ნახშირბადის ბოჭკო არის არაორგანული პოლიმერული ბოჭკოვანი არაორგანული ახალი მასალა, რომლის ნახშირბადის შემცველობა 95%-ზე მეტია, დაბალი სიმკვრივით, მაღალი სიმტკიცით, მაღალი ტემპერატურისადმი გამძლეობით, მაღალი ქიმიური სტაბილურობით, დაღლილობის საწინააღმდეგოდ, ცვეთამედეგობით და სხვა შესანიშნავი ძირითადი ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით, ასევე მაღალი ვიბრაციის შესუსტებით, კარგი გამტარობით, ელექტრომაგნიტური დამცავი მახასიათებლებით, დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტით და სხვა მახასიათებლებით. ეს შესანიშნავი თვისებები ნახშირბადის ბოჭკოს ფართოდ გამოყენებას ხდის აერონავტიკაში, რკინიგზის ტრანსპორტში, სატრანსპორტო საშუალებების წარმოებაში, იარაღისა და აღჭურვილობის წარმოებაში, სამშენებლო ტექნიკაში, ინფრასტრუქტურის მშენებლობაში, საზღვაო ინჟინერიაში, ნავთობის ინჟინერიაში, ქარის ენერგიაში, სპორტულ საქონელსა და სხვა სფეროებში.
ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების ეროვნული სტრატეგიული საჭიროებებიდან გამომდინარე, ჩინეთმა ის ახალი ინდუსტრიების ერთ-ერთ ძირითად ტექნოლოგიად დაასახელა, რომლებიც მხარდაჭერაზეა ორიენტირებული. ეროვნულ „თორმეტი ხუთი“ სამეცნიერო და ტექნოლოგიურ დაგეგმვაში, მაღალი ხარისხის ნახშირბადის ბოჭკოს მომზადებისა და გამოყენების ტექნოლოგია სახელმწიფოს მიერ მხარდაჭერილი სტრატეგიული ახალი ინდუსტრიების ერთ-ერთი ძირითადი ტექნოლოგიაა. 2015 წლის მაისში სახელმწიფო საბჭომ ოფიციალურად გამოსცა „დამზადებულია ჩინეთში 2025“, ახალი მასალები, როგორც ერთ-ერთი მთავარი სფერო, აქტიური პოპულარიზაციისა და განვითარების, მათ შორის მაღალი ხარისხის სტრუქტურული მასალების, მოწინავე კომპოზიტების, განვითარების ფოკუსია ახალი მასალების სფეროში. 2015 წლის ოქტომბერში ინდუსტრიისა და საინფორმაციო ინდუსტრიის სამინისტრომ ოფიციალურად გამოაქვეყნა „ჩინეთის წარმოების 2025 წლის ძირითადი სფეროების ტექნოლოგიური გზამკვლევი“, „მაღალი ხარისხის ბოჭკო და მისი კომპოზიტები“, როგორც მთავარი სტრატეგიული მასალა, 2020 წლის მიზანია „ადგილობრივი ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები დააკმაყოფილოს დიდი თვითმფრინავების და სხვა მნიშვნელოვანი აღჭურვილობის ტექნიკური მოთხოვნები“. 2016 წლის ნოემბერში სახელმწიფო საბჭომ გამოსცა „ცამეტი ხუთი“ ახალი ინდუსტრიების განვითარების ეროვნული სტრატეგიული გეგმა, რომელშიც ნათლად არის მითითებული ახალი მასალების ინდუსტრიის ზედა და ქვედა დინების თანამშრომლობის მხარდაჭერის გაძლიერება, ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტებისა და სხვა სფეროების თანამშრომლობითი გამოყენების პილოტური დემონსტრირების ჩატარება და თანამშრომლობითი გამოყენების პლატფორმის შექმნა. 2017 წლის იანვარში, მრეწველობისა და განვითარების სამინისტრომ, NDRC-მა, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების საბჭომ და ფინანსთა სამინისტრომ ერთობლივად შეიმუშავეს „ახალი მასალების ინდუსტრიების განვითარების სახელმძღვანელო“ და შესთავაზეს, რომ 2020 წლისთვის „ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების, მაღალი ხარისხის სპეციალური ფოლადის, მოწინავე მსუბუქი შენადნობის მასალების და სხვა სფეროების 70-ზე მეტი ძირითადი ახალი მასალის ინდუსტრიალიზაციისა და გამოყენების მიღწევა, ჩინეთის ახალი მასალების ინდუსტრიის განვითარების დონის შესაბამისი ტექნოლოგიური აღჭურვილობის მხარდაჭერის სისტემის შექმნა“.
ვინაიდან ნახშირბადის ბოჭკო და მისი კომპოზიტები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ ეროვნულ თავდაცვასა და ხალხის საარსებო წყაროში, ბევრი ექსპერტი ყურადღებას ამახვილებს მათ განვითარებასა და კვლევის ტენდენციების ანალიზზე. დოქტორ ჟოუ ჰონგმა მიმოიხილა ამერიკელი მეცნიერების მიერ მაღალი ხარისხის ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის განვითარების ადრეულ ეტაპებზე შეტანილი სამეცნიერო და ტექნოლოგიური წვლილი და დაასკანირა და წარმოადგინა ნახშირბადის ბოჭკოს 16 ძირითადი გამოყენება და ბოლოდროინდელი ტექნოლოგიური მიღწევები, ხოლო პოლიაკრილონიტრილის ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოების ტექნოლოგია, თვისებები და გამოყენება და მისი მიმდინარე ტექნოლოგიური განვითარება მიმოიხილეს დოქტორ ვეი სინმა და ა.შ. მასში ასევე წარმოდგენილია რამდენიმე კონსტრუქციული წინადადება ჩინეთში ნახშირბადის ბოჭკოს განვითარებაში არსებული პრობლემების გადასაჭრელად. გარდა ამისა, ბევრმა ადამიანმა ჩაატარა კვლევა ნახშირბადის ბოჭკოსა და მისი კომპოზიტების სფეროში ნაშრომებისა და პატენტების მეტროლოგიური ანალიზის შესახებ. მაგალითად, მა სიანგლინი და სხვები მეტროლოგიის თვალსაზრისით 1998-2017 წლების ნახშირბადის ბოჭკოს პატენტების განაწილებისა და ანალიზის სფეროში გამოყენების თვალსაზრისით; იანგ სისიმ და სხვებმა, ნახშირბადის ბოჭკოვანი ქსოვილის გლობალური პატენტების ძიებისა და სტატისტიკის ინოგრაფიული პლატფორმის საფუძველზე, გააანალიზეს პატენტების, პატენტების მფლობელების, პატენტის ტექნოლოგიის ცხელი წერტილებისა და ტექნოლოგიის ძირითადი პატენტის წლიური განვითარების ტენდენციები.
ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევისა და განვითარების ტრაექტორიის თვალსაზრისით, ჩინეთის კვლევა თითქმის სინქრონიზებულია მსოფლიოსთან, თუმცა განვითარება ნელია, მაღალი ხარისხის ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოების მასშტაბსა და ხარისხს უცხო ქვეყნებთან შედარებით აქვს ხარვეზები, არსებობს სასწრაფო აუცილებლობა, დაჩქარდეს კვლევა-განვითარების პროცესი, წინ წაიწიოს სტრატეგიული განლაგება, გამოიყენოს მომავალი ინდუსტრიის განვითარების შესაძლებლობები. ამიტომ, ეს ნაშრომი, პირველ რიგში, იკვლევს ქვეყნების პროექტების განლაგებას ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევის სფეროში, რათა გავიგოთ კვლევისა და განვითარების მარშრუტების დაგეგმვა სხვადასხვა ქვეყანაში და მეორეც, რადგან ნახშირბადის ბოჭკოს საბაზისო კვლევა და გამოყენებითი კვლევა ძალიან მნიშვნელოვანია ნახშირბადის ბოჭკოს ტექნიკური კვლევისა და განვითარებისთვის, ამიტომ, ჩვენ ერთდროულად ვატარებთ მეტროლოგიურ ანალიზს აკადემიური კვლევის შედეგებიდან - სამეცნიერო მეცნიერების ნაშრომებიდან და გამოყენებითი კვლევის შედეგებიდან - პატენტებიდან, რათა მივიღოთ ნახშირბადის ბოჭკოს სფეროში კვლევისა და განვითარების პროგრესის ყოვლისმომცველი გაგება და ამ სფეროში ბოლოდროინდელი კვლევის მიღწევების სკანირება Peep International Frontier-ის კვლევისა და განვითარების პროგრესამდე. და ბოლოს, ზემოთ აღნიშნული კვლევის შედეგების საფუძველზე, წარმოდგენილია რამდენიმე წინადადება ჩინეთში ნახშირბადის ბოჭკოს სფეროში კვლევისა და განვითარების მარშრუტის შესახებ.
2. გარბონის ბოჭკოკვლევითი პროექტის განლაგებაძირითადი ქვეყნები/რეგიონები
ნახშირბადის ბოჭკოს ძირითადი მწარმოებელი ქვეყნებია იაპონია, აშშ, სამხრეთ კორეა, ევროპის ზოგიერთი ქვეყანა და ტაივანი, ჩინეთი. ნახშირბადის ბოჭკოს ტექნოლოგიის განვითარების ადრეულ ეტაპზე მყოფმა მოწინავე ტექნოლოგიების მქონე ქვეყნებმა გააცნობიერეს ამ მასალის მნიშვნელობა, განახორციელეს სტრატეგიული განლაგება და აქტიურად უჭერენ მხარს ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების განვითარებას.
2.1 იაპონია
იაპონია ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის ყველაზე განვითარებული ქვეყანაა. იაპონიაში, ტორაიში, ბონგსა და მიცუბიში ლიიანგში მდებარე 3 კომპანია ნახშირბადის ბოჭკოვანი წარმოების დაახლოებით 70%-80%-ს შეადგენს. მიუხედავად ამისა, იაპონია დიდ მნიშვნელობას ანიჭებს ამ სფეროში ძლიერი მხარეების შენარჩუნებას, კერძოდ, მაღალი ხარისხის პანელური ნახშირბადის ბოჭკოების და ენერგეტიკული და ეკოლოგიურად სუფთა ტექნოლოგიების განვითარებას, ძლიერი ადამიანური და ფინანსური მხარდაჭერით, და რიგ ძირითად პოლიტიკაში, მათ შორის ძირითად ენერგეტიკულ გეგმაში, ეკონომიკური ზრდის სტრატეგიულ გეგმასა და კიოტოს პროტოკოლში, ეს სტრატეგიული პროექტია, რომელიც წინ უნდა წაიწიოს. ძირითადი ეროვნული ენერგეტიკისა და გარემოსდაცვითი პოლიტიკის საფუძველზე, იაპონიის ეკონომიკის, მრეწველობისა და ქონების სამინისტრომ წარადგინა „ენერგიის დაზოგვის ტექნოლოგიების კვლევისა და განვითარების პროგრამა“. ზემოაღნიშნული პოლიტიკის მხარდაჭერით, იაპონიის ნახშირბადის ბოჭკოვანი ინდუსტრიამ შეძლო რესურსების ყველა ასპექტის უფრო ეფექტურად ცენტრალიზაცია და ნახშირბადის ბოჭკოვანი ინდუსტრიაში საერთო პრობლემების გადაჭრის ხელშეწყობა.
„ტექნოლოგიური განვითარება, როგორიცაა ინოვაციური ახალი სტრუქტურული მასალები“ (2013-2022) არის პროექტი, რომელიც ხორციელდება იაპონიაში „მომავლის განვითარების კვლევითი პროექტის“ ფარგლებში, რათა მნიშვნელოვნად მიაღწიოს საჭირო ინოვაციური სტრუქტურული მასალების ტექნოლოგიას და სხვადასხვა მასალების კომბინაციას, სატრანსპორტო საშუალებების მსუბუქი წონის (მანქანის წონის ნახევარი) შემცირების მთავარი მიზნით და საბოლოოდ მისი პრაქტიკული გამოყენების რეალიზებით. 2014 წელს კვლევისა და განვითარების პროექტის გადაბარების შემდეგ, სამრეწველო ტექნოლოგიების განვითარების სააგენტომ (NEDO) შეიმუშავა რამდენიმე ქვეპროექტი, რომელთა საერთო მიზნები ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევითი პროექტის „ინოვაციური ნახშირბადის ბოჭკოს საბაზისო კვლევა და განვითარება“ იყო: ნახშირბადის ბოჭკოს ახალი წინამორბედი ნაერთების შემუშავება; კარბონიზაციის სტრუქტურების ფორმირების მექანიზმის გარკვევა; და ნახშირბადის ბოჭკოს შეფასების მეთოდების შემუშავება და სტანდარტიზაცია. პროექტმა, რომელსაც ტოკიოს უნივერსიტეტი ხელმძღვანელობს და რომელშიც ერთობლივად მონაწილეობენ სამრეწველო ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (NEDO), ტორაი, თეიჯინი, დონგიუანი და მიცუბიში ლიანგი, 2016 წლის იანვარში მნიშვნელოვანი პროგრესი განიცადა და წარმოადგენს კიდევ ერთ მნიშვნელოვან გარღვევას ტაფაზე დაფუძნებული ნახშირბადის ბოჭკოს სფეროში, 1959 წელს იაპონიაში „კონდოს რეჟიმის“ გამოგონების შემდეგ.
2.2 ამერიკის შეერთებული შტატები
აშშ-ის თავდაცვის წინასწარი კვლევის სააგენტომ (DARPA) 2006 წელს დაიწყო პროექტი „მოწინავე სტრუქტურული ბოჭკოები“, რომლის მიზანი იყო ქვეყნის დომინანტი სამეცნიერო-კვლევითი ძალის გაერთიანება ნახშირბადის ბოჭკოებზე დაფუძნებული ახალი თაობის სტრუქტურული ბოჭკოების შესაქმნელად. ამ პროექტის მხარდაჭერით, აშშ-ის ჯორჯიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის კვლევითმა ჯგუფმა 2015 წელს გაარღვია ნედლი მავთულის მომზადების ტექნოლოგია, გაზარდა მისი ელასტიურობის მოდული 30%-ით, რითაც შეერთებულ შტატებს ნახშირბადის ბოჭკოს მესამე თაობის განვითარების პოტენციალი მისცა.
2014 წელს, აშშ-ის ენერგეტიკის დეპარტამენტმა (DOE) გამოაცხადა 11.3 მილიონი დოლარის სუბსიდიის გამოყოფა ორი პროექტისთვის, რომლებიც ეხებოდა „არასაკვები ბიომასის შაქრების აკრილონიტრილად გარდაქმნის მრავალსაფეხურიან კატალიზურ პროცესებს“ და „ბიომასის წარმოებიდან მიღებული აკრილონიტრილის კვლევასა და ოპტიმიზაციას“, რათა ხელი შეეწყო სასოფლო-სამეურნეო ნარჩენების გამოყენებას. კვლევას ახორციელებს კონკურენტუნარიანი განახლებადი მაღალი ხარისხის ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების შესახებ განახლებადი არასაკვები ნედლეულის, როგორიცაა ხის ბიომასა, წარმოებისთვის და გეგმავს ბიომასის განახლებადი ნახშირბადის ბოჭკოების წარმოების ღირებულების შემცირებას 5 დოლარზე ნაკლებ ფასად 2020 წლისთვის.
2017 წლის მარტში, აშშ-ის ენერგეტიკის დეპარტამენტმა კვლავ გამოაცხადა 3.74 მილიონი დოლარის ოდენობის გამოყოფა დასავლეთ ამერიკის ინსტიტუტის (WRI) ხელმძღვანელობით ჩატარებული „დაბალი ღირებულების ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპონენტების კვლევისა და განვითარების პროექტის“ დასაფინანსებლად, რომელიც ფოკუსირებულია ისეთი რესურსების საფუძველზე, როგორიცაა ქვანახშირი და ბიომასა, დაბალი ღირებულების ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპონენტების შემუშავებაზე.
2017 წლის ივლისში, აშშ-ის ენერგეტიკის დეპარტამენტმა გამოაცხადა 19.4 მილიონი დოლარის დაფინანსების შესახებ ენერგოეფექტური ავტომობილების კვლევისა და განვითარების მხარდასაჭერად, საიდანაც 6.7 მილიონი დოლარი გამოიყენება გამოთვლითი მასალების გამოყენებით დაბალი ღირებულების ნახშირბადის ბოჭკოების მომზადების დასაფინანსებლად, მათ შორის ინტეგრირებული კომპიუტერული ტექნოლოგიების მრავალმასშტაბიანი შეფასების მეთოდების შემუშავებისთვის, რათა შეფასდეს ნახშირბადის ბოჭკოების ახალი წინამორბედების ენთუზიაზმი. მოწინავე მოლეკულური დინამიკის დახმარებით სიმკვრივის ფუნქციონალური თეორია, მანქანური სწავლება და სხვა ინსტრუმენტები გამოიყენება დაბალი ღირებულების ნახშირბადის ბოჭკოვანი ნედლეულის შერჩევის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად უახლესი კომპიუტერული ინსტრუმენტების შესამუშავებლად.
2.3 ევროპა
ევროპული ნახშირბადის ბოჭკოს ინდუსტრია განვითარდა იაპონიასა და შეერთებულ შტატებში XX საუკუნის 70-იან ან 80-იან წლებში, მაგრამ ტექნოლოგიებისა და კაპიტალის გამო, ერთნახშირბადის ბოჭკოს მწარმოებელმა ბევრმა კომპანიამ ვერ შეძლო 2000 წლის შემდეგ ნახშირბადის ბოჭკოზე მოთხოვნის მაღალი ზრდის პერიოდის დაცვა და გაქრა. გერმანული კომპანია SGL ერთადერთი კომპანიაა ევროპაში, რომელსაც მსოფლიო ნახშირბადის ბოჭკოს ბაზრის მნიშვნელოვანი წილი უჭირავს.
2011 წლის ნოემბერში ევროკავშირმა დაიწყო Eucarbon პროექტი, რომლის მიზანია ნახშირბადის ბოჭკოსა და აერონავტიკისთვის წინასწარ გაჟღენთილი მასალების ევროპული წარმოების შესაძლებლობების გაუმჯობესება. პროექტი 4 წელი გაგრძელდა, ჯამში 3.2 მილიონი ევროს ინვესტიცია განხორციელდა და 2017 წლის მაისში წარმატებით დააარსა ევროპაში პირველი სპეციალური ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოების ხაზი კოსმოსური გამოყენებისთვის, როგორიცაა თანამგზავრები, რამაც ევროპას საშუალება მისცა, თავი დაეღწია პროდუქტზე იმპორტზე დამოკიდებულებისგან და უზრუნველყო მასალების მიწოდების უსაფრთხოება.
ევროკავშირის მეშვიდე ჩარჩო გეგმავს 6.08 მილიონი ევროს ოდენობით მხარდაჭერას გაუწიოს „ფუნქციური ნახშირბადის ბოჭკო ახალი წინამორბედი სისტემის მომზადებაში ეკონომიურად ეფექტური და მართვადი შესრულებით“ (FIBRALSPEC) პროექტს (2014-2017). 4-წლიანი პროექტი, რომელსაც ხელმძღვანელობს ათენის ეროვნული ტექნიკური უნივერსიტეტი, საბერძნეთი, მრავალეროვნული კომპანიების, როგორიცაა იტალია, გაერთიანებული სამეფო და უკრაინა, მონაწილეობით, ფოკუსირებულია პოლიაკრილონიტრილზე დაფუძნებული ნახშირბადის ბოჭკოების უწყვეტი მომზადების პროცესის ინოვაციასა და გაუმჯობესებაზე, რათა მიღწეულ იქნას უწყვეტად პანზე დაფუძნებული ნახშირბადის ბოჭკოების ექსპერიმენტული წარმოება. პროექტმა წარმატებით დაასრულა ნახშირბადის ბოჭკოს და გაუმჯობესებული კომპოზიტური ტექნოლოგიის შემუშავება და გამოყენება განახლებადი ორგანული პოლიმერული რესურსებიდან (როგორიცაა სუპერკონდენსატორები, სწრაფი საგანგებო თავშესაფრები, ასევე პროტოტიპული მექანიკური ელექტრო მბრუნავი საფარის მანქანები და ნანოფიბრების წარმოების ხაზის შემუშავება და ა.შ.).
სამრეწველო სექტორების მზარდი რაოდენობა, როგორიცაა საავტომობილო, ქარის ენერგია და გემთმშენებლობა, საჭიროებს მსუბუქ, მაღალი ხარისხის კომპოზიტებს, რაც ნახშირბადის ბოჭკოვანი ინდუსტრიისთვის უზარმაზარ პოტენციურ ბაზარს წარმოადგენს. ევროკავშირი 5.968 მილიონ ევროს ინვესტირებას ახორციელებს Carboprec პროექტის (2014-2017) დასაწყებად, რომლის სტრატეგიული მიზანია ევროპაში ფართოდ გავრცელებული განახლებადი მასალებისგან დაბალფასიანი პრეკურსორების შემუშავება და ნახშირბადის ნანომილაკების მეშვეობით მაღალი ხარისხის ნახშირბადის ბოჭკოების წარმოების გაძლიერება.
ევროკავშირის Cleansky II კვლევითმა პროგრამამ დააფინანსა „კომპოზიტური საბურავების კვლევისა და განვითარების“ პროექტი (2017), რომელსაც ხელმძღვანელობდა გერმანიაში არსებული წარმოებისა და სისტემების საიმედოობის ფრაუნჰოფერის ინსტიტუტი (LBF). პროექტი გეგმავს Airbus A320-ისთვის ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული კომპოზიტური თვითმფრინავის წინა ბორბლის კომპონენტების შემუშავებას. მიზანია წონის 40%-ით შემცირება ჩვეულებრივ ლითონის მასალებთან შედარებით. პროექტი დაფინანსებულია დაახლოებით 200,000 ევროთი.
2.4 კორეა
სამხრეთ კორეაში ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევა და განვითარება და ინდუსტრიალიზაცია დაგვიანებით დაიწყო, კვლევა და განვითარება 2006 წელს დაიწყო, 2013 წელს კი ოფიციალურად შევიდა პრაქტიკულ ეტაპზე, რითაც კორეული ნახშირბადის ბოჭკო მთლიანად იმპორტზე იყო დამოკიდებული. სამხრეთ კორეის ადგილობრივი სიაოქსინგის ჯგუფი და Taiguang Business, როგორც ინდუსტრიის პიონერი წარმომადგენელი, აქტიურად არიან ჩართულნი ნახშირბადის ბოჭკოს ინდუსტრიის განლაგების სფეროში, განვითარების იმპულსი ძლიერია. გარდა ამისა, Toray Japan-ის მიერ კორეაში დაარსებულმა ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოების ბაზამ ასევე წვლილი შეიტანა ნახშირბადის ბოჭკოს ბაზარზე თავად კორეაში.
კორეის მთავრობამ სიაოქსინგის ჯგუფი ნახშირბადის ბოჭკოს ინოვაციური ინდუსტრიების შეკრების ადგილად აქცია. მიზანია ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების ინდუსტრიული კლასტერის ჩამოყალიბება, მთელ ჩრდილოეთ რეგიონში შემოქმედებითი ეკონომიკური ეკოსისტემის განვითარების ხელშეწყობა, საბოლოო მიზანია ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების → ნაწილების → მზა პროდუქტის ერთიანი წარმოების ჯაჭვის ჩამოყალიბება, ნახშირბადის ბოჭკოვანი ინკუბაციის კლასტერის შექმნა, რომელიც შეიძლება შეედროს შეერთებულ შტატებში სილიკონის ველს, ახალი ბაზრების ათვისებას, ახალი დამატებითი ღირებულების შექმნას, 2020 წლისთვის ნახშირბადის ბოჭკოსთან დაკავშირებული პროდუქციის 10 მილიარდი დოლარის ექსპორტის მიზნის მიღწევას (რაც დაახლოებით 55.2 მილიარდი იუანის ექვივალენტია).
3. ნახშირბადის ბოჭკოს გლობალური კვლევისა და კვლევის შედეგების ანალიზი
ეს ქვეგანყოფილება მოიცავს ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევასთან დაკავშირებულ SCI ნაშრომებს და DII პატენტის შედეგებს 2010 წლიდან, რათა ერთდროულად გაანალიზდეს ნახშირბადის ბოჭკოს გლობალური ტექნოლოგიის აკადემიური კვლევა და სამრეწველო კვლევა და განვითარება, და სრულად გავიგოთ ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევისა და განვითარების პროგრესი საერთაშორისო დონეზე.
მონაცემები მიღებულია Scie-ს მონაცემთა ბაზიდან და Dewent-ის მონაცემთა ბაზიდან, რომელიც გამოქვეყნებულია Clarivate Analytics-ის მიერ; მოძიების დროის დიაპაზონი: 2010-2017; მოძიების თარიღი: 2018 წლის 1 თებერვალი.
SCI ქაღალდის მოძიების სტრატეგია: Ts=((ნახშირბადის ბოჭკო* ან ნახშირბადის ბოჭკო* ან ("ნახშირბადის ბოჭკო*" და არა "ნახშირბადის ბოჭკო") ან "ნახშირბადის ბოჭკო*" ან "ნახშირბადის ძაფი*" ან ((პოლიაკრილონიტრილი ან ფისი) და "წინამორბედი*" და ბოჭკო*) ან ("გრაფიტის ბოჭკო*")) არა ("ბამბუკის ნახშირბადი")).
Dewent-ის პატენტის ძიების სტრატეგია: Ti=((ნახშირბადის ბოჭკო* ან ნახშირბადის ბოჭკო* ან ("ნახშირბადის ბოჭკო*" და არა "ნახშირბადის ბოჭკო") ან "ნახშირბადის ბოჭკო*" ან "ნახშირბადის ძაფი*" ან ((პოლიაკრილონიტრილი ან ფისი) და "წინამორბედი*" და ბოჭკო*) ან ("გრაფიტის ბოჭკო*")) არა ("ბამბუკის ნახშირბადი")) ანTS=((ნახშირბადის ბოჭკო* ან ნახშირბადის ბოჭკო* ან ("ნახშირბადის ბოჭკო*" და არა "ნახშირბადის ბოჭკო*") ან "ნახშირბადის ძაფი*" ან ((პოლიაკრილონიტრილი ან ფისი) და "წინამორბედი*" და ბოჭკო*) ან ("გრაფიტის ბოჭკო*")) არა ("ბამბუკის ნახშირბადი")) და IP=(D01F-009/12 ან D01F-009/127 ან D01F-009/133 ან D01F-009/14 ან D01F-009/145 ან D01F-009/15 ან D01F-009/155 ან D01F-009/16 ან D01F-009/17 ან D01F-009/18 ან D01F-009/20 ან D01F-009/21 ან D01F-009/22 ან D01F-009/24 ან D01F-009/26 ან D01F-09/28 ან D01F-009/30 ან D01F-009/32 ან C08K-007/02 ან C08J-005/04 ან C04B-035/83 ან D06M-014/36 ან D06M-101/40 ან D21H-013/50 ან H01H-001/027 ან H01R-039/24).
3.1 ტენდენცია
2010 წლიდან მოყოლებული, მსოფლიო მასშტაბით გამოქვეყნდა 16,553 შესაბამისი ნაშრომი და გაცემულია 26390 გამოგონების პატენტი, რაც წლიდან წლამდე სტაბილურ ზრდას აჩვენებს (სურათი 1).
3.2 ქვეყნის ან რეგიონის განაწილება
ნახშირბადის ბოჭკოს შესახებ გლობალური კვლევითი ნაშრომების ყველაზე დიდი გამოშვების მქონე ტოპ 10 ინსტიტუტი ჩინეთიდანაა, რომელთაგან ტოპ 5-ია: ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემია, ჰარბინის ტექნოლოგიური ინსტიტუტი, ჩრდილო-დასავლეთის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტი, დონგუას უნივერსიტეტი, პეკინის აერონავტიკისა და ასტრონავტიკის ინსტიტუტი. უცხოურ ინსტიტუტებს შორის, ინდოეთის ტექნოლოგიური ინსტიტუტი, ტოკიოს უნივერსიტეტი, ბრისტოლის უნივერსიტეტი, მონაშის უნივერსიტეტი, მანჩესტერის უნივერსიტეტი და ჯორჯიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტი მე-10-დან მე-20-მდე ადგილებს იკავებენ (სურ. 3).
პატენტის განაცხადების რაოდენობის მიხედვით, ტოპ 30 დაწესებულებაში იაპონიას 5 აქვს, რომელთაგან 3 ტოპ ხუთეულშია, პირველ ადგილზეა Toray Company, შემდეგ მოდის Mitsubishi Liyang (მე-2), Teijin (მე-4), East State (მე-10), Japan Toyo Textile Company (24-ე), ჩინეთს 21 დაწესებულება აქვს, ყველაზე მეტი პატენტი აქვს Sinopec Group-ს, მესამე ადგილზეა, მეორე ადგილზეა Harbin Institute of Technology, Henan Ke Letter Cable Company, Donghua University, China Shanghai Petrochemical, Beijing Chemical Industry და ა.შ., ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემია Shanxi Coal-ის განაცხადის გამოგონების პატენტი 66, 27-ე ადგილზეა, სამხრეთ კორეის დაწესებულებებს 2 აქვთ, რომელთაგან Xiaoxing Co., Ltd. პირველ ადგილზეა, მერვე ადგილზეა.
გამომავალი ინსტიტუტები, ნაშრომის გამომავალი ძირითადად უნივერსიტეტებიდან და სამეცნიერო-კვლევითი ინსტიტუტებიდან, პატენტის გამომავალი ძირითადად კომპანიისგან, ჩანს, რომ ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოება მაღალტექნოლოგიური ინდუსტრიაა, რადგან ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევისა და განვითარების ინდუსტრიის განვითარების ძირითადი ორგანოა, კომპანია დიდ მნიშვნელობას ანიჭებს ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევისა და განვითარების ტექნოლოგიების დაცვას, განსაკუთრებით იაპონიაში ორი მსხვილი კომპანიის მიერ, პატენტების რაოდენობა გაცილებით წინ არის.
3.4 კვლევის ცხელი წერტილები
ნახშირბადის ბოჭკოსთან დაკავშირებული კვლევითი ნაშრომები მოიცავს ყველაზე მეტ კვლევით თემას: ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები (მათ შორის ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული კომპოზიტები, პოლიმერული მატრიცული კომპოზიტები და ა.შ.), მექანიკური თვისებების კვლევა, სასრული ელემენტების ანალიზი, ნახშირბადის ნანომილაკები, დელამინაცია, გამაგრება, დაღლილობა, მიკროსტრუქტურა, ელექტროსტატიკური დატრიალება, ზედაპირის დამუშავება, ადსორბცია და ა.შ. ამ საკვანძო სიტყვებთან დაკავშირებული ნაშრომები ნაშრომების საერთო რაოდენობის 38.8%-ს შეადგენს.
ნახშირბადის ბოჭკოს გამოგონების პატენტები მოიცავს ნახშირბადის ბოჭკოს დამზადებასთან, საწარმოო აღჭურვილობასთან და კომპოზიტურ მასალებთან დაკავშირებულ ყველაზე მეტ თემას. მათ შორისაა Japan Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin და სხვა კომპანიები „ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული პოლიმერული ნაერთების“ მნიშვნელოვანი ტექნიკური განლაგების სფეროში, გარდა ამისა, Toray და Mitsubishi Liyang „ნახშირბადის ბოჭკოს პოლიაკრილონიტრილის წარმოებასა და საწარმოო აღჭურვილობაში“, „ნახშირბადის ბოჭკოს უჯერი ნიტრილის, როგორიცაა პოლიაკრილონიტრილი, პოლივინილიდენციანიდი და ეთილენის წარმოებაში“ და სხვა ტექნოლოგიებში პატენტის განლაგების დიდი წილი უჭირავთ, ხოლო იაპონურ კომპანია Teijin-ს „ნახშირბადის ბოჭკოსა და ჟანგბადის ნაერთების კომპოზიტების“ პატენტის განლაგების უფრო დიდი წილი უჭირავთ.
ჩინეთის Sinopec Group-ს, პეკინის ქიმიურ უნივერსიტეტს, ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის Ningbo მასალების პატენტის დიდ ნაწილს „ნახშირბადის ბოჭკოს პოლიაკრილონიტრილის წარმოება და საწარმოო აღჭურვილობა“ უჭირავს; გარდა ამისა, პეკინის ქიმიური ინჟინერიის უნივერსიტეტს, ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის შანქსის ქვანახშირის ქიმიურ ინსტიტუტს და ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის Ningbo მასალების ძირითადი განლაგება „არაორგანული ელემენტის ბოჭკოს გამოყენება პოლიმერული ნაერთების მომზადების ინგრედიენტებად“ ტექნოლოგიას აქვს, რომელიც ჰარბინის ტექნოლოგიურ ინსტიტუტს ფოკუსირებულია „ნახშირბადის ბოჭკოს დამუშავების“, „ნახშირბადის ბოჭკოს და ჟანგბადის შემცველი ნაერთების კომპოზიტების“ და სხვა ტექნოლოგიების განლაგებაზე.
გარდა ამისა, გლობალური პატენტების ყოველწლიური სტატისტიკური განაწილების სტატისტიკიდან ირკვევა, რომ ბოლო სამი წლის განმავლობაში დაიწყო ახალი ცხელი წერტილების გაჩენა, როგორიცაა: „ძირითად ჯაჭვში კარბოქსილატური ბმის რეაქციის ფორმირებით მიღებული პოლიამიდების კომპოზიციები“, „ძირითად ჯაჭვში 1 კარბოქსილის მჟავას ეთერული ბმების ფორმირებით მიღებული პოლიესტერული კომპოზიციები“, „სინთეზური მასალების საფუძველზე შექმნილი კომპოზიტური მასალა“, „ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების ინგრედიენტებად ჟანგბადის შემცველი ციკლური კარბოქსილის მჟავა“, „ტექსტილის მასალების გამყარების ან დამუშავების სამგანზომილებიანი ფორმით“, „უჯერი ეთერი, აცეტალი, ნახევრად აცეტალი, კეტონი ან ალდეჰიდი მხოლოდ ნახშირბად-ნახშირბადის უჯერი ბმის რეაქციით პოლიმერული ნაერთების წარმოებამდე“, „ადიაბატური მასალა მილის ან კაბელის“, „ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები ფოსფატური ეთერებით, როგორც ინგრედიენტებით“ და ა.შ.
ბოლო წლებში ნახშირბადის ბოჭკოს სექტორში კვლევა და განვითარება გაჩნდა, რომლის მიღწევების უმეტესობა აშშ-სა და იაპონიაში მოდის. უახლესი ტექნოლოგიები ფოკუსირებულია არა მხოლოდ ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოებისა და მომზადების ტექნოლოგიაზე, არამედ საავტომობილო მასალების უფრო ფართო სპექტრში გამოყენებაზეც, როგორიცაა მსუბუქი წონა, 3D ბეჭდვა და ენერგიის გენერაციის მასალები. გარდა ამისა, ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების გადამუშავება და გადამუშავება, ხის ლიგნინის ნახშირბადის ბოჭკოს მომზადება და სხვა მიღწევები შთამბეჭდავი შედეგებით სარგებლობს. წარმომადგენლობითი შედეგები ქვემოთ არის აღწერილი:
1) აშშ-ის ჯორჯიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტი მესამე თაობის ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიების დანერგვას არღვევს
2015 წლის ივლისში, DARPA-ს დაფინანსებით, ჯორჯიის ტექნოლოგიურმა ინსტიტუტმა, თავისი ინოვაციური ტაფაზე დაფუძნებული ნახშირბადის ბოჭკოვანი გელის დატრიალების ტექნიკით, მნიშვნელოვნად გაზარდა თავისი მოდული, რითაც გადაასწრო Hershey IM7 ნახშირბადის ბოჭკოს, რომელიც ამჟამად ფართოდ გამოიყენება სამხედრო თვითმფრინავებში, რითაც გახდა მსოფლიოში მეორე ქვეყანა იაპონიის შემდეგ, რომელმაც დაეუფლა ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის მესამე თაობას.
Kumarz-ის მიერ დამზადებული გელისებური ნახშირბადის ბოჭკოს დაჭიმვის სიმტკიცე 5.5-დან 5.8 გპა-მდე აღწევს, ხოლო დაჭიმვის მოდული 354-375 გპა-ს შორისაა. „ეს არის უწყვეტი ბოჭკო, რომელიც ხასიათდება ყველაზე მაღალი სიმტკიცით და ყოვლისმომცველი შესრულების მოდულით. მოკლე ძაფების შეკვრაში, დაჭიმვის სიმტკიცე 12.1 გპა-მდეა, რაც პოლიაკრილონიტრილის ნახშირბადის ბოჭკოს ყველაზე მაღალი მაჩვენებელია.“
2) ელექტრომაგნიტური ტალღის გათბობის ტექნოლოგია
2014 წელს Nedo-მ შეიმუშავა ელექტრომაგნიტური ტალღის გათბობის ტექნოლოგია. ელექტრომაგნიტური ტალღის კარბონიზაციის ტექნოლოგია გულისხმობს ელექტრომაგნიტური ტალღის გათბობის ტექნოლოგიის გამოყენებას ბოჭკოს კარბონიზაციისთვის ატმოსფერულ წნევაზე. მიღებული ნახშირბადის ბოჭკოს მახასიათებლები ძირითადად იგივეა, რაც მაღალტემპერატურულ გაცხელებით მიღებული ნახშირბადის ბოჭკოს, ელასტიურობის მოდულმა შეიძლება მიაღწიოს 240GPA-ზე მეტს, ხოლო გაწყვეტის წერტილში წაგრძელება 1.5%-ზე მეტია, რაც მსოფლიოში პირველი წარმატებაა.
ბოჭკოვანი მასალა ელექტრომაგნიტური ტალღით კარბონიზებულია, რის გამოც მაღალტემპერატურულ გაცხელებისთვის გამოყენებული კარბონიზაციის ღუმელის აღჭურვილობა საჭირო არ არის. ეს პროცესი არა მხოლოდ ამცირებს კარბონიზაციისთვის საჭირო დროს, არამედ ამცირებს ენერგიის მოხმარებას და CO2-ის გამოყოფას.
3) კარბონიზაციის პროცესის დახვეწილი კონტროლი
2014 წლის მარტში, Toray-მ გამოაცხადა t1100g ნახშირბადის ბოჭკოს წარმატებული შემუშავების შესახებ. Toray იყენებს ტრადიციულ პან-ხსნარის დატრიალების ტექნოლოგიას კარბონიზაციის პროცესის დასახვეწად, ნანომასშტაბიან ნახშირბადის ბოჭკოს მიკროსტრუქტურის გასაუმჯობესებლად, გრაფიტის მიკროკრისტალური ორიენტაციის, მიკროკრისტალური ზომის, დეფექტების და ა.შ. გასაკონტროლებლად კარბონიზაციის შემდეგ ბოჭკოში, რათა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს სიმტკიცე და ელასტიურობის მოდული. t1100g-ის დაჭიმვის სიმტკიცეა 6.6 გპა, რაც 12%-ით მეტია T800-ისაზე, ხოლო ელასტიურობის მოდული არის 324 გპა და გაზრდილია 10%-ით, რაც ინდუსტრიალიზაციის ეტაპზე შედის.
4) ზედაპირის დამუშავების ტექნოლოგია
„ტეიჯინ ისთ სტეიტმა“ წარმატებით შეიმუშავა პლაზმური ზედაპირის დამუშავების ტექნოლოგია, რომელსაც ნახშირბადის ბოჭკოს გარეგნობის კონტროლი სულ რამდენიმე წამში შეუძლია. ეს ახალი ტექნოლოგია მნიშვნელოვნად ამარტივებს მთელ წარმოების პროცესს და 50%-ით ამცირებს ენერგიის მოხმარებას ელექტროლიტური წყალხსნარების ზედაპირული დამუშავების არსებულ ტექნოლოგიასთან შედარებით. გარდა ამისა, პლაზმური დამუშავების შემდეგ დადგინდა, რომ ბოჭკოსა და ფისოვანი მატრიცის ადჰეზიაც გაუმჯობესდა.
5) ნახშირბადის ბოჭკოს დაჭიმვის სიმტკიცის შენარჩუნების სიჩქარის შესწავლა მაღალი ტემპერატურის გრაფიტის გარემოში
Ningbo Materials-მა წარმატებით ჩაატარა დეტალური კვლევა ადგილობრივი მაღალი სიმტკიცის და მაღალი რეჟიმის ნახშირბადის ბოჭკოს პროცესის ანალიზის, სტრუქტურის კვლევისა და მუშაობის ოპტიმიზაციის შესახებ, განსაკუთრებით კი კვლევა ნახშირბადის ბოჭკოს დაჭიმვის სიმტკიცის შენარჩუნების სიჩქარეზე მაღალი ტემპერატურის გრაფიტის გარემოში და ბოლო დროს წარმატებით მომზადდა მაღალი სიმტკიცის და მაღალი მოდულის ნახშირბადის ბოჭკო 5.24 გპა დაჭიმვის სიმტკიცით და 593 გპა დაჭიმვის მოდულის მოცულობით. მას კვლავ აქვს დაჭიმვის სიმტკიცის უპირატესობა იაპონური Toray m60j მაღალი სიმტკიცის, მაღალჩამოსხმული ნახშირბადის ბოჭკოსთან შედარებით (დაჭიმვის სიმტკიცე 3.92 გპა, დაჭიმვის მოდული 588 გპა).
6) მიკროტალღური გრაფიტი
Yongda Advanced Materials-მა წარმატებით შეიმუშავა აშშ-ის ექსკლუზიური პატენტი ულტრამაღალი ტემპერატურის გრაფიტის ტექნოლოგიაზე, საშუალო და მაღალი რიგის ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოებისთვის, წარმატებით გადალახა სამი შემაფერხებელი ფაქტორი მაღალი რიგის ნახშირბადის ბოჭკოს შემუშავებაში, გრაფიტის აღჭურვილობა ძვირია და საერთაშორისო კონტროლის ქვეშაა, ნედლი აბრეშუმის ქიმიური ტექნოლოგიის სირთულეები, წარმოების მოსავლიანობა დაბალი და მაღალია. ჯერჯერობით, Yongda-მ შეიმუშავა ნახშირბადის ბოჭკოების 3 სახეობა, რომელთაგან თითოეულმა ორიგინალი შედარებით დაბალი ხარისხის ნახშირბადის ბოჭკოს სიმტკიცე და მოდული ახალ სიმაღლეზე აამაღლა.
7) ტაფაზე დაფუძნებული ნახშირბადის ბოჭკოვანი მავთულის დნობის ახალი პროცესი Fraunhofer-ის მიერ, გერმანია
ფრაუნჰოფერის გამოყენებითი პოლიმერების ინსტიტუტმა (Applied polymer Research, IAP) ცოტა ხნის წინ განაცხადა, რომ 2018 წლის 25 და 29 აპრილს, ბერლინის საჰაერო შოუზე, ILA-ზე, Comcarbon-ის უახლეს ტექნოლოგიას წარმოადგენს. ეს ტექნოლოგია მნიშვნელოვნად ამცირებს მასობრივი წარმოების ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოების ღირებულებას.
სურ. 4. ნედლი მავთულის დნობის დატრიალება.
კარგად არის ცნობილი, რომ ტრადიციულ პროცესებში, ტაფაზე დაფუძნებული ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოების ღირებულების ნახევარი ნედლი მავთულის წარმოების პროცესში იხარჯება. იმის გათვალისწინებით, რომ ნედლი მავთული არ დნება, ის უნდა წარმოიქმნას ძვირადღირებული ხსნარის დატრიალების პროცესით (Solution Spinning). „ამ მიზნით, ჩვენ შევიმუშავეთ ტაფაზე დაფუძნებული ნედლი აბრეშუმის წარმოების ახალი პროცესი, რომელსაც შეუძლია ნედლი მავთულის წარმოების ღირებულება 60%-ით შეამციროს. ეს არის ეკონომიური და მიზანშეწონილი დნობის დატრიალების პროცესი, რომელიც იყენებს სპეციალურად შემუშავებულ შედუღებულ ტაფაზე დაფუძნებულ კოპოლიმერს“, - განმარტა ფრაუნჰოფერის IAP ინსტიტუტის ბიოლოგიური პოლიმერების მინისტრმა, დოქტორმა იოჰანეს განსტერმა.
8) პლაზმური დაჟანგვის ტექნოლოგია
4M Carbon Fiber-მა განაცხადა, რომ პლაზმური დაჟანგვის ტექნოლოგიის გამოყენებას მაღალი ხარისხის, დაბალფასიანი ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოებისა და გაყიდვისთვის სტრატეგიულ ფოკუსად გამოიყენებს და არა მხოლოდ ტექნოლოგიის ლიცენზირებას. 4M აცხადებს, რომ პლაზმური დაჟანგვის ტექნოლოგია 3-ჯერ უფრო სწრაფია, ვიდრე ტრადიციული დაჟანგვის ტექნოლოგია, ხოლო ენერგიის მოხმარება ტრადიციული ტექნოლოგიის ერთ მესამედზე ნაკლებია. ეს განცხადებები დადასტურებულია ნახშირბადის ბოჭკოს მრავალი საერთაშორისო მწარმოებლის მიერ, რომლებიც კონსულტაციებს ატარებენ მსოფლიოს უმსხვილეს ნახშირბადის ბოჭკოს მწარმოებელთან და ავტომწარმოებელთან, რათა მონაწილეობა მიიღონ დაბალფასიანი ნახშირბადის ბოჭკოების წარმოების ინიციატორებად.
9) ცელულოზის ნანო ბოჭკო
იაპონიის კიოტოს უნივერსიტეტი, რამდენიმე მსხვილი კომპონენტის მომწოდებელთან ერთად, როგორიცაა ელექტრო სამონტაჟო კომპანია (Toyota-ს უმსხვილესი მომწოდებელი) და Daikyonishikawa Corp., მუშაობს პლასტმასის მასალების შემუშავებაზე, რომლებიც ცელულოზის ნანოფიბრებს აერთიანებს. ეს მასალა მზადდება ხის მერქნის რამდენიმე მიკრონად (1 ათას მმ-ზე) დაშლით. ახალი მასალის წონა ფოლადის წონის მხოლოდ ერთი მეხუთედია, მაგრამ მისი სიმტკიცე ფოლადისას ხუთჯერ აღემატება.
10) პოლიოლეფინისა და ლიგნინის ნედლეულისგან დამზადებული ნახშირბადის ბოჭკოვანი წინა კორპუსი
ამერიკის შეერთებულ შტატებში, ოუკ-რიჯის ეროვნული ლაბორატორია 2007 წლიდან მუშაობს დაბალფასიანი ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევაზე და მათ შეიმუშავეს ნახშირბადის ბოჭკოვანი წინა კორპუსები პოლიოლეფინისა და ლიგნინის ნედლეულისთვის, ასევე პლაზმური წინასწარი დაჟანგვისა და მიკროტალღური კარბონიზაციის მოწინავე ტექნოლოგიები.
11) ახალი პოლიმერი (წინამორბედი პოლიმერი) შემუშავდა ცეცხლგამძლე დამუშავების მოცილებით
ტოკიოს უნივერსიტეტის მიერ ხელმძღვანელობით წარმოებული წარმოების მეთოდით, ცეცხლგამძლე დამუშავების მოსაშორებლად შემუშავდა ახალი პოლიმერი (პრეკურსორი პოლიმერი). მთავარი ის არის, რომ პოლიმერის აბრეშუმად დატრიალების შემდეგ, ის არ ახორციელებს თავდაპირველ ცეცხლგამძლე დამუშავებას, არამედ იწვევს მის დაჟანგვას გამხსნელში. შემდეგ მიკროტალღური გათბობის მოწყობილობა თბება 1000 ℃-ზე მეტ ტემპერატურაზე კარბონიზაციისთვის. გათბობის დრო მხოლოდ 2-3 წუთს გრძელდება. კარბონიზაციის დამუშავების შემდეგ, ზედაპირული დამუშავებისთვის ასევე გამოიყენება პლაზმა, რათა შეიქმნას ნახშირბადის ბოჭკო. პლაზმური დამუშავება 2 წუთზე ნაკლებ დროს მოითხოვს. ამ გზით, თავდაპირველი შედუღების დრო, რომელიც 30-60 წუთია, შეიძლება შემცირდეს დაახლოებით 5 წუთამდე. ახალი წარმოების მეთოდით, პლაზმური დამუშავება ხორციელდება ნახშირბადის ბოჭკოსა და თერმოპლასტიკური ფისს შორის, როგორც CFRP-ის საბაზისო მასალის, შეკავშირების გასაუმჯობესებლად. ახალი წარმოების მეთოდით წარმოებული ნახშირბადის ბოჭკოს დაჭიმვის ელასტიურობის მოდული არის 240 გპა, დაჭიმვის სიმტკიცე - 3.5 გპა, ხოლო წაგრძელება აღწევს 1.5%-ს. ეს მნიშვნელობები იგივე დონისაა, რაც Toray Universal კლასის ნახშირბადის ბოჭკოვანი T300, რომელიც გამოიყენება სპორტული საქონლისთვის და ა.შ.
12) ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების გადამუშავება და გამოყენება ფლუიდიზებული ფენის პროცესის გამოყენებით
კვლევის პირველმა ავტორმა, მენგრან მენგმა, განაცხადა: „ნახშირბადის ბოჭკოს აღდგენა ამცირებს გარემოზე ზემოქმედებას ნედლი ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოებასთან შედარებით, თუმცა, პოტენციური გადამუშავების ტექნოლოგიებისა და ნახშირბადის ბოჭკოს გამოყენების გადამუშავების ეკონომიკური მიზანშეწონილობის შესახებ ცნობიერება შეზღუდულია. „გადამუშავება ორ ეტაპს მოიცავს: ბოჭკოები ჯერ ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტებიდან უნდა აღდგეს და თერმულად დაიშალოს მექანიკური დაფქვის მასალებით ან პიროლიზის ან სითხისებრი ფენის პროცესების გამოყენებით. ეს მეთოდები აშორებს კომპოზიტური მასალის პლასტმასის ნაწილს, რის შედეგადაც რჩება ნახშირბადის ბოჭკო, რომლის გადაკეთებაც შემდეგ შესაძლებელია ჩახლართულ ბოჭკოვან ხალიჩებად სველი ქაღალდის დამზადების ტექნოლოგიის გამოყენებით, ან რეორგანიზაცია მიმართულებით მიმართულ ბოჭკოებად.“
მკვლევრებმა გამოთვალეს, რომ ნახშირბადის ბოჭკოს აღდგენა ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური ნარჩენებისგან შესაძლებელია ფლუიდიზირებული ფენის პროცესის გამოყენებით, რაც მოითხოვს მხოლოდ 5 დოლარს/კგ-ზე და პირველადი ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოებისთვის საჭირო ენერგიის 10%-ზე ნაკლებს. ფლუიდიზირებული ფენის პროცესებით წარმოებული გადამუშავებული ნახშირბადის ბოჭკოები თითქმის არ ამცირებენ მოდულს და დაჭიმვის სიმტკიცე მცირდება 18%-დან 50%-მდე პირველადი ნახშირბადის ბოჭკოებთან შედარებით, რაც მათ ვარგისს ხდის მაღალი სიხისტის მოთხოვნით გამოსაყენებლად და არა სიმტკიცით. „გადამუშავებული ნახშირბადის ბოჭკოები შეიძლება შესაფერისი იყოს არასტრუქტურული გამოყენებისთვის, რომელიც მოითხოვს მსუბუქ წონას, როგორიცაა საავტომობილო, სამშენებლო, ქარის ენერგიის და სპორტული ინდუსტრიები“, - თქვა მენგმა.
13) შეერთებულ შტატებში შემუშავებულია ნახშირბადის ბოჭკოს გადამუშავების ახალი ტექნოლოგია
2016 წლის ივნისში, აშშ-ში, ჯორჯიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევარებმა ეპოქსიდური ფისის გასახსნელად ნახშირბადის ბოჭკო სპირტის შემცველ გამხსნელში დაალბეს, რის შედეგადაც გამოყოფილი ბოჭკოები და ეპოქსიდური ფისები ხელახლა იქნა გამოყენებული, რაც ნახშირბადის ბოჭკოს აღდგენის წარმატებით განხორციელებას ნიშნავდა.
2017 წლის ივლისში ვაშინგტონის შტატის უნივერსიტეტმა ასევე შეიმუშავა ნახშირბადის ბოჭკოს აღდგენის ტექნოლოგია, რომელიც კატალიზატორად სუსტ მჟავას იყენებს, თერმომყარი მასალების დასაშლელად შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე თხევადი ეთანოლის გამოყენება, დაშლილი ნახშირბადის ბოჭკო და ფისი ცალ-ცალკე ინახება და მათი რეპროდუცირება შესაძლებელია.
14) 3D ბეჭდვის ნახშირბადის ბოჭკოვანი მელნის ტექნოლოგიის შემუშავება LLNL ლაბორატორიაში, აშშ
2017 წლის მარტში, ამერიკის შეერთებულ შტატებში, ლოურენს ლივმორის ეროვნულმა ლაბორატორიამ (LLNL) შეიმუშავა პირველი 3D პრინტერით დაბეჭდილი მაღალი ხარისხის, საავიაციო დონის ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტები. მათ გამოიყენეს მელნის პირდაპირი გადაცემის (DIW) 3D ბეჭდვის მეთოდი რთული სამგანზომილებიანი სტრუქტურების შესაქმნელად, რამაც მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა დამუშავების სიჩქარე საავტომობილო, აერონავტიკის, თავდაცვისა და მოტოციკლეტის შეჯიბრებებში და სერფინგში გამოსაყენებლად.
15) შეერთებული შტატები, კორეა და ჩინეთი თანამშრომლობენ ენერგიის წარმოებისთვის ნახშირბადის ბოჭკოს განვითარებაში
2017 წლის აგვისტოში, ტეხასის უნივერსიტეტის დალასის კამპუსმა, კორეაში ჰანიანგის უნივერსიტეტმა, ჩინეთში ნანკაის უნივერსიტეტმა და სხვა ინსტიტუტებმა ერთობლივად შექმნეს ნახშირბადის ბოჭკოვანი ძაფის მასალა ენერგიის გენერირებისთვის. ძაფი თავდაპირველად იჟღინთება ელექტროლიტური ხსნარებით, როგორიცაა მარილწყალი, რაც ელექტროლიტში არსებულ იონებს საშუალებას აძლევს, მიემაგროს ნახშირბადის ნანომილაკების ზედაპირს, რაც ძაფის გამკაცრების ან გაჭიმვისას შეიძლება გარდაიქმნას ელექტრო ენერგიად. მასალის გამოყენება შესაძლებელია ნებისმიერ ადგილას, სადაც საიმედო კინეტიკური ენერგიაა და შესაფერისია ნივთების ინტერნეტის სენსორებისთვის ენერგიით უზრუნველყოფისთვის.
16) ახალი პროგრესი ხის ლიგნინის ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევაში, რომელიც შესაბამისად ჩინელებმა და ამერიკელებმა მიიღეს
2017 წლის მარტში, ნინგბოს მასალათა ტექნოლოგიისა და ინჟინერიის ინსტიტუტის სპეციალურმა ბოჭკოვანმა ჯგუფმა ეთერიფიკაციისა და თავისუფალი რადიკალური კოპოლიმერიზაციის ორეტაპიანი მოდიფიკაციის ტექნოლოგიის გამოყენებით მოამზადა ლიგნინ-აკრილონიტრილის კოპოლიმერი კარგი დატრიალების უნარით და თერმული სტაბილურობით. კოპოლიმერისა და სველი დატრიალების პროცესის გამოყენებით მიღებულ იქნა მაღალი ხარისხის უწყვეტი ძაფები, ხოლო თერმული სტაბილიზაციისა და კარბონიზაციის დამუშავების შემდეგ მიღებულ იქნა კომპაქტური ნახშირბადის ბოჭკო.
2017 წლის აგვისტოში, აშშ-ში, ვაშინგტონის უნივერსიტეტში, ბირგიტე აჰრინგის კვლევითმა ჯგუფმა ლიგნინი და პოლიაკრილონიტრილი სხვადასხვა პროპორციით შეურია და შემდეგ დნობის დატრიალების ტექნოლოგიის გამოყენებით შერეული პოლიმერები ნახშირბადის ბოჭკოებად გარდაქმნა. კვლევამ აჩვენა, რომ 20%-30%-ში დამატებული ლიგნინი გავლენას არ ახდენდა ნახშირბადის ბოჭკოს სიმტკიცეზე და მოსალოდნელი იყო, რომ მისი გამოყენება ავტომობილების ან თვითმფრინავების ნაწილებისთვის უფრო იაფი ნახშირბადის ბოჭკოვანი მასალების წარმოებაში იქნებოდა შესაძლებელი.
2017 წლის ბოლოს, განახლებადი ენერგიის ეროვნულმა ლაბორატორიამ (NREL) გამოაქვეყნა კვლევა აკრილონიტრილის წარმოების შესახებ მცენარეების ნარჩენების, როგორიცაა სიმინდის და ხორბლის ჩალა, გამოყენებით. ისინი ჯერ მცენარეულ მასალებს შლიან შაქარად, შემდეგ კი მჟავებად გარდაქმნიან და იაფ კატალიზატორებთან აერთიანებენ სამიზნე პროდუქტების მისაღებად.
17) იაპონიამ შექმნა პირველი ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული თერმოპლასტიკური კომპოზიტური ავტომობილის შასი
2017 წლის ოქტომბერში, იაპონიის ახალი ენერგეტიკული ინდუსტრიის ტექნოლოგიების ინტეგრირებულმა კვლევა-განვითარების სააგენტომ და ნაგოიას უნივერსიტეტის ეროვნულმა კომპოზიტების კვლევითმა ცენტრმა წარმატებით შეიმუშავეს მსოფლიოში პირველი ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული თერმოპლასტიკური კომპოზიტური ავტომობილის შასი. მათ გამოიყენეს ავტომატური გრძელი ბოჭკოთი გამაგრებული თერმოპლასტიკური კომპოზიტების პირდაპირი ონლაინ ჩამოსხმის პროცესი, ნახშირბადის ბოჭკოსა და თერმოპლასტიკური ფისის ნაწილაკების უწყვეტი შერევა, ბოჭკოვანი გამაგრებული კომპოზიტების წარმოება და შემდეგ, გაცხელებისა და დნობის შეერთების გზით, წარმატებით წარმოადგინეს თერმოპლასტიკური CFRP ავტომობილის შასი.
5. წინადადებები ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის კვლევისა და განვითარების შესახებ ჩინეთში
5.1 პერსპექტიული განლაგება, მიზანზე ორიენტირებული, ფოკუსირებული ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის მესამე თაობის დანერგვაზე
ჩინეთის მეორე თაობის ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგია ჯერ კიდევ არ წარმოადგენს ყოვლისმომცველ გარღვევას, ჩვენმა ქვეყანამ უნდა ეცადოს, რომ იყოს მომავალზე ორიენტირებული განლაგება, რომელიც გააერთიანებს ჩვენს შესაბამის კვლევით ინსტიტუტებს, ფოკუსირებული იქნება ძირითადი ტექნოლოგიების დაჭერაზე, ფოკუსირებული იქნება მესამე თაობის მაღალი ხარისხის ნახშირბადის ბოჭკოვანი მომზადების ტექნოლოგიის კვლევასა და განვითარებაზე (ანუ გამოიყენება აერონავტიკისთვის მაღალი სიმტკიცის, მაღალი მოდულის ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიაში) და შემუშავებულ ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალების ტექნოლოგიაზე, მათ შორის საავტომობილო, სამშენებლო და სარემონტო და სხვა მსუბუქი, დაბალფასიანი დიდი ზომის ნახშირბადის ბოჭკოვანი მომზადებისთვის, დანამატის წარმოების ტექნოლოგიისთვის ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალისთვის, გადამუშავების ტექნოლოგიისა და სწრაფი პროტოტიპირების ტექნოლოგიებისთვის.
5.2 ორგანიზაციის კოორდინაცია, მხარდაჭერის გაძლიერება, მსხვილი ტექნიკური პროექტების შემუშავება თანამშრომლობითი კვლევის უწყვეტი მხარდაჭერის მიზნით
ამჟამად, ჩინეთში ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევის მრავალი ინსტიტუტია, თუმცა მათი ძალაუფლება გაფანტულია და არ არსებობს ერთიანი კვლევისა და განვითარების ორგანიზების მექანიზმი და ეფექტური კოორდინაციისთვის ძლიერი დაფინანსების მხარდაჭერა. განვითარებული ქვეყნების განვითარების გამოცდილებიდან გამომდინარე, მსხვილი პროექტების ორგანიზება და განლაგება დიდ როლს ასრულებს ამ ტექნიკური სფეროს განვითარების ხელშეწყობაში. ჩინეთის ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევისა და განვითარების ტექნოლოგიების გარღვევის გათვალისწინებით, ჩვენ უნდა გავამახვილოთ ყურადღება ჩინეთის უპირატესობის კვლევისა და განვითარების ძალებზე, რათა დავიწყოთ მსხვილი პროექტები, გავაძლიეროთ თანამშრომლობითი ტექნოლოგიური ინოვაციები და მუდმივად წავახალისოთ ჩინეთის ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევის ტექნოლოგიური დონე, საერთაშორისო ნახშირბადის ბოჭკოსა და კომპოზიტებისთვის კონკურენცია.
5.3 ტექნიკური მიღწევების გამოყენების ეფექტის ორიენტაციის შეფასების მექანიზმის გაუმჯობესება
SCI ნაშრომების ეკონომეტრიული ანალიზის თვალსაზრისით, ჩინეთის ნახშირბადის ბოჭკო, როგორც მაღალი სიმტკიცის მასალა, გამოიყენება კვლევის სხვადასხვა სფეროში, მაგრამ ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოებისა და მომზადების ტექნოლოგია, განსაკუთრებით ფოკუსირებულია ხარჯების შემცირებაზე, წარმოების ეფექტურობის გაუმჯობესებაზე ნაკლები კვლევისთვის. ნახშირბადის ბოჭკოს წარმოების პროცესი ხანგრძლივია, ტექნოლოგიური ძირითადი პუნქტები, მაღალი წარმოების ბარიერები, არის მულტიდისციპლინური, მულტიტექნოლოგიური ინტეგრაცია, საჭიროა ტექნიკური დაბრკოლებების გადალახვა, „დაბალი ღირებულების, მაღალი ხარისხის“ ბირთვის მომზადების ტექნოლოგიური კვლევისა და განვითარების ეფექტური ხელშეწყობა, ერთი მხრივ, საჭიროა კვლევაში ინვესტიციების გაძლიერება, მეორე მხრივ, საჭიროა სამეცნიერო კვლევის შესრულების შეფასების სფეროს შესუსტება, ტექნიკური მიღწევების გამოყენების ეფექტის შეფასების ხელმძღვანელობის გაძლიერება და „რაოდენობრივი“ შეფასებიდან, რომელიც ყურადღებას აქცევს ნაშრომის გამოქვეყნებას, გადავიდეს შედეგების ღირებულების „ხარისხიან“ შეფასებაზე.
5.4 უახლესი ტექნოლოგიების ნაერთი ნიჭის განვითარების გაძლიერება
ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის მაღალტექნოლოგიური ატრიბუტი განსაზღვრავს სპეციალიზებული ნიჭის მნიშვნელობას, ხოლო მათ ჰყავთ თუ არა უახლესი ტექნიკური პერსონალი, პირდაპირ განსაზღვრავს დაწესებულების კვლევისა და განვითარების დონეს.
ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიების კვლევისა და განვითარების კავშირების შედეგად, ყურადღება უნდა მივაქციოთ ნაერთის პერსონალის მომზადებას, რათა უზრუნველვყოთ ყველა რგოლის კოორდინაცია და განვითარება. გარდა ამისა, ჩინეთში ნახშირბადის ბოჭკოვანი კვლევის განვითარების ისტორიიდან გამომდინარე, ტექნოლოგიური ექსპერტების ნაკადი ხშირად წარმოადგენს კვლევითი დაწესებულების კვლევისა და განვითარების დონეზე გავლენის მქონე ძირითად ფაქტორს. წარმოების პროცესებში, კომპოზიტებსა და ძირითად პროდუქტებში ძირითადი ექსპერტებისა და კვლევისა და განვითარების გუნდების ფიქსირების შენარჩუნება მნიშვნელოვანია ტექნოლოგიური უწყვეტი განახლების უზრუნველსაყოფად.
ჩვენ უნდა გავაგრძელოთ ამ სფეროში სპეციალიზებული მაღალტექნოლოგიური პერსონალის მომზადებისა და გამოყენების გაძლიერება, ტექნოლოგიური კვლევისა და განვითარების ნიჭის შეფასებისა და დამუშავების პოლიტიკის გაუმჯობესება, ახალგაზრდა ნიჭის განვითარების გაძლიერება, აქტიურად მხარი დავუჭიროთ თანამშრომლობასა და გაცვლას უცხოურ მოწინავე კვლევისა და განვითარების ინსტიტუტებთან, აქტიურად დავნერგოთ უცხოური მოწინავე ნიჭი და ა.შ. ეს დიდ როლს შეასრულებს ჩინეთში ნახშირბადის ბოჭკოს კვლევის განვითარების ხელშეწყობაში.
ციტირებულია -დან
ნახშირბადის ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის გლობალური განვითარებისა და მისი ჩინეთში გავრცელების ანალიზი. ტიან იაჯუანი, ჟანგ ჟიკიანგი, ტაო ჩენგი, იან მინგი, ბა ჯინი, ჩენ იუნვეი.მსოფლიო სამეცნიერო-ტექნოლოგიური კვლევა და განვითარება.2018 წელი
გამოქვეყნების დრო: დეკემბერი-04-2018