「種」出碳纖維 科研機構找到解決碳纖維製程汙染的方式

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碳纖維，這種又輕盈又堅固的材料在航太工業以及高端汽車領域的應用已經越來越廣泛。在經過編織過後，碳纖維的紋路也成為熱血的象徵，廣受車迷喜愛。然而，雖然大多數人都明白碳纖維的製作過程相當耗時，成本也非常高昂，但是卻不知道碳纖維的製程其實相當的不環保。

製作碳纖維的過程需要消耗大量能源，因此會產生大量碳足跡。目前商用碳纖維的基礎原料為「丙烯腈」，而目前這種原料需要由石油當中汲取，在取得丙烯腈的方式需要使用大量能源，在催化的過程當中更會產生劇毒的「氰化氫」。以現在較為普遍的碳纖維製造技術來說，平均每兩磅的丙烯腈只能製造出一磅的碳纖維原料，加上製程消耗的大量能源以及處理劇毒副產品的成本，就能夠解釋目前碳纖維成本居高不下的背後原因。

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所幸，美國National Renewable Energy Laboratory國家再生能源實驗室最近致力於改善這個問題，提出了新的碳纖維製造方式以及原料，讓碳纖維製造能夠漸漸的從石油轉換為生質原料，同時成本也可以降低。

上個月，NREL發表了一種新的催化方式，擁有98%的轉化率，相較於現在製程約80-83%的轉化率優異許多。這間實驗室評估，在使用來自樹木、花草甚至是紙漿做為原料之下，碳纖維的成本也會下降，每磅基礎原料大概不到1美元。

▼NREL的碳纖維生質原料研究團隊

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正因為基礎原料以植物取代石油，因此這群科學家開玩笑的表示他們的碳纖維是用「種」的，而不是「挖」的。在使用生質原料的情況下，碳纖維的價格波動也會較為穩定，而現在使用石油基礎原料的碳纖維成本則相當容易受到石油價格波動所影響。隨著環保意識抬頭加上追求更優異的車輛性能，汽車製造商將會在更多地方使用碳纖維這種輕量化材質，因此碳纖維的需求目前每年大約都會成長18%。

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話雖如此，NREL目前還沒有找到能夠完全取代石油的生質原料，雖然已經嘗試過木質素、嫘縈等纖維做為原料，但是強度還是不盡理想。接下來該機構會針對一種新的生質原料進行測試，假使其碳纖維成品可以達到和現在碳纖維相同的強度，這種製程以及原料可能會迅速地被廣泛應用在汽車工業當中，除了能夠降低碳纖維成本之外，也能省下大量的石油消耗。

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除了製程的環保問題之外，碳纖維還有回收上的困難。雖然碳纖維非常耐用，但是也非常不容易回收。主要的挑戰在於分離碳纖維和用來結合碳纖維的聚合物黏劑，最普遍的回收方式就是將碳纖維成品絞碎，然後分離聚合物黏劑。但是這種方法也會讓回收的碳纖維變得不再堅固，而目前的解決方式就是Lamborghini的鍛造碳纖維技術，但是其成本也不低。

▼除了紋路特殊之外，Lambo的鍛造碳纖維技術也是回收重製碳纖維的方式之一

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