ألياف الكربون .. تغزو عالم السيارات

تغزو ألياف الكربون عالم السيارات في الوقت الحالي؛ حيث تسهم هذه المادة، التي تتمتع بخفة الوزن والصلابة، في خفض وزن السيارة، ومن ثم تقليل معدلات استهلاك الوقود وانبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون الضارة بالبيئة. ومع ذلك تواجه ألياف الكربون بعض المعوقات والتحديات التي تحول دون انتشارها على نطاق واسع، أهمها ارتفاع تكاليف التصنيع. 

وتعتبر شركة بي إم دبليو الألمانية من الشركات الرائدة في الاعتماد على ألياف الكربون في إنتاج الموديل i3، فقد أثبتت الشركة الألمانية بنجاح إمكانية إنتاج السيارة بالكامل من عنصر الكربون وبدون زيادة كبيرة في سعر السيارة.

ويشير الخبراء إلى أن عملية تصنيع موديلات قياسية بشكل كامل من هذه المواد الخفيفة تعد أمراً صعباً في الوقت الراهن. ولكن في المقابل يتم الاعتماد على ألياف الكربون في تصنيع السيارات السوبر رياضية الفارهة، والتي لا تلعب فيها الأسعار دوراً هاماً. ومع ذلك فإن الخبراء يتوقعون مستقبلاً وردياً لمادة الكربون في تصنيع السيارات، والذي بطبيعة الحال سيختلف باختلاف فئات السيارة التي تعتمد على هذه التقنية.

ويؤكد البروفيسور لوتس إيكشتاين هذا المعنى؛ حيث أوضح مدير معهد السيارات بمدينة أخن الألمانية أنه تم الاعتماد بالفعل على ألياف الكربون في تصنيع سيارات الفورميلا 1 منذ وقت طويل وخاصة في إنتاج مقصورة القيادة، ولكن على ما يبدو فإن دخولها لقطاع سيارات الركوب مازال شديد البطء. 

وقال سيبسيلوس فون فراكينبيرغ، المتحدث باسم شركة بي إم دبليو الألمانية، إن هناك اتجاه نحو إنتاج السيارات من المواد والعناصر خفيفة الوزن، على رأسها  ألياف الكربون. بالإضافة إلى تزايد متطلبات السلامة في السيارة باستمرار، وبالتالي فإن ألياف الكربون يمكنها تلبية هذه المتطلبات والمعايير الفائقة دون أن تتسبب في زيادة الوزن. وأعلنت شركة مرسيدس الألمانية أن الاعتماد على عناصر مصنوعة من الكربون يدخل ضمن استراتيجية إنتاج سيارات خفيفة الوزن.

خفض الوزن والاستهلاك

ويعزي إيكشتاين الاتجاه والرغبة الزائدة نحو تصنيع السيارة من الكربون إلى خفض انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون، لأنه كلما قل وزن السيارة انخفض استهلاكها من الوقود، وبذلك تقل الانبعاثات الضارة عن عملية الاستهلاك وخاصة غاز ثان أكسيد الكربون.

وتمتاز ألياف الكربون بتوفير ما يقدر بنحو 20% من الوزن مقارنة بمادة الألومنيوم الخفيفة، التي تعتمد عليها شركة أودي الألمانية مثلاً في إنتاج موديلات خفيفة الوزن، كما أنها تساوي نصف وزن مادة الفولاذ. وتعد أيقونة فولكس فاغن XL1 خير مثال على ذلك؛ حيث لا يتعدى وزنها 795 كيلوغراماً ويبلغ استهلاكها من الوقود نحو 1 لتر/100 كلم، وذلك  بفضل اعتمادها على ألياف الكربون.

ويرى كلاوس دريكسلر، البروفيسور بمعهد مركبات الكربون بجامعة ميونيخ التقنية، أن مادة الكربون تقدم لصناعة السيارات مزايا أخرى تعرف بالتأثيرات الثانوية، والتي يقصد بها التغيير الملحوظ في إنجاز بعض عمليات القيادة مثل عمليات الكبح والتسارع؛ حيث ستكتفي السيارة بمحرك صغير يعطي نفس معدلات الأداء للمحركات الكبيرة في سيارة ثقيلة الوزن.

وتقدم ألياف الكربون ميزة أخرى للسيارات الكهربائية، ألا وهي زيادة مدى السير بفضل انخفاض وزن السيارة، إلى جانب إمكانية تقليل حجم البطارية باهظة الثمن.

صعوبة الإصلاح

ومن ناحية أخرى ينطوي استخدام ألياف الكربون في صناعة السيارات على بعض العيوب، أهمها صعوبة وتعقيد إصلاح الأضرار التي تلحق بالهيكل الخارجي للسيارة مقارنة بالهياكل الفولاذية؛ فالجزء المتضرر يتم استبداله بشكل كامل في حالة الكربون وذلك للحفاظ على التجانس الأمثل لألياف الكربون، وهو ما ينعكس بشكل كبير على تكاليف عملية الإصلاح. ولكنها على الجانب الآخر تصل بهذا إلى المستوى الأول على العكس من الإصلاحات التي تتم على الهياكل الفولاذية.

ويرجع إيكشتاين السبب في عدم انتشار الكربون بشكل كبير في صناعة السيارات إلى صعوبة التصنيع والتي تحتاج إلى الكثير من الأعمال اليدوية. ولكن البروفيسور الألماني كلاوس دريكسلر يتوقع أن تنخفض تكاليف إنتاج ألياف الكربون بمقدار النصف خلال الخمسة أعوام المقبلة، كما يرى أن تكاليف التصنيع والتي تشمل عملية الخدمات اللوجستية ستنخفض إلى 90% من خلال خفض تكاليف الأعمال اليدوية.

انتشار مرهون بالفئة

ويرى إيكشتاين أن انتشار ألياف الكريون مرهون إلى حد كبير بفئة السيارة؛ حيث من المتوقع أن تهيمن هذه التقنية على فئة السيارات الرياضية قريباً، وتحتل شركات مثل ماكلارين وبوغاتي ولامبورغيني مكانة رائدة بالفعل في صناعة موديلات كاملة إلى حد كبير من ألياف الكربون.

وقد أدت هذه الصعاب التي تواجه عملية تصنيع السيارة بالكامل من ألياف الكربون إلى اللجوء إلى طريقة التصنيع الهجين منخفضة التكاليف، والتي أثبتت نجاحاً كبيراً في فئة السيارات الفاخرة، وطريقة التصنيع الهجين هي عبارة عن توليفة من مواد خفيفة مثل ألياف الكربون والألومنيوم والفولاذ.

واتبعت شركة مرسيدس هذه الفلسفة بالفعل؛ حيث أوضحت أندريا هويسلر المتحدثة الإعلامية باسم الشركة الألمانية أنها لا تعتقد بأن الاعتماد الكامل على ألياف الكربون هو الحل الأمثل في تصنيع السيارة، ولكن الحل هو اتباع طريقة التصنيع الهجين مع مراعاة وضع المادة المناسبة في المكان المناسب.

 وقد سارت على نفس الدرب شركة بي إم دبليو الألمانية التي أعلنت أن الجيل الجديد من سيارة الفئة السابعة، والمنتظر ظهوره خلال عام 2015، سينخفض وزنه بمقدار 100 كيلوغرام، وذلك بفضل الاعتماد على ألياف الكربون في تصنيع بعض أجزاء السيارة مثل غطاء حيز المحرك وغطاء صندوق الأمتعة والأبواب.

وفي فئة السيارات الصغيرة التي يتم إنتاجها بأعداد كبيرة يكاد ينعدم الاعتماد على ألياف الكربون، ويتم تفضيل طريقة التصنيع التي ترتكز على الفولاذ أو الألومنيوم.

ويرى الخبير الألماني كلاوس دريكسلر أنه ليس هناك فرصة أمام ألياف الكربون للانتشار في فئة السيارات الصغيرة، نظراً لأن طريق التصنيع المختلطة تعتبر من العوامل الأساسية للسلامة في السيارات التي يتم إنتاجها بأعداد كبيرة بسبب الحاجة إلى تشوه بعض الأجزاء الخارجية لهيكل السيارة عند التصادم، وهي الخاصية التي تفتقر إليها ألياف الكربون التي تتمتع بالمتانة والقوة.