مروری بر کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت خودروسازی

فناوری‌نانو، توانمندی‌‌ تولید‌ مواد، ‌ابزار‌ها و سیستم‌های جدید با در دست‌ گرفتن کنترل‌ در سطح ‌مولکولی‌ و اتمی‌ ‌و استفاده‌ از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می‌شود.
گستردگی علوم و فناوری‌نانو‌‌ موجب‌‌ تعریف کاربرد‌های‌ بسیار زیادی‌ در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی‌ شده است.
کاربرد‌های‌ فناوری‌نانو‌ ‌در همه جا‌‌ همراه با هزینه کمتر، دوام‌ و عمر‌ ‌بیشتر، ‌مصرف انرژی‌ پایین‌تر، ‌‌هزینه نگهداری‌‌ کمتر و خواص بهتر است.
از هم اکنون‌ بازار بزرگی‌ برای به‌کار‌گیری مواد جدید‌ در محصولات‌ فعلی در حال شکل‌گیری‌‌ است، موادی که می‌توانند خواص جدید و فوق العاده‌ای‌‌ به محصولات‌ موجود بخشیده و موجب کاهش قیمت تمام شده آنها شوند. به عنوان نمونه نانولوله‌های کربنی با وزن بسیار کمتر و استحکام‌‌ بسیار ‌بیشتر نسبت به موادی چون فولاد، ‌بخش زیادی‌ از صنایع‌ را در آینده‌ تحت تأثیر‌ قرار خواهد داد.
صنعت خودروسازی یکی از بزرگترین صنایع جهان است و در کشور ما نیز از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد. توجه به به‌کارگیری فناوریهای جدیدی چون فناوری‌نانو، در چنین صنعتی ضروری است.
یکی از اصلی‌ترین موضوعات فناوری‌نانو، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد‌ ارزش افزوده ‌‌بسیار بالا‌ و کارایی‌ بالاتری در تمام صنایع‌ خواهند داشت‌ که ‌صنعت‌ خودرو‌ نیز از آن مستثنی نمی‌باشد.
‌ ساخت بدنه‌های‌ سبکتر‌ و مقاومتر‌ برای خودرو، ساخت‌ لاستیک‌هایی با مقاومت‌‌‌ سایشی‌‌ بهتر، ساخت‌ ‌قطعات موتور با عمر چند برابر، ‌کاهش مصرف‌ سوخت خودرو، ساخت باتر‌ی‌هایی با انرژی‌‌ ‌بالا‌ ‌و دوام بیشتر، نانوساختارهایی مبتنی بر کربن به عنوان سوپر اسفنج هیدروژنی در خودروهای پیل‌سوختی، ساخت‌ حسگر‌ها‌ی چند منظوره برای کنترل ‌فرایند‌های‌ مختلف‌‌ در خودرو‌‌، ساخت‌ کاتالیز‌ور‌های‌ ‌‌اگزوز ‌‌خودرو جهت‌ کاهش آلودگی ‌‌هوا، ساخت لایه‌های خیلی‌‌ محکم ‌‌با خصوصیات‌ ‌ویژه‌ای مثل ‌الکتروکرومیک‌ (رنگ‌پذیری‌ الکتریکی) یا خود‌پاک‌کنندگی‌‌‌ برای استفاده‌ در شیشه‌ها و آینه‌های خودرو و سازگار‌ کردن‌‌ خودرو با محیط‌‌‌زیست‌ و بسیاری‌ موارد دیگر‌ از جمله کاربرد‌هایی هستند‌ که فناوری‌نانو ‌‌در صنعت‌ ‌خودرو خواهد داشت. همچنین جایگزینی‌‌ کربن سیاه (Carbon Black) تایر‌ها با ذرات‌‌رس و پلیمر‌های‌ نانومتری، فناوری‌‌‌ جدید‌ی است‌ که تایر‌های سازگار‌‌ با محیط زیست‌‌ ‌و مقاوم‌ در برابر ساییدگی را به ارمغان می‌آورد.یکی از اثرات مثبت فناوری‌نانو، بالا بردن راندمان موتورهای احتراق داخلی فعلی است. این موتورها حدود پانزده‌ درصد انرژی ذخیره شده در بنزین را به نیروی محرکه تبدیل می‌كنند، از طرف دیگر وزن متوسط ماشینهای امروزی حدود هزارو پانصد کیلوگرم می‌باشد ولی با استفاده از فناوری‌نانو، پیش‌‌بینی می‌شود که بتوان بازده را تا پنج برابر افزایش داد و نیز وزن وسایل نقلیه را به میزان ۱۰ برابر کاهش داد؛ پس می‌توان امید‌وار بود که وسایل نقلیه با استفاده از این فناوری تا %۵۰ بهبود کارایی داشته باشند.
‌کل در آمد‌‌ ‌صنایع خودرو‌سازی‌ از یک تریلیون‌ دلار فراتر می‌رود (مثلاً ‌فروش شرکت جنرال‌موتورز که‌ حدود ۱/۱۵% ‌از بازار ۲۰۰۱‌ را در دست داشت، در این سال ‌۳/۱۷۷ ‌میلیارد‌‌ دلار در این سال ‌بود) .
‌ الگو‌های خرید وسایل‌‌ نقلیه‌‌ جدید، تابع‌ اقتصاد جهانی است. در شرایط‌ رکود فعلی، عواملی‌ اقتصادی‌ مثل مصرف اندک سوخت و سوخت‌های جایگزین‌‌ اهمیت فزاینده‌ای‌ دارد. با افزایش‌ میزان تولید جهانی و کاهش سود تولید كنندگان و افزایش قدرت تصمیم‌گیری خریداران، تولیدکنندگان‌ خودرو‌‌ و صنعت حمل و نقل‌ بیش از همیشه‌‌ خواهان‌ ‌اصلاحاتی‌ ‌‌در محصول‌‌ و فرایند‌‌ تولید می‌باشند.
‌ خصوصیات‌‌ ویژه‌‌ صنعت‌ خودروسازی، آن را به بازاری‌‌ مستعد ‌برای ورود‌ فناوری‌نانو‌ تبدیل کرده است. این بازار‌ ‌بسیار بزرگ‌ است و با پیشرفت زمان‌، توسعه سریعی‌‌ برای ایجاد ‌محصولات‌‌ جدید دارد‌ (حداقل‌ در مقایسه با دیگر‌ محصولات‌‌ پیچیده‌ی دیگر‌) .
‌صنعت خودرو از طرفی‌ در معرض‌ فشار‌های‌ ناشی از قیمت ‌سوخت و مسائل ایمنی‌ و از طرف دیگر به شدت‌ تحت تأثیر سلایق و تنوع درخواست‌های‌ مشتریان‌ برای مدل‌های جدید خودرو است. بنابراین ‌تمایل به ورود فناوری‌‌های نوین در این صنعت ‌وجود دارد. خودرو مثل البسه‌ برای بسیاری از افراد فقط یک کالا‌ی ضروری‌ نیست بلکه ‌‌وسیله‌ای‌ برای ابراز‌ شأن‌ و منزلت‌ و سبک‌ زندگی ‌‌نیز به شمار می‌رود. به دلیل موارد مذکور‌‌ صنعت خودرو یکی از‌ اولین نقاط‌ ورود فناوری‌هایی است که بیش از عملکرد‌‌، نوگرایی ‌‌درآنها مطرح است. پوشش‌های پنجره‌ الکترو‌‌کرومیک، كه می‌توانند‌ به صورت دلخواه‌‌ ‌یا خودکار ‌‌شیشه‌ها را تیره‌ سازند، یک کاربرد بالقوه ‌‌فناوری‌نانو است که احتمالاً‌‌ پیش از نفوذ به دیگر بازار‌ها همچون ‌صنعت ساختمان در ساخت خودرو‌‌های پیشرفته‌ جایگاهی‌‌ خواهند یافت.
● کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت خودروسازی
▪ عوامل اصلی رقابت در صنعت خودروسازی
همانند سایر بخشها، رقابت در صنعت خودروسازی از یک سو در زمینه تلاش برای کاهش هزینه‌ها، و از دیگر سو، افزایش کارآیی و غلبه بر مشکلات زیست‌محیطی است.
ـ قیمت
ـ ایمنی و امنیت
ـ کارآیی سوخت
ـ ارتباطات/اطلاعات
ـ عملکرد بهتر
ـ کاهش آلودگی هوا
ـ زیبایی
ـ راحتی
در تمامی این زمینه‌ها، شركت‌های خودروسازی یا در حال استفاده از فناوری نانو برای کسب قدرت رقابت بالاتر هستند، و یا این فناوری، در آینده توسط این شرکتها به کار گرفته خواهد شد. بسیاری از کاربردهای پیشنهادی فناوری‌نانو، مشخصات نسل بعدی خودروها را تعیین خواهند نمود. استفاده از فناوری‌نانو به عنوان قدرتمند‌ترین فناوری توانمندساز موجب به دست گرفتن نقش رهبری در زمینه‌ی این فناوری خواهد شد.
فناوری میکرو و نانو در حال تغییر دادن صنعت خودرو می‌باشند. تولیدکنندگان خودرو نیز مشتاق استفاده از نوآوری‌ برای بهبود عملکرد، راحتی، و ایمنی خودرو می‌باشند. عامل تصمیم‌گیرنده برای پذیرش این فناوری‌ها مقرون به صرفه بودن آنهاست.
▪ بنابراین در چند سال بعدی پیشرفتهای اصلی فناوری‌نانو در زمینه‌های زیر خواهد بود:
ـ عملکرد بهتر:
مربوط به کارآیی موتورهای بهبود یافته و استفاده از مواد سبک و مستحکم می‌باشد که همگی آنها تحت تأثیر فناوری‌نانو قرار خواهند گرفت.
ـ به‌کارگیری لایه‌های نازک بر روی بلبرینگ‌ها و قطعات تحت اصطکاک به جای استفاده از روان‌كننده‌ها
ـ فیلترهای الکتروستاتیک جدید
ـ کاتالیزورهای جدیدی که از مواد بسیار متخلخل و سطوح انتخابگر شیمیایی بهره می‌برند.
ـ نانوذرات در افزودنی‌های رنگها به کار رفته و اثرات رنگی جدید، سختی بیشتر، و دوام بالاتر را موجب می‌شوند.
کاربردهای میان‌مدت شامل قطعات موتور ساخته شده از سرامیک‌های جدید، پلاستیک‌های با استحکام بالا، و عایق‌های لرزشی بهتر مبتنی بر نانوسیالات مغناطیسی می‌باشد.
کاربردهای بلند مدت شامل سیستم یاری‌رسان رانندگی مبتنی بر واقعیت تکمیل شده، خودروهایی که با انرژی تجدیدپذیر کار می‌کنند و تولید شخصی می‌باشد.
▪ کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت خودروسازی
ـ مواد نانوساختار
ـ موادسبک
ـ افزایش استحکام و سختی
ـ افزایش طول عمر
ـ مواد ضد آتش و محافظت کننده دمایی
ـ مواد مهندسی شده
ـ حسگری و پایش
ـ مواد هوشمند
ـ افزایش شفافیت
ـ پنجره‌هایی با قابلیت کنترل میزان نور و گرمای خورشید
ـ پنجره‌های تمیز
ـ محافظت در برابر آلودگی
ـ پلاستیک ضدنشت
ـ مواد فوق‌العاده چسبناک
ـ رنگ‌های دارای کارکرد خاص
ـ خودتمیز شوندگی
ـ ضد خوردگی
▪ انرژی
ـ پیل سوختی
ـ الکترولیت نانوساختار
ـ پیل خورشیدی
ـ نانوفراورش
ـ پیل‌های خورشیدی مجهز به چاه کوانتومی
ـ تجهیزات غیر بلوری حساس شده به کمک رنگ
ـ پیل‌های خورشیدی آلی
ـ ترکیب مولکول‌های آلی و غیر آلی
ـ ذخیره سازی انرژی با راندمان بالا
ـ راندمان انرژی
ـ مصرف هوشمند انرژی
▪ انتقال نیرو
ـ بهبود کارایی
ـ صرفه‌جویی در هزینه
ـ موتور هوشمند
ـ مایعات خنک‌کننده
▪ حسگری و نمایش
ـ نمایش وضعیت فیزیکی مواد
ـ حسگری حرکتی
ـ ژیروسکوپ NEMS و MEMS
ـ حسگرهای شیمیایی/زیستی
ـ تعیین وضعیت تایرها
ـ حسگرهای کیسه هوا
▪ روشنایی
ـ سیستم روشنایی کم‌مصرف یکپارچه
ـ منابع روشنایی جدید
▪ پردازش داده و ارتباطات
ـ ابزارهای الکترونیکی مولکولی
ـ تراشه‌های قدرتمند و ذخیره داده‌ها
ـ بهبود سیگنال‌ها
ـ ارتباطات سریع
ـ تفریحات
ـ رانندگی توسط هوش مصنوعی
▪ بینایی
ـ نمایشگرهای مسطح با تفکیک‌پذیری بالا
ـ یاری‌رسان‌های رانندگی (واقعیت بهبود یافته)
ـ هولوگرافی همزمان
ـ سیستم ناوبری
▪ ایمنی
ـ سیستم ایمنی پیشرفته
ـ تشخیص الگوی رانندگی
ـ حفاظت بیومتریک
ـ کاربردهای زیست‌پزشکی
ـ بهداشت
ـ رفع خستگی
ـ آسایش
▪ طراحی اتومبیل شخصی
ـ مدلسازی سریع
ـ تولید مواد به روش خودآرایی
ـ تولید قطعات الکترونیکی توسط خودآرایی
ـ رشد مواد
ـ نانوکارخانه با اندازه شخصی
ـ رنگ‌آمیزی
▪ محیط زیست
ـ بازیابی
ـ تولید زیست‌سازگار
ـ پاکسازی آلودگی‌های خارج شده از اگزوز
ـ کاهش سروصدا
● شرکت‌های بزرگ سازنده خودرو و وسایل نقلیه باری فعال شده در زمینه فناوری‌نانو و فناوری‌های همگرا
▪ Audi
▪ BMW
▪ Daihatsu
▪ DaimlerChrysler
▪ Fiat
▪ Ford
▪ General Motors
▪ Honda
▪ Hyundai
▪ Isuzu
▪ Kia Motors
▪ Mazda
▪ Mitsubishi
▪ Nissan Motors
▪ PSA Peugeot Citroen
▪ Rolls-Royce
▪ Toyota
▪ Volkswagen
● مروری بر محصولات نانو در حوزه خودرو
▪ باتری‌های دارای ساختار نانو
▪ کاتالیزور سوختی نانوذره‌ای
▪ کاتالیزور پیل سوختی
▪ غشای نانوحفره‌ای
▪ مبدل کاتالیستی الکترونی
▪ نانوالیاف برای فیلتر کردن هوا
▪ سیستم خالص‌سازی هوای نانو
▪ نانولوله‌های کربنی برای مواد مورد استفاده در خودرو
▪ آئروژل نانوساختار
▪ درزگیر آلیاژی
▪ روکش‌های نانو برای تایرها
▪ تولید مخازن پلاستیکی با کارآیی بالا با استفاده از فناوری‌نانو
▪ نانوسیالات
▪ فناوری خنک‌کننده برای اتومبیل
▪ نانواندازه‌گیری
▪ فرآیند جریان آرام نازک دینامیک
▪ حسگرهای تصویری سه‌بعدی
● نتیجه‌گیری
همان‌طورکه ملاحظه گردید فناوری‌نانو تأثیرات زیادی در بخشهای مختلف خودرو، از جمله رنگ، شیشه، بدنه، لاستیک، پیل سوختی، و بسیاری از موارد دیگر خواهد داشت.
کشور ما با داشتن منابع غنی معدنی و مخازن عظیم نفتی باید انگیزه بیشتری برای دستیابی به این فناوری داشته باشد. تأثیرات فناوری‌نانو بر ارتقاء کیفیت مواد به‌کار رفته در قسمتهای مختلف خودرو و خصوصیات ویژه‌ای که آن مواد پیدا می‌کنند مهمترین مقوله‌ای است که باید به آن توجه کرد. همچنین تأثیر بسزایی که استفاده از این فناوری در محیط زیست می‌گذارد قابل توجه است. مواد اولیه مورد نیاز برای هرصنعت، نقش مهمی در کیفیت، قیمت و قابلیتهای محصول تولیدشده آن صنعت دارد. اگر بتوان از موادی با کیفیت بهتر، قیمت کمتر و کارآیی بیشتر در ساخت قطعات خودرو استفاده کرد، خودروهای آینده علاوه بر آلودگی کمتر، از قیمت مناسب و قابلیتهای بیشتر برخوردار خواهند بود.
با توجه به هوشیاری روزافزون جهانی در بخش فناوری‌نانو و اقدامات صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی در جهان، ما نیز باید در صدد باشیم که سهمی هر چند اندك از این بازار را در دست بگیریم. با مطالعه کارهای تجاری شرکت‌های خودروسازی درمی‌یابیم که شرکت‌های بزرگ در این زمینه کارهای تجاری کوچکی را انجام داده‌اند. گرچه در زمینه‌ی تحقیقات فعالیت فراوانی کرده‌اند اما در تولید تجاری مثلاً با استفاده از فناوری‌نانو دست به تولید رکاب برای یک خودرو زده‌اند (شرکت جنرال موتورز) یا یک قاب آینه (شرکت فورد) که شاید از اهمیت خاصی برخوردار نیست اما در حقیقت تلاش تجاری آنها به منظور در دست گرفتن بازار بوده است تا کارهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی‌شان را با ارزیابی‌های تجاری در آینده به صورت تولید انبوه درآورند.
نکته دیگری که باید به آن توجه کرد توسعه دیگر صنایع پایین دستی و بالا دستی است. تقاضای شرکتهای خودروسازی مثلا در زمینه نانوکامپوزیتها می‌تواند سازندگان این مواد را به تحریک وا دارد و باعث پیشرفت صنایع پتروشیمی برای تولید نانوکامپوزیت گردد، که «تا نیاز وجود نداشته باشد چیزی به وجود نمی‌آید». باید درخواست از طرف یک مصرف کننده باشد تا تولیدکننده بتواند خطر کند و پا به عرصه بازار بگذارد.
شرکتهای خودروسازی ما باید توجه داشته باشند که با تحقیق و توسعه، تولید محصولات بهبود یافته با کمک فناوری‌نانو درخواستهای منطقی تولیدکنندگان داخلی و خارجی را پاسخ دهند و سهمی از بازار را بدست گیرند.
درمجموع سیاستگذاران و بخشهای تصمیم‌گیری صنعت خودرو باید از گستره فرصتهای ارائه شده توسط این فناوری آگاه شوند تا بتوانند سیاستی مطلوب اتخاذ نمایند. با برگزاری سمینارها و کارگاههای آموزشی و ارتباط با دانشگاهها می‌توان این امر را سرعت بخشید و سپس تولید، هر چند اندك می‌تواند برایمان کارگشا باشد (حتی اگر امكان تولید داخلی نبود می‌توان با كسب اطلاعات كافی درباره‌ی تأثیرات صنعت خودروسازی از فناوری‌نانو، با چشمان باز، واردات و انتقال فناوری را هدایت کرد) .

منبع : ستاد ویژه توسعه فناوری نانو