muin-prestaketa teknologiaren ikerketa eta garapena eraginkortasunez sustatzeko. Alde batetik, ikerketa-inbertsioa indartu behar da, eta bestetik, ikerketa zientifikoaren errendimenduaren ebaluazioaren arloa ahuldu, lorpen teknikoen aplikazio-efektuaren ebaluazioaren gidaritza indartu, eta "ebaluazio kuantitatiboa" -artikuluaren argitalpenari erreparatzen diona- emaitzen balioaren "kalitatearen" ebaluaziora aldatu behar da.
5.4 Punta-puntako teknologia konposatuen talentuen lantzea indartzea
Karbono-zuntz teknologiaren goi-mailako teknologiaren ezaugarriak talentu espezializatuen garrantzia zehazten du, punta-puntako oinarrizko langile teknikoak dituzten ala ez erakunde baten I+G maila zuzenean zehazten baitu.
Karbono-zuntz teknologiaren I+G loturen ondorioz, konposatuen langileen prestakuntzari erreparatu beharko genioke, lotura guztien koordinazioa eta garapena bermatzeko. Gainera, Txinako karbono-zuntz ikerketaren garapen-historian, teknologiaren oinarrizko adituen fluxua askotan ikerketa-erakunde baten I+G mailan eragiten duen faktore gakoa da. Ekoizpen-prozesuetan, konpositeetan eta produktu nagusietan oinarrizko adituen eta I+G taldeen finkapena mantentzea garrantzitsua da teknologiaren etengabeko eguneratzeetarako.
Arlo honetako goi-mailako teknologiako langile espezializatuen prestakuntza eta erabilera indartzen jarraitu beharko genuke, I+G teknologikoko talentuen ebaluazio eta tratamendu politika hobetu, talentu gazteen lantzea indartu, atzerriko I+G erakunde aurreratuekin lankidetza eta trukeak aktiboki babestu eta atzerriko talentu aurreratuak indarrez sartu, etab. Horrek paper garrantzitsua izango du Txinan karbono-zuntzaren ikerketaren garapena sustatzeko.
Aipatu-
Karbono-zuntz teknologiaren garapen globalaren eta Txinari egindako argitasunaren azterketa. Tian Yajuan, Zhang Zhiqiang, Tao Cheng, Yang Ming, Ba Jin, Chen Yunwei.Munduko Zientzia-Teknologia I+G.2018
Argitaratze data: 2018ko abenduak 4