用炼油残渣造车？新工艺将其转化为轻质碳纤维 成本更低

财联社（上海，编辑黄君芝）讯，为了控制温室气体排放，提高电动汽车的续航里程，全世界都在努力提高汽车和其他车辆的能效。与此同时，人们正在寻找一种更轻、强度更强、可用于汽车车身的材料。

由碳纤维制成的轻质材料，类似于某些网球拍和自行车所用的材料，结合了超高的强度和低重量的优点，但这些材料的生产成本比由钢或铝高，影响了其大规模应用的速度。

近期，麻省理工学院（MIT）和其他地方的研究人员已经想出了一种方法，从一种超廉价的原料中提炼出轻质纤维。这种原料是石油炼制过程中产生的重而粘稠的废料，炼油厂通常用于生产沥青等低价值材料，或者最终将其作为废物处理。

据称，新型碳纤维不仅成本低廉，而且比传统碳纤维材料更有优势，因为它具有抗压强度，这意味着它可以用于承重。这一研究成果已于近期发表在了《科学进展》（Science Advances）杂志上。

这项研究大约始于四年前，以响应美国能源部（Department of Energy）的要求。当时能源部正在寻求通过降低整体重量来提高汽车效率并减少燃料消耗的方法。研究人员Ferralis说，“如果你看看现在的同一款车，与30年前相比，它明显更重。同类型汽车的重量增加了15%以上。”

一辆汽车若本身重量增加，就需要更大马力的发动机，更强劲的制动器等，所以减轻车身或其他部件的重量会产生连锁反应，从而进一步减轻汽车总重。美国能源部正在推动轻型结构材料的发展，这些材料的安全性可以与今天的传统钢板相媲美，而且其制造成本也足够低，有可能完全替代标准车辆中的钢材。

由碳纤维制成的复合材料并不是一个新想法，但到目前为止，在汽车行业，它们只被用于几款非常昂贵的车型。这项新研究旨在通过提供一种低成本的原材料和相对简单的加工方法来扭转这种局面。

Ferralis表示，用于汽车的优质碳纤维，目前的价格至少为每磅10到12美元，“可能会更高”，而用于航天器组件等特殊用途的碳纤维，每磅价格可达数百美元。相比之下，钢铁的价格约为每磅75美分，铝的价格为每磅2美元。按照这个价格，用碳纤维制造一辆皮卡的成本大约会增加一倍。

据悉，碳纤维通常由从石油中提取的聚合物（如聚丙烯腈）制成，但使用了一个昂贵的中间步骤，即将碳化合物聚合，而这种聚合物的成本可以占最终纤维总成本的60%以上。但上述新方法不是从那些提炼和加工过的石油产品开始，而是使用提炼过程后剩下的渣油。

通过仔细模拟组成分子之间的键形成和交联方式，研究人员开发出了一种方法来预测给定的一组加工条件将如何影响最终的纤维性能。他们说，“我们能够以如此惊人的准确性重现结果，以至于公司可以利用这些图表预测纤维的密度和弹性模量等特征。”

这项工作产生的结果表明，通过调整起始条件，产出的碳纤维不仅可以像大多数碳纤维一样具有很强的张力，而且还具有很强的压缩性，这意味着它们可以用于承重。他们说，这为这些材料的用途开辟了全新的可能性。

美国能源部呼吁将轻质材料的成本降低到每磅5美元以下，但麻省理工学院的研究小组估计，他们的方法可以做得更好，达到每磅3美元左右，尽管他们尚未进行详细的经济研究分析。

“我们正在开发的新路线不仅仅是成本效应，”Ferralis补充说，“它可能会开辟新的应用，而且不一定是用于车辆。”