Ten samochód nie zawiera w sobie żadnego metalu. Tak, choćby silnik

Aż do niedawna takie projekty istniały tylko w głowach futurystów i na kartach komiksów. Jednak zespół badawczy Korea Institute of Science and Technology (KIST) postanowił pobawić się w motoryzacyjnych alchemików.

Jak to możliwe? Twórcy mówią otwarcie: zamiast stali, aluminium i miedzi postawili na innowacyjne materiały ceramiczne oraz polimery przewodzące. Zerowa zawartość metali dotyczy wszystkich kluczowych komponentów, w tym – a to już jest magią inżynierii – choćby samego silnika.

Ceramika zamiast stali – rewolucja w materiale konstrukcyjnym

Dlaczego metale były dotychczas tak niezastąpione w samochodach? To proste: przewodność, wytrzymałość oraz odporność na ekstremalne warunki to cechy, które wydawały się możliwe tylko do osiągnięcia dzięki metalowi. Ceramika i polimery były mile widziane w drobnych detalach, ale nikt wcześniej nie traktował ich jak poważnych kandydatów na budulec silnika czy ramy samochodu.

KIST opracował technologię produkcji wysokiej jakości nanorurek węglowych (CNT) wykorzystującą stan ciekłokrystaliczny, często nazywany 'czwartym stanem skupienia materii’, różniącym się od ciał stałych, cieczy i gazów. Technologia ta radykalnie poprawia przewodność elektryczną cewek CNT, umożliwiając ich wykorzystanie do napędzania silników elektrycznych bez konieczności stosowania cewek miedzianych.

Tymczasem naukowcy z KIST postanowili obalić ten mit. Opracowali hybrydowy materiał ceramiczny, który nie dość, iż świetnie przewodzi prąd (dzięki zastosowaniu specjalnych domieszek), to pod względem odporności mechanicznej w wielu przypadkach przebija stal. Dzięki mikroskopijnej strukturze i nowatorskiemu procesowi spiekania materiał zachowuje się jak metal – jest twardy, sztywny, a przy tym zaskakująco lekki. Dla przykładu: ceramika nowej generacji nie tylko nie rdzewieje, ale i fenomenalnie znosi gwałtowne zmiany temperatury, co w motoryzacji jest na wagę złota.

Silnik bez metalu – jak to możliwe?

Opracowano technologię umożliwiającą wymianę wszystkich cewek silników elektrycznych, które są wykonane głównie z metali – takich jak miedź – na CNT.

Prawdziwym gwoździem programu jest jednak silnik, który obywa się bez chociażby jednej śruby ze stopów żelaza. Spore wyzwanie, bo klasyczne elektromotory bazują na miedzianych uzwojeniach i stalowych rdzeniach. Klucz do sukcesu? Naukowcy postawili na polimery przewodzące, które łączą elastyczność tworzyw sztucznych z adekwatnościami elektrycznymi metali, oraz ceramiki o bardzo niskiej oporności.

Połączenie tych dwóch światów zaowocowało powstaniem nowego typu silnika: wszystkie tradycyjne elementy metalowe zostały zastąpione przez ich ceramiczne lub polimerowe odpowiedniki. Odpowiednio zaprogramowany proces produkcji pozwala na ułożenie przewodzących polimerów w formę zwojów, a sam korpus silnika wykonano z ultratwardej ceramiki, której niestraszne są choćby wysokie obroty i temperatura. Efekt? Silnik bez ani grama metalu – wydajny, cichy i, jak zapewniają inżynierowie, zdecydowanie lżejszy od konwencjonalnych konstrukcji.

Bezpieczeństwo, ekologia i… przyszłość elektromobilności

Silnik elektryczny CNT z cewkami CNT charakteryzuje się określoną prędkością obrotową zależną od przyłożonego napięcia

Pierwsze pytanie, które może pojawić się w głowie sceptyka: OK, ale czy to będzie bezpieczne?. Materiały, na których bazuje nowy samochód są niepalne, a przy tym nie korodują i nie emitują żadnych toksycznych oparów podczas użytkowania. Ceramika i polimery przewodzące zaskakują trwałością i odpornością na uszkodzenia – według zapewnień twórców taki pojazd nie tylko przetrwa próbę czasu, ale również będzie łatwiejszy w recyklingu niż klasyczne, metalowe odpowiedniki.

Nie można pominąć też aspektu ekologicznego. Produkcja tradycyjnych metali (szczególnie w skali masowej) to ogromne zużycie energii i emisja CO2. Przejście na zaawansowane polimery i ceramiki może znacząco zmniejszyć ślad węglowy branży motoryzacyjnej. Dodatkowo brak metali sprawia, iż takie pojazdy nie będą uzależnione od globalnych dostawców stali czy miedzi – a zatem: zyskają odporność na kryzysy surowcowe.

Brzmi jak rewolucja, która może przeorać cały krajobraz motoryzacyjny i przemysłowy. Oczywiście do masowego wdrożenia tej technologii droga jeszcze długa – na razie mamy do czynienia z prototypem i pierwszymi testami laboratoryjnymi. Wyniki są jednak diabelnie obiecujące.