تحليل swot در خصوص استفاده از نانو مواد در صنعت خودرو

توضیحات

دسته: مجموعه شماره 2

منتشر شده در دوشنبه, 18 دی 1391 22:07

نوشته شده توسط Mehdi Jahanbakhsh

 تحليل swot در خصوص استفاده از نانو مواد در صنعت خودرو 

نويسنده : كميته توسعه نانوتكنولوژي وزارت صنايع

اين مطالعه، با هدف كسب رويكردي كلي در زمينه استفاده از نانو مواد در صنعت خودرو صورت گرفته و متضمن جزئيات فراگير نيست. با اين وجود، توصيفي اجمالي از پيشرفت‌هاي اين بخش را براي صنايع كوچك و متوسط ارائه خواهد كرد. به همين دليل، جزئيات علمي و فني نانو در گزارش ارائه نشده است.
براي اين كار چهار جنبه اصلي بخش صنعت در تحليل SWOT تشريح مي‌شوند؛ اطلاعات مربوط به «نقاط قوت» و «نقاط ضعف» جديدترين فناوري‌هاي نانو مواد، تشريح شده و با استفاده از «فرصت‌ها» و «تهديدهاي» موجود، روند و جايگاه آينده بخش صنعت توصيف خواهد شد.
براي كسب بهترين نتيجه از اين تحليل، پرسش‌هايي خاص براي هر يك از اين چهار وجه، طرح شده است.
جديدترين فناوري‌هاي صنعتي
«نقاط قوت»
كدام دسته از نانو موادهاي مورد استفاده در صنايع مشابه، در آستانه صنعتي شدن قرار دارند؟
مزاياي فني و اقتصادي آنها چيست؟
«نقاط ضعف»
موانع فني و اقتصادي براي به توليد رساندن و استفاده از اين فناوري‌ها، در صنايع مشابه كدامند؟
روند و جايگاه آينده اين بخش از صنعت
«فرصت‌ها»
چگونه مي‌توان از فرصت‌هاي موجود در تحقيق و توسعه نانو مواد، براي حل مسايل موجود و اصلاح نقاط ضعف توليدات، استفاده كرد؟
«تهديدها»
چه تهديدها و مخاطراتي (فني، تجاري و ريسك‌هاي اجتماعي) با فرصت‌هاي جديد پيوند خورده است؟

نگاه كلي به صنعت خودروسازي
صنعت خودرو بين دو وجه كاملاً متضاد قرار گرفته است. در يك سو، تلاش براي كاهش هزينه ملموس است و در سوي ديگر، رسيدن به فناوري‌هايي با بازدهي بالا و بهبود شرايط زيست‌محيطي، موجب افزايش هزينه‌هاي توليد مي‌شود. با توجه به اين وضعيت، مي‌توان كليدي‌ترين وجوه اين صنعت را به شرح زير برشمرد:
- كاهش آلودگي هوا
- كاهش وزن
- توانايي بازيافت
- ايمني
- افزايش بازدهي موتور (كاهش مصرف)
- زيبايي
- طول عمر بيشتر

كاربردهاي آتي در صنعت خودرو
صنعت خودرو مي‌تواند توسط فناوري نانو از پتانسيل جديدي براي توسعه خود بهره‌مند شود.
طراحي و توليد خودروهاي سواري و كاميون‌ها و اتوبوس‌ها تا 10 سال آينده به ميزان 60 درصد تحت تأثير فناوري نانو و زيرشاخه‌هاي آن قرار خواهد گرفت.
گرايش حاكم بر علم و فناوري، مقياس نانو را هدف قرار داده و صنعت خودرو مي‌تواند از اين روند منتفع شود. مثلاً، انتقال انرژي پيشرفته، كاربرد انرژي‌هاي نوين، كاهش وزن خودرو، افزايش كاركرد مواد، افزايش ميزان آسايش و نرمش، افزايش بهره‌وري در برابر هزينه تمام شده، از جمله مزاياي قابل تعريف فناوري نانو براي صنعت خودرو است. تقريباً تمام اجزاي اين صنعت را مي‌توان توسط اين فناوري بهبود بخشيد (شكل 1). نانو فناوري مي‌تواند صنعت خودرو را در گستره‌اي بزرگ از اختراعات، نواوري‌ها و فرصت‌هاي عظيم، به سوي بازارهايي تازه رهنمون سازد. رقابت‌هاي 10 سال آينده اين صنعت، به احتمال زياد به توسعه و استفاده از فناوري نانو در خودروها وابسته خواهد بود.

شكل 1: زمينه‌هاي استفاده از نانو فناوري در صنعت خودروسازي

با رويكردي كلي به اين بخش صنعتي، سه سطح متفاوت در اين پروژه تعريف شده است:
سطح 1: حوزه كاربردها
سطح 2: توليدات مربوط به هر كدام از اين حوزه‌ها
سطح 3: نانو موادي كه در اين توليدات به كار مي‌روند و يا از پتانسيل بهبود نقاط ضعف توليدات موجود برخوردارند.
صنعت خودرو مي‌تواند از نانو مواد در چندين حوزه سود ببرد (شكل 2).
- قسمت‌هاي شاسي و بدنه
- موتور و سيستم‌هاي انتقال نيرو
- رنگ و لايه‌گذاري‌ها
- سيستم‌هاي تعليق
- روغن‌كاري و روان‌سازي
- تاير خودرو
- سيستم تخليه و مبدل‌هاي كاتاليستي
- تجهيزات الكتريكي و الكترونيكي

شكل 2: كاربردها و توليدات نانو در صنعت خودروسازي

تحليل SWOT در صنعت خودرو
شاسي و بدنه
نانو موادي كه بزودي كاربرد صنعتي خواهند يافت
در خصوص موادي كه براي شاسي (اسكلت) و بدنه خودرو به كار مي‌روند، نانوكامپوزيت‌هاي پليمري نقشي حياتي دارند.

مثال‌هايي از كاربردها/ توليدات
- روكش‌هاي فلزي بيروني خودرو مبتني‌بر پلي‌پروپيلن و TPO
- پلاستيك‌هاي اولفين نانو كامپوزيت رسي براي قطعات خارجي
- رس‌هاي معدني در مقياس نانو براي استفاده در پلاستيك‌هاي نانوكامپوزيتي سبك
- تمام اجزاي خودرو كه از لحاظ نظري داراي قابليت استفاده هستند، مثلاً، نانوكامپوزيت‌ها (نانوذرات در ماتريس پليمري) براي استفاده در قطعات تودوزي نظير داشبورد، ستون درها، پوشش‌هاي كيسه هوا، فيلترهاي هوا و... پيشنهاد شده‌اند.

چالش‌ها
- بهره‌وري در هزينه‌ها
- كاهش وزن
- قابليت بازيافت
- ايمني
- زيبايي
- بسياري از پليمرهاي موجود، نيازهاي سخت مكانيكي براي شاسي و بدنه را براورده مي‌سازند، ولي با تكنيك‌هاي رنگ‌آميزي الكترواستاتيكي، مطابقت ندارند. توسعه پليمرهاي رسانا- عايق، اين مانع را برطرف خواهد كرد.

راه‌حل‌هاي ممكن توسط نانومواد و ريسك‌هاي مرتبط
- قطعات سبك و اقتصادي، مصرف سوخت را كاهش داده و افزايش دوام خودرو را در پي دارند. مزيت استفاده از اين نانو كامپوزيت‌ها در صنعت خودرو اين است كه از مواد پركننده (فيلر) كمتري استفاده مي‌شود. اين درحالي است كه عملكرد آنها يا در حد قبلي باقي مانده و يا بهبود خواهد يافت. بعضي از مزاياي اين مواد در مقايسه با مواد معمولي، عبارتند از: شفافيت بيشتر، نفوذپذيري كمتر، استحكام بيشتر، مقاومت حرارتي بالاتر.
- خواص بازدارندگي در برابر آتش، اين نويد را مي‌دهد كه تمام قطعات داخلي خودرو با اين نانوكامپوزيت‌ها ساخته شوند. همچنين، كامپوزيت‌هايي كه با شبكه‌هاي نانويي تقويت شده‌اند، به قابليت عدم فرسايش در برابر هوا دست يافته‌اند و براي استفاده در قطعات خارجي خودرو بسيار مناسب هستند.
- نانوكامپوزيت‌هاي سبز مبتني‌بر كربوهيدرات‌ها، تعاريف جديدي از كامپوزيت‌هاي قابل تجزيه و بازيافت را نويد مي‌دهند.
- گرمايش و سرمايش مطبوع
- شكل‌دهي آلياژهاي حافظه‌دار
- فعال‌سازي نسج‌هاي داخلي

برخي شركت‌هاي فعال در اين حوزه
- جنرال موتورز
- تويوتا
- GE پلاستيك (Noryl GTX) تهيه نانوكامپوزيت‌ها براي قطعات رنگ شونده خودرو
- شركت Nanocor
- شركت 3dsysyems (رزين‌هاي نانوكامپوزيتي)
- شركت Blackhawk Automotive Plastics
- شركت Bayer AG

موتورها و سيستم انتقال قدرت
پيشرفت‌هاي جديد در موتورها و سيستم‌هاي انتقال قدرت، منجر به بهبود عملكرد، بازده مكانيكي و گرمايي، فرمان‌پذيري و اطمينان در اين سيستم‌ها شده است. اين در حالي است كه خروجي‌ها و هزينه‌ها نيز بخوبي كاهش يافته است.

نانوموادي كه بزودي كاربرد صنعتي خواهند يافت
درخواست براي بهبود اقتصاد سوخت خودرو، زمينه‌ساز تقاضا براي استفاده از مواد سبك جديد- مثلاً پلاستيك‌ها- شده است. اين مواد مي‌توانند جايگزين فلزات شوند. بهترين نوع اين پلاستيك‌ها، گران تمام مي‌شود. نانو كامپوزيت‌ها از همين پلاستيك‌هاي سنتي به اضافه ذرات نانومقياسي كه در سراسر آنها پخش مي‌شوند، تشكيل شده‌اند. اين پليمرهاي تقويت شده، ممكن است راه‌حلي اقتصادي براي جايگزيني با فلزات باشند. از لحاظ نظري، نانوكامپوزيت‌ها به راحتي چكش خوار بوده و قالب‌پذيرند، سختي و مقاومتي نزديك به فلزات دارند و بسيار سبكتر هستند. مقاومت در برابر خوردگي، عدم استهلاك در برابر رطوبت، يكپارچگي و قابليت بازيافت همگي از جمله برتري‌هاي اين مواد است.
در موتورهاي درونسوز، فرصت‌هاي زيادي براي استفاده از ساختارهاي نانوكريستالي وجود دارد (استحكام و ميزان تحمل حرارت بزرگتر). مثلاً، انژكتورهاي آينده در موتورهاي ديزلي، توسط لايه‌اي از كربن‌هاي الماسواره لايه نشاني خواهد شد تا مقاومت سايشي آنها افزايش يابد.

چالش‌ها
- بازدهي مكانيكي و گرمايي
- بهبود عملكرد و كنترل‌پذيري
- خروجي‌ها (آلودگي و صدا)
- اطمينان‌پذيري و طول عمر
- سرعت تجاري شدن و هزينه‌ها
- وزن و اندازه

راه‌حل‌هاي ممكن توسط نانومواد و ريسك‌هاي مرتبط
- مواد نانو سراميك، فرصتي مطلوب براي تجديد نظر در ساختار داخلي موتورهاي درونسوز و پوشش اجزاي آن، ايجاد مي‌كنند.
- سيلندرهاي مقاوم در برابر سايش، پيستون‌ها، ياتاقان‌ها و يا قطعات مكانيكي

برخي شركت‌هاي فعال در اين حوزه
- شركت Magna International
- مركز تحقيقات فيات Centro Ricerche Fiat (CRF)
- شركت Electrovac
- شركت فورد موتور
- گروه اوكا (Aveka Group)
- شركت GE Plastics


رنگ‌آميزي و لايه‌گذاري
نانو موادي كه بزودي كاربرد صنعتي خواهند يافت
خواص مواد سنتي، دچار تغيير شده و رفتار سطحي يك ماده بر رفتار حجمي آن تسلط دارد. چنين اثراتي نظير بلوكه كردن طيف فرابنفش (uv)، آنتي استاتيك (عدم ايجاد الكتريسيته ساكن) و خواص رسانشي، نمونه‌هايي از اين برتري‌ها هستند. رنگ‌ها و لايه‌هاي صنعتي، از سه سال پيش به عنوان اولين نامزد استفاده از اين تفاوت‌ها، انتخاب شده‌اند. شركت‌ها پي برده‌اند كه مي‌توانند با تركيبي از نانوذرات، لايه‌هاي نازك را با چسبندگي قوي‌تر و انعطاف‌پذيري بيشتر و تفاوت قيمتي جزئي، توليد كنند. اين لايه‌ها بسيار صاف‌تر، سخت‌تر و بسيار با دوام‌تر هستند. استفاده از اين نانو ذرات، سطوح مقاوم در برابر خراش و نيز سطوح خود پاك‌شونده با جذب رطوبت را نتيجه داده است. تاكنون، شركت‌هاي زيادي در سراسر جهان وارد اين حيطه شده و نانوذرات را با محصولات خود تركيب كرده‌اند.
مثال‌هايي از كاربردهاي لايه نشاني در مقياس نانو
- لايه‌گذاري رنگين كماني
- رنگ‌هاي مبتني‌بر نانو لوله‌هاي كربني
- لايه‌هاي محافظت كننده از خوردگي
- سطوح فوق‌العاده صيقلي
- لايه‌هاي شفاف و مقاوم به خراش
- لايه‌هاي آب‌زدا (دفع كننده آب و رطوبت)- كامپوزيت‌هاي Fluoropolymer
- لايه‌هاي فوتوكروميك و الكتروكروميك (با خواص تغيير رنگ شيشه‌ها به مقدار دلخواه)
- پوليش‌هاي شيمي- مكانيكي براي سمباده‌كاري دقيق در پايان كار
- لايه نشاني چسبنده
- نانوذراتي كه به عنوان ساينده به كار مي‌روند يا در رنگ استفاده مي‌شوند
- سطوح ضد باكتري
- پليمرهاي رسانا (توسط نانو لوله كربني) براي قطعات خارجي كه توسط الكترواستاتيك رنگ‌آميزي مي‌شوند.

چالش‌ها
- قابليت بازيافت
- مطابقت با محيط زيست
- زيبايي
- كاركردهاي كاملاً خاص (الكترواستاتيك، رنگ، خود پاك شوند و...)

راه‌حل‌هاي ممكن توسط نانو مواد و ريسك‌هاي مرتبط
- تمامي لايه نشاني‌ها و سطوح، توسط عوامل محيطي همچون باران، برف، نمك، اسيد، رسوب‌ها، طيف فرابنفش نور خورشيد و رطوبت، در معرض تخريب قرار مي‌گيرند. اين لايه‌ها، ممكن است دچار خراشيدگي، لب پريدگي و يا آسيب‌هاي ديگر به هنگام استفاده، توليد و يا حمل و نقل شوند. براي رفع اين عيوب و كشف راهكارهاي آن، استفاده از نانو مواد و توسعه كاربردهاي جديد آن كارساز خواهد بود.

برخي شركت‌هاي فعال در اين حوزه
- دايملر/ كرايسلر (در بعضي از سري‌هاي مرسدس بنز، از نانو ذرات براي لايه‌هاي شفاف‌كننده و محافظ رنگ، لايه‌هاي محافظ و شفاف‌ساز روي سطوح فلزي و غيرفلزي استفاده شده كه به صورت قابل توجهي در افزايش مقاومت در برابر خراشيدگي و نيز درخشندگي رنگ خودرو، تأثيرگذار بوده‌اند).
- BMW (روكش‌هاي خود تميزكننده مبتني‌بر نانو ذرات)
- شركت صنعتي PPG Industries IncBPG
- شركت DuPont
- شركت Hyperion Catalysis International (كاربرد رنگ‌هاي الكترواستاتيكي)
- شركت Nanoproofed Austria (روكش‌هاي نانويي)
- شركت Tiger Coating (رنگ)
- شركت Asix GmbH (روكش‌هاي سطحي با نانوذرات)
- شركت Gabriel - Chemie GmbH (رنگ‌آميزي و افزودني‌هاي تغليظ كننده)
- شركت Benda Lutz Werke GmbH (رنگ و روكش‌هاي پودري)
- شركت VoestAlpine Stahl GmbH (روكش‌ها)

روغنكاري (روانسازي)
نانو موادي كه بزودي كاربرد صنعتي خواهند يافت
- روان‌سازهاي مبتني‌بر نانوذرات، موجب كاهش اصطكاك بين قطعات درگير و همچنين كمينه‌سازي ساييدگي مي‌شوند. اين كاربري، موجب كاهش هزينه‌ها شده و عملكرد دستگاه‌هاي مكانيكي را بهبود مي‌بخشد. كاهش مصرف انرژي و كاهش آلايندگي، از ديگر نتايج اين روانسازهاست.
- مثال‌هايي از كاربردها/ توليدات نانو روكش‌ها
- سيال‌هاي خنك‌كننده و فرو سيال‌هاي جديد

چالش‌ها
- بهبود خواص روانسازي اصطكاك با استفاده از نانو مواد و افزايش طول عمر قطعات مكانيكي ناشي از آن
- بهره‌وري هزينه‌ها

راه‌حل‌هاي ممكن توسط نانو مواد و ريسك‌هاي مرتبط
- توسعه روانسازها در صنعت خودرو، به چسبندگي لايه‌هاي نانومتري روي سطح مواد وابسته است (تك لايه‌ها). بستن قطعات مي‌تواند به صورت بحراني به چسبندگي مواد در مقياس نانو وابسته باشد.
- روانسازها، عدم استفاده از ياتاقان‌ها

برخي شركت‌هاي فعال در اين حوزه
- شركت ARC Seibersdorf Research GmbH
- شركت ApNano Materials Inc
- شركت Hatco Corp
- شركت IAVF Antriebstechnik AG
- شركت Etc…

سيستم‌هاي تعليق و ترمز
نانو موادي كه بزودي كاربرد صنعتي خواهند يافت
- در سيستم‌هاي تعليق مي‌توان با استفاده از نانو ذرات مغناطيسي در سيال‌ها و سپس استفاده از ميدان مغناطيسي، لزجت سيال‌ها را از حالت سيال نرم تا حالتي تقريباً جامد، تغيير داد. چنين امكاني مي‌تواند موجب طراحي سيستم‌هاي تعليقي شود كه متناسب با اطلاعات دريافتي از حسگرها، وضعيت تعليق را تغيير دهند.

چالش‌ها
- ايمني
- راحتي
- زمان پاسخگويي كوتاه‌تر
- كيفيت بالاتر فرمان‌پذيري خودرو در جاده

راه‌حل‌هاي ممكن توسط نانو مواد و ريسك‌هاي مرتبط
سيا‌ل‌هاي با قابليت تغيير شكل (سياليت) توسط الكتريسيته براي كمك فنرها
ترمز ميراكننده قطعات دورا با استفاده از مگنت‌هاي نانويي كه روي ذرات ميكرو قرار مي‌گيرند.

برخي شركت‌هاي فعال در اين حوزه
- شركت Nental Teves
- شركت TWR
- شركت Bridgestone
- شركت Lord Corporation

تايرها
نانو موادي كه بزودي كاربرد صنعتي خواهند يافت
- جايگزين كردن دوده‌هاي كربني با نانو ذرات رس‌هاي غيرآلي و پليمرها، مي‌تواند تايرها را با محيط زيست همخوان ساخته و مقاومت آنها را در برابر ساييدگي افزايش دهد.
- پوشش‌هاي جديد نانويي مي‌توانند وزن را كاهش داده، حفاظت در برابر فشار را بهبود بخشيده و هزينه‌هاي بازيافت و سوزاندن تايرهاي مستعمل را كاهش دهند.
- دوده‌هاي داراي ساختار نانويي، مي‌توانند طول عمر تاير را افزايش داده، از ميزان اصطكاك بكاهند و باعث كاهش مصرف سوخت شوند.
 -توليد كنندگان اروپايي قطعات الاستيكي (كشدار) و اكسيدهاي غيرآلي، در رويكردي تجربي براي توليد «تاير سبز» مشاركت كرده‌اند. در اين تايرها، سيليكاي نانو ساختار باعث تقويت الاستومرهاي هيدروكربني خواهد شد.

چالش‌ها
- كارايي و اطمينان بالاتر
- بهبود مصرف سوخت
- بهبود تحمل فشار و كاهش بازسازي
كاهش هزينه سوزاندن تايرهاي فرسوده

راه‌حل‌هاي ممكن توسط نانو مواد و ريسك‌هاي مرتبط
- چسبندگي بهتر
- مواد پركننده كمتر
- روكش نانويي

برخي شركت‌هاي فعال در اين حوزه
- شركت Degussa
- شركت Cabot
- شركت Electrovac GmbH
- شركت Bridgestone (BFS)
- شركت Michelin
- شركت Goodyear
- شركت Dana Corp
- شركت Federal- Mogul
- شركت Continental AG

تجهيزات الكتريكي و الكترونيكي
صنعت خودرو، اصلي‌ترين استفاده كننده حسگرها و سيستم‌هاي مينياتوري يكپارچه است. قطعات ميكرو الكترونيك، يكي از نقاط كليدي سيستم‌هاي پيشرفته ايمني حال حاضر در صنعت خودرو هستند. از اين قطعات در كاربردهاي استاندارد خودرو استفاده مي‌شود. حسگرهاي كيسه هوا و حسگرهاي نقشه، از اولين كاربردهايي بودند كه از 1970 آغاز شد.

سيستم‌هاي ديد در شب
- پليمرهاي عبور دهنده بالاي فرو قرمز به دليل جاسازي نانو ذرات در آنها
- حسگرهاي با حساسيت بالا به فرو قرمز

حسگرها
- حسگر كيفيت هواي داخل اتاق
- نشانگر نوع گازهاي خروجي
- منسوجات داراي كاركردهاي پيشرفته

اطلاعات خودرو
- نمايشگرهاي فيلم نازك
- عينك‌هاي واكنشي
- نمايشگرهاي مبتني‌بر نانو لوله‌هاي كربني نصب شده روي شيشه

روشن‌سازي
- لايه‌هاي الكترواپتيكي
- منابع جديد نوري
- سوئيچ‌هاي اپتيكي

Attachments:

Download

[ ]

873 kB

• < قبلی
• بعدی >