Koolstofvezel's Stralende Toekomst: Sleutelrollen in Wind, Luchtvaart en Auto-industrie

Met zijn unieke kenmerken heeft koolstofvezel (CF) grote ontwikkelingsperspectieven in diverse sectoren.

Dit artikel identificeert belangrijke kansen in de koolstofvezel-keten waar middelen en investeringen de schone energietransitie kunnen versnellen.

We richten ons op drie toepassingsgebieden die bovenaan de lijst staan van industrieën die koolstofvezel-versterkte polymeren gebruiken:

• Windenergie,
• Lucht- en ruimtevaart, en
• Automobielindustrie.

Voor elk van de drie toepassingsgebieden behandelt het artikel de aanbod- en vraagtrends binnen die sector en de kosten van koolstofvezel en componenten.

1. Koolstofvezel in windenergie

Windenergie is het op een na grootste vraagsector voor koolstofvezel in termen van tonnage, en significante groei wordt verwacht door de vezel die nodig is voor windturbinebladen.

1.1 Vraag- en aanbodtrends voor windenergie

Hoogsterkte, standaard-trekmodulus, groot-tow koolstofvezel in het bereik van 24K-50K wordt doorgaans gebruikt voor windenergietoepassingen.

Een voorspelling voor de huidige en toekomstige regionale verdeling van CF-vraag door de windindustrie wordt gegeven door Industry Experts en samengevat in de onderstaande figuur.

In deze voorspelling heeft Europa het grootste aandeel in de totale wereldwijde vraag, zowel nu als in 2020, als gevolg van de EU-doelstellingen voor 20% van de energie te leveren uit hernieuwbare bronnen.

Tot 2020 wordt de CF-vraag van Europa verwacht te stijgen met 3,5 keer en voor ongeveer 70% van de totale vraag te zorgen. De VS en Aziatische CF-vraag in 2020 zullen gelijk zijn met elk ongeveer 15% van de totale vraag.

1.2 Prijs en waarde van CF in windenergie

Groot-tow koolstofvezel gebruikt voor windturbinebladen wordt verkocht in de prijsrange van $15,40 – $24,20 per kilogram.

Met uitzondering van Japan waar de koolstofvezelprijs het laagst is bij ~$23/kg, werd geen regionale prijsvariatie waargenomen.

Het wordt verwacht dat met schaalvoordelen en verbeteringen in productietechnologie bereikt door 2020 zal resulteren in een koolstofvezelprijs van $23/kg, ruwweg consistent over alle regio's.

Naast technische uitdagingen gerelateerd aan het produceren van groter-tow met groter filamentdiameter koolstofvezels voor betere druksterkte, is kosteneffectiviteit een grote barrière voor marktgroei in windenergie.

1.3 Toeleveringsketen van CF in windenergie

Wanneer de verwachte vraag naar groot-tow koolstofvezel van de windenergie- en autogesecteur gecombineerd worden, is de wereldwijde totale vraag verwacht op 71.450 ton, terwijl de beschikbare productiecapaciteit 51.400 ton is.

Het voldoen aan deze vraag zal een wereldwijd verdeelde toeleveringsketen vereisen. Echter, met de toename in bladgrootte zullen logistieke zorgen waarschijnlijk nieuwe investeringen in havenfaciliteiten voor offshore windenergiesystemen drijven.

2. Koolstofvezels in de luchtvaart

Luchtvaartprojecten zijn de primaire drijfveren van de koolstofvezel (CF) en koolstofvezel-versterkte kunststoffen (CFRP) industrie geweest voor het grootste deel van hun geschiedenis.

2.1 Vraag- en aanbodtrends in de luchtvaart

Het meest voor de hand liggende product van de luchtvaartindustrie, vliegtuigen, stond voor $152 miljard van die totaal door de productie en verkoop van ongeveer 4.390 vliegtuigen en rotorcraft.

Deze productie-inspanning (tezamen met onderhoud, reparatie en revisie van oudere toestellen) vereiste ongeveer 544.000 ton grondstoffen.

De projectie van Industry Experts voor de luchtvaartvraag naar CF in 2020 is 23.170 ton. Dubbele cijfer groeicijfers geprojecteerd door de drie grote bronnen wijzen op toekomstige significante vraag naar CF door de luchtvaartindustrie. De recentste luchtvaart CF-vraagprojectie is voor een vraag van 22.100 ton tegen 2020.

2.2 Prijs en waarde van CF in de luchtvaart

De strenge prestatie-eisen van CF in luchtvaarttoepassingen leiden tot certificeringsbarrières en strengere productietoleranties dan die geassocieerd met andere CF-toepassingen.

Dit leidt tot hogere prijzen voor luchtvaart CFRP onderdelen. Een gevolg van deze prijsverschillen is dat marktaandelen van CF-vraag er heel anders uitzien wanneer gemeten in geldwaarde in plaats van in tonnen.

Dat gezegd hebbende, zelfs als de tonnage CF-vraag van de luchtvaartindustrie veel kleiner is dan die van de windenergie-industrie, zijn de vezels die naar de luchtvaart gaan veel meer waard.

3. Koolstofvezels in de automobielindustrie

De automobielindustrie is al diverse decennia geïnteresseerd in CFRP omdat het materiaal groter gewichtsbesparingspotentieel en hogere stijfheid heeft dan conventionele materialen zoals staal en aluminium.

3.1 Prijs en waarde van CF in de automobielindustrie

Ongeveer 1.500 unieke voertuigmodellen zijn momenteel in productie, en iets meer dan 100 van hen gebruiken een bepaalde hoeveelheid CFRP als standaarduitrusting.

Toch is de opname van CFRP in de automobielindustrie redelijk beperkt gebleven ondanks deze superieure eigenschappen. Hogere CF-kosten, lange CFRP-productiecycli en gebrek aan automatisering hebben de toepassing door de automobielindustrie grotendeels beperkt tot ultra-dure, laag-volume modellen zoals de Lamborghini Murciélago.

Daarom zoekt de automobielindustrie de minst dure typen CF die aan de CFRP-prestatie-eisen voldoen. De laagst geprijsde commercieel beschikbare vezels die aan deze eisen voldoen zijn grote tow (gedefinieerd als meer dan 24.000 filamenten per tow) textielgraad koolstofvezels.

3.2 Prijs en waarde van CF in de automobielindustrie

Zoals eerder vermeld, is de automobielindustrie zeer gevoelig voor de prijs van CF, wat grote tow, textielgraad CF de meest kosteneffectieve keuze maakt.

Met de huidige CF-prijzen kan wijdverspreide adoptie van CF door de automobielindustrie niet verwacht worden. Echter, een significante prijsverlaging kan enorme vraag van de automobielindustrie stimuleren.

Dit was alles over de prijsentwicklung van koolstofvezel toegepast in windenergie, luchtvaart en automobielindustrie. Wij hopen dat het nuttig is! Laat gerust uw reacties achter als u vragen heeft.

Let op: Wij bezitten niet de rechten op de afbeeldingen in dit artikel. Neem contact op als deze aan u toebehoren, dan verwijderen wij ze zo snel mogelijk.