فهرست مطالب
محققان آلمانی با توسعه آلیاژی جدید شامل ۳۰ درصد آلومینیوم بازیافتی، چرخ‌هایی سبک، پایدار و با انتشار کمتر CO₂ تولید کرده‌اند که علاوه بر کاهش مصرف انرژی، عملکرد و طراحی آنها حفظ شده است.
به گزارش سرویس اخبار فناوری تک ناک، پژوهشگران آلمانی در تلاش‌اند یکی از شناخته‌شده‌ترین قطعات خودروهای مدرن، یعنی چرخ آلومینیومی را بازآفرینی کنند و موفق به توسعه آلیاژی با ۳۰ درصد فلز بازیافتی شده‌اند. این آلیاژ تازه، که در دانشگاه علوم کاربردی و هنر دورتموند (FH Dortmund) طراحی شده، می‌تواند انتشار کربن چرخ‌ها را به شکل چشمگیری کاهش دهد، بی‌آنکه کیفیت عملکرد یا طراحی آنها آسیب ببیند.
پروژه خلاقانه SUPA-Wheel به رهبری دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه، پاسخ مستقیمی به هزینه‌های انرژی بالای تولید آلومینیوم ارائه می‌دهد؛ یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پایداری صنعت خودرو. ویلهلم هارمز، دستیار پژوهشی و رهبر این پروژه، توضیح داد: «ما در حال توسعه آلیاژ ایده‌آل برای چرخ هستیم. آلومینیوم بازیافتی نسبت به آلومینیوم نو، تعادل CO₂ ده برابر بهتری دارد.»
آلیاژ کم‌کربن
چرخ‌های مرسوم به طور کامل از آلومینیوم نو ساخته می‌شوند، زیرا این ماده خالص ترکیب دقیق آلیاژ مورد نظر را آسان‌تر می‌سازد. اما وابستگی به آلومینیوم نو، هزینه زیست‌محیطی قابل توجهی دارد، زیرا تولید آلومینیوم جدید بسیار انرژی‌بر و آلاینده است. برای استخراج آلومینیوم از سنگ معدن بوکسیت، ابتدا باید آلومینا جدا شود و سپس از فرآیند الکترولیز استفاده گردد.
این فرآیند مصرف انرژی بسیار بالایی دارد که اغلب از سوخت‌های فسیلی تامین می‌شود. به بیان ساده، هر تن آلومینیوم اولیه بسته به منبع انرژی، تقریبا ۱۵ تن CO₂ تولید می‌کند. در نقطه مقابل، آلومینیوم بازیافتی تنها حدود ۵ درصد انرژی مصرف می‌کند، چرا که به جای استخراج از سنگ معدن، ذوب و دوباره شکل داده می‌شود. با این حال، وجود رد پای عناصر دیگر در آلومینیوم بازیافتی، می‌تواند تعادل دقیق ترکیب آلیاژ را برهم زند.
نسبت دقیق اجزا، سختی، استحکام و مقاومت به خوردگی چرخ آلومینیومی را مشخص می‌کند؛ بنابراین، هارمز و تیمش به دنبال راهکاری امن برای استفاده از آلومینیوم ثانویه در تولید چرخ بدون افت کیفیت بودند. این پروژه، متخصصانی از شرکت چرخ‌سازی بوربت، موسسه فرونهوفر برای ریخته‌گری، مواد مرکب و فناوری پردازش (IGCV)، تولیدکننده آلومینیوم Trimet و شرکت متخصص پلاستیک Jordan Spritzgusstechnik را گرد هم آورد.
بیشتر بخوانید: چین با بازیافت ضایعات ساختمانی نیمی از مصالح خود را تأمین می کند
حتما بخوانید: بازیافت ۹۰ درصد عناصر کمیاب آهنرباهای صنعتی با روش نوآورانه ژاپنی ها
چرخ آلومینیومی، دوست‌دار محیط‌زیست
کنسرسیوم دانشگاه FH Dortmund و شرکای آن بررسی کردند چگونه می‌توان آلیاژهای بازیافتی را به گونه‌ای طراحی کرد که عملکردی مشابه آلومینیوم نو داشته باشند و در عین حال انتشار گازهای گلخانه‌ای CO₂ کاهش یابد. آنها محدوده‌ای از ترکیب مواد را تحلیل کردند که بدون به خطر انداختن ایمنی، قابل تنظیم باشد و ۳۰۰ نمونه و آلیاژ مختلف را در آزمایشگاه شیمی دانشگاه آزمودند.
با کمک این داده‌ها، یک مدل پیش‌بینی‌کننده توسعه یافت تا فرمول آلیاژ را دقیق تنظیم کند و حتی با سهم بالاتر آلومینیوم بازیافتی، ثبات آن حفظ شود. هارمز توضیح داد: «ابتدا نیاز داشتیم مدلی داشته باشیم که خواص آلیاژهای جدید را به‌طور قابل اعتماد پیش‌بینی کرده و تاثیر عناصر موجود در آلومینیوم قدیمی را مدیریت کنیم.» ژاکوب نوواک، دستیار پژوهشی پروژه، ارزش این تلاش را چنین توصیف کرد: «فرآیند جداسازی و تفکیک پیچیده است و تاکنون تنها ۳۰ درصد آلومینیوم بازیافتی می‌تواند به عنوان تامین پایدار تضمین شود.»
با این حال، بازیافت تنها بخشی از استراتژی پایداری پروژه است. تیم تحقیقاتی همچنین در حال بررسی بهینه‌سازی‌های ساختاری و آیرودینامیک برای کاهش مصرف انرژی است. نوواک افزود: «این اقدامات باعث صرفه‌جویی در سوخت یا برق و افزایش برد خودرو می‌شود.» استفاده از آلیاژ قوی‌تر، امکان تولید چرخ‌های نازک‌تر را فراهم می‌آورد که وزن را کاهش و بازده انرژی را بهبود می‌بخشد.
دانشمندان همچنین درپوش‌های آیرودینامیک پلاستیکی زیستی را آزمایش می‌کنند که مقاومت هوا را کاهش و برد خودروهای برقی را افزایش می‌دهند. ویلهلم هارمز جمع‌بندی کرد: «یک چرخ آلومینیومی؛ با کاهش CO₂، اقتصادی‌تر، اما هم‌زمان شیک و قابل فروش.» انتظار می‌رود نمونه اولیه تا پایان پروژه که تا نیمه سال آینده ادامه دارد، آماده شود.
