Светлое будущее углеродного волокна: ключевая роль в ветроэнергетике, авиакосмической и автопромышленности

Благодаря уникальным характеристикам углеродное волокно (CF) имеет отличные перспективы развития в нескольких сферах.

Цель статьи — выявить ключевые возможности в цепочке поставок углеродного волокна, где ресурсы и инвестиции могут ускорить переход к чистой энергетике.

Сфокусируемся на трех приоритетных областях применения углеродно-пластиковых композитов:

• Ветроэнергетика,
• Авиакосмическая отрасль, и
• Автомобильная промышленность.

Для каждой области рассмотрим тренды спроса и предложения, а также стоимость углеродного волокна и компонентов.

1. Углеродное волокно в ветроэнергетике

Ветроэнергетика — второй по объему тоннажу сектор спроса на углеродное волокно, значительный рост ожидается из-за потребности в волокне для лопастей ветряков.

1.1 Тренды спроса и предложения в ветроэнергетике

Для ветроэнергетики обычно применяют высокопрочное стандартномодульное крупнонитьевое (large-tow) углеродное волокно в диапазоне 24K–50K.

Прогноз регионального распределения спроса CF от ветроиндустрии на настоящее и будущее приведен на рисунке ниже.

По прогнозу, Европа занимает наибольшую долю мирового спроса как сейчас, так и в 2020 году — результат целей ЕС: 20% энергии из возобновляемых источников.

К 2020 году спрос Европы на CF вырастет в 3,5 раза и составит около 70% от общего спроса. Спрос США и Азии в 2020 году будет сопоставим — по ~15% каждый.

1.2 Цена и ценность CF в ветроэнергетике

Крупнонитьевое углеродное волокно для лопастей ветряков продается в диапазоне $15,40 – $24,20 за кг.

За исключением Японии, где цена минимальна ~$23/кг, региональных ценовых различий не наблюдалось.

Прогнозируется, что к 2020 году экономия масштаба и улучшение технологий снизят цену до ~$23/кг, единообразно по всем регионам.

Помимо технических вызовов по производству крупнонитьевого волокна с большим диаметром филамента для лучшей прочности на сжатие, стоимостная эффективность — главный барьер роста рынка в ветроэнергетике.

1.3 Цепочка поставок CF в ветроэнергетике

При совокупном ожидаемом спросе крупнонитьевого CF от ветроэнергетики и автопрома глобальный спрос прогнозируется в 71 450 тонн, а доступная производственная мощность — 51 400 тонн.

Удовлетворение спроса потребует глобальную цепочку поставок. Однако с увеличением размера лопастей логистические проблемы, вероятно, стимулируют инвестиции в припортовые объекты для морских ветропарков.

2. Углеродные волокна в авиакосмической отрасли

Авиакосмические проекты были основным драйвером отрасли CF и УПК (углеродно-пластиковых композитов) на протяжении всей истории.

2.1 Тренды спроса и предложения в авиакосмике

Самый очевидный продукт — авиация, обеспечила $152 млрд через производство и продажу ~4390 самолетов и вертолетов.

Это производство (включая МРО — обслуживание, ремонт, ревизию) потребовало ~544 000 тонн сырья.

Прогноз спроса авиакосмики на CF в 2020 году — 23 170 тонн. Двузначные темпы роста по трем основным источникам указывают на значительный будущий спрос. Последний прогноз — 22 100 тонн к 2020 году.

2.2 Цена и ценность CF в авиакосмике

Строгие требования к характеристикам CF в авиакосмике создают барьер сертификации и жесткие допуски производства по сравнению с другими применениями CF.

Это ведет к более высоким ценам на УПК-детали для авиакосмики. В результате доля рынка по денежной стоимости выглядит иначе, чем по тоннажу.

То есть, хотя тоннажный спрос авиакосмики намного меньше ветроэнергетики, волокна для авиакосмики гораздо более ценны.

3. Углеродные волокна в автомобильной промышленности

Автопром интересуется УПК уже несколько десятилетий: материал дает больший потенциал снижения веса и высокую жесткость по сравнению со сталью и алюминием.

3.1 Цена и ценность CF в автопроме

Сегодня в производстве ~1500 уникальных моделей авто, чуть более 100 используют УПК как стандартное оборудование.

Однако внедрение УПК в автопроме очень ограничено несмотря на превосходные свойства. Высокая стоимость CF и долгий цикл производства УПК удерживали применение в ультрадорогих, малосерийных моделях (например, Lamborghini Murcielago).

Поэтому автопром ищет самые дешевые типы CF, удовлетворяющие требованиям УПК. Наименее дорогие коммерчески доступные волокна, соответствующие этим требованиям — крупнонитьевое (более 24 000 филаментов в нити) текстильное углеродное волокно.

3.2 Цена и ценность CF в автопроме (продолжение)

Как сказано, автопром очень чувствителен к цене CF, делая крупнонитьевое, текстильное CF самым стоимоэффективным выбором.

При сегодняшних ценах CF массовое внедрение в автопроме не ожидается. Однако существенное снижение цены могло бы стимулировать огромный спрос.

Это всё о ценовых трендах CF в ветроэнергетике, авиакосмике и автопроме. Надеемся, полезно! Оставляйте комментарии при вопросах.

Примечание: Мы не владеем правами на изображения. Если они принадлежат вам, свяжитесь с нами — мы удалим их максимально быстро.