مروري بر كاربردهاي فناوري‌نانو در صنعت خودروسازي

چکيده
صنعت خودروسازي يکي از بزرگترين صنايع جهان است و در کشور ما نيز از اهميت خاصي برخوردار مي‌باشد و توجه به بکارگيري فناوري‌هاي جديدي چون فناوري‌نانو، در چنين صنعتي ضروري است. فناوري‌نانو به عنوان انقلاب صنعتي قرن آينده اثرات فراواني در صنايع گوناگون خواهد داشت. يکي از چشم‌اندازهاي اميد‌وار‌کننده اين فناوري پيشرفته، تحول در صنعت خودرو‌سازي است.
يکي از اصلي‌ترين موضوعات فناوري‌نانو، ساخت مواد با خواص جديد است. اين مواد‌ ارزش افزوده و کارايي‌ بسيار بالاتري در تمام صنايع‌ خواهند داشت‌ که ‌صنعت‌ خودرو‌ نيز از آن مستثني نمي‌باشد.
در اين مقاله به منظور درک اهميت اين فناوري براي مديران و کارشناسان صنعت خودرو، نگاهي گذرا به کاربردها، شرکت¬¬هاي فعال در اين حوزه و محصولات تجاري شده آن خواهيم داشت.
کلمات کليدي: فناوري‌نانو، خودرو، کاربردها

مقدمه
فناوري‌نانو، توانمندي‌‌ توليد‌ مواد، ‌ابزار‌ها و سيستم‌هاي جديد با در دست‌ گرفتن کنترل‌ در سطح ‌مولکولي‌ و اتمي‌ ‌و استفاده‌ از خواصي است که در آن سطوح ظاهر مي‌شود.
گستردگي علوم و فناوري‌نانو‌‌ موجب‌‌ تعريف کاربرد‌هاي‌ بسيار زيادي‌ در عرصه‌هاي مختلف علمي و صنعتي‌ شده است.
کاربرد‌هاي‌ فناوري‌نانو‌ ‌در همه جا‌‌ همراه با هزينه کمتر، دوام‌ و عمر‌ ‌بيشتر، ‌مصرف انرژي‌ پايين‌تر، ‌‌هزينه نگهداري‌‌ کمتر و خواص بهتر است.
از هم اکنون‌ بازار بزرگي‌ براي به‌کار‌گيري مواد جديد‌ در محصولات‌ فعلي در حال شکل‌گيري‌‌ است، موادي که مي‌توانند خواص جديد و فوق العاده‌اي‌‌ به محصولات‌ موجود بخشيده و موجب کاهش قيمت تمام شده آنها شوند. به عنوان نمونه نانولوله‌هاي کربني با وزن بسيار کمتر و استحکام‌‌ بسيار ‌بيشتر نسبت به موادي چون فولاد، ‌بخش زيادي‌ از صنايع‌ را در آينده‌ تحت تأثير‌ قرار خواهد داد.
صنعت خودروسازي يکي از بزرگترين صنايع جهان است و در کشور ما نيز از اهميت خاصي برخوردار مي‌باشد. توجه به به‌کارگيري فناوريهاي جديدي چون فناوري‌نانو، در چنين صنعتي ضروري است.
يکي از اصلي‌ترين موضوعات فناوري‌نانو، ساخت مواد با خواص جديد است. اين مواد‌ ارزش افزوده ‌‌بسيار بالا‌ و کارايي‌ بالاتري در تمام صنايع‌ خواهند داشت‌ که ‌صنعت‌ خودرو‌ نيز از آن مستثني نمي‌باشد.
‌ ساخت بدنه‌هاي‌ سبکتر‌ و مقاومتر‌ براي خودرو، ساخت‌ لاستيک‌هايي با مقاومت‌‌‌ سايشي‌‌ بهتر، ساخت‌ ‌قطعات موتور با عمر چند برابر، ‌کاهش مصرف‌ سوخت خودرو، ساخت باتر‌ي‌هايي با انرژي‌‌ ‌بالا‌ ‌و دوام بيشتر، نانوساختارهايي مبتني بر کربن به عنوان سوپر اسفنج هيدروژني در خودروهاي پيل‌سوختي، ساخت‌ حسگر‌ها‌ي چند منظوره براي کنترل ‌فرايند‌هاي‌ مختلف‌‌ در خودرو‌‌، ساخت‌ کاتاليز‌ور‌هاي‌ ‌‌اگزوز ‌‌خودرو جهت‌ کاهش آلودگي ‌‌هوا، ساخت لايه‌هاي خيلي‌‌ محکم ‌‌با خصوصيات‌ ‌ويژه‌اي مثل ‌الکتروکروميک‌ (رنگ‌پذيري‌ الکتريکي) يا خود‌پاک‌کنندگي‌‌‌ براي استفاده‌ در شيشه‌ها و آينه‌هاي خودرو و سازگار‌ کردن‌‌ خودرو با محيط‌‌‌زيست‌ و بسياري‌ موارد ديگر‌ از جمله کاربرد‌هايي هستند‌ که فناوري‌نانو ‌‌در صنعت‌ ‌خودرو خواهد داشت. همچنين جايگزيني‌‌ کربن سياه (Carbon Black) تاير‌ها با ذرات‌‌رس و پليمر‌هاي‌ نانومتري، فناوري‌‌‌ جديد‌ي است‌ که تاير‌هاي سازگار‌‌ با محيط زيست‌‌ ‌و مقاوم‌ در برابر ساييدگي را به ارمغان مي‌آورد.
يکي از اثرات مثبت فناوري‌نانو، بالا بردن راندمان موتورهاي احتراق داخلي فعلي است. اين موتورها حدود پانزده‌ درصد انرژي ذخيره شده در بنزين را به نيروي محرکه تبديل مي‌كنند، از طرف ديگر وزن متوسط ماشينهاي امروزي حدود هزارو پانصد کيلوگرم مي‌باشد ولي با استفاده از فناوري‌نانو، پيش‌‌بيني مي‌شود که بتوان بازده را تا پنج برابر افزايش داد و نيز وزن وسايل نقليه را به ميزان 10 برابر کاهش داد؛ پس مي‌توان اميد‌وار بود که وسايل نقليه با استفاده از اين فناوري تا %50 بهبود کارايي داشته باشند.
‌کل در آمد‌‌ ‌صنايع خودرو‌سازي‌ از يک تريليون‌ دلار فراتر مي‌رود (مثلاً ‌فروش شرکت جنرال‌موتورز که‌ حدود 1/15% ‌از بازار 2001‌ را در دست داشت، در اين سال ‌3/177 ‌ميليارد‌‌ دلار در اين سال ‌بود) .
‌ الگو‌هاي خريد وسايل‌‌ نقليه‌‌ جديد، تابع‌ اقتصاد جهاني است. در شرايط‌ رکود فعلي، عواملي‌ اقتصادي‌ مثل مصرف اندک سوخت و سوخت‌هاي جايگزين‌‌ اهميت فزاينده‌اي‌ دارد. با افزايش‌ ميزان توليد جهاني و کاهش سود توليد كنندگان و افزايش قدرت تصميم‌گيري خريداران، توليدکنندگان‌ خودرو‌‌ و صنعت حمل و نقل‌ بيش از هميشه‌‌ خواهان‌ ‌اصلاحاتي‌ ‌‌در محصول‌‌ و فرايند‌‌ توليد مي‌باشند.
‌ خصوصيات‌‌ ويژه‌‌ صنعت‌ خودروسازي، آن را به بازاري‌‌ مستعد ‌براي ورود‌ فناوري‌نانو‌ تبديل کرده است. اين بازار‌ ‌بسيار بزرگ‌ است و با پيشرفت زمان‌، توسعه سريعي‌‌ براي ايجاد ‌محصولات‌‌ جديد دارد‌ (حداقل‌ در مقايسه با ديگر‌ محصولات‌‌ پيچيده‌ي ديگر‌) .
‌صنعت خودرو از طرفي‌ در معرض‌ فشار‌هاي‌ ناشي از قيمت ‌سوخت و مسائل ايمني‌ و از طرف ديگر به شدت‌ تحت تأثير سلايق و تنوع درخواست‌هاي‌ مشتريان‌ براي مدل‌هاي جديد خودرو است. بنابراين ‌تمايل به ورود فناوري‌‌هاي نوين در اين صنعت ‌وجود دارد. خودرو مثل البسه‌ براي بسياري از افراد فقط يک کالا‌ي ضروري‌ نيست بلکه ‌‌وسيله‌اي‌ براي ابراز‌ شأن‌ و منزلت‌ و سبک‌ زندگي ‌‌نيز به شمار مي‌رود. به دليل موارد مذکور‌‌ صنعت خودرو يکي از‌ اولين نقاط‌ ورود فناوري‌هايي است که بيش از عملکرد‌‌، نوگرايي ‌‌درآنها مطرح است. پوشش‌هاي پنجره‌ الکترو‌‌کروميک، كه مي‌توانند‌ به صورت دلخواه‌‌ ‌يا خودکار ‌‌شيشه‌ها را تيره‌ سازند، يک کاربرد بالقوه ‌‌فناوري‌نانو است که احتمالاً‌‌ پيش از نفوذ به ديگر بازار‌ها همچون ‌صنعت ساختمان در ساخت خودرو‌‌هاي پيشرفته‌ جايگاهي‌‌ خواهند يافت.
کاربردهاي فناوري‌نانو در صنعت خودروسازي

عوامل اصلي رقابت در صنعت خودروسازي
همانند ساير بخشها، رقابت در صنعت خودروسازي از يک سو در زمينه تلاش براي کاهش هزينه‌ها، و از ديگر سو، افزايش کارآيي و غلبه بر مشکلات زيست‌محيطي است.
 عوامل اصلي رقابت در صنعت خودروسازي عبارتند از:

قيمت
ايمني و امنيت
کارآيي سوخت
ارتباطات/اطلاعات
عملکرد بهتر
کاهش آلودگي هوا
زيبايي
راحتي
در تمامي اين زمينه‌ها، شركت‌هاي خودروسازي يا در حال استفاده از فناوري نانو براي کسب قدرت رقابت بالاتر هستند، و يا اين فناوري، در آينده توسط اين شرکتها به کار گرفته خواهد شد. بسياري از کاربردهاي پيشنهادي فناوري‌نانو، مشخصات نسل بعدي خودروها را تعيين خواهند نمود. استفاده از فناوري‌نانو به عنوان قدرتمند‌ترين فناوري توانمندساز موجب به دست گرفتن نقش رهبري در زمينه‌ي اين فناوري خواهد شد.
فناوري ميکرو و نانو در حال تغيير دادن صنعت خودرو مي‌باشند. توليدکنندگان خودرو نيز مشتاق استفاده از نوآوري‌ براي بهبود عملکرد، راحتي، و ايمني خودرو مي‌باشند. عامل تصميم‌گيرنده براي پذيرش اين فناوري‌ها مقرون به صرفه بودن آنهاست.
بنابراين در چند سال بعدي پيشرفتهاي اصلي فناوري‌نانو در زمينه‌هاي زير خواهد بود:
• عملکرد بهتر: مربوط به کارآيي موتورهاي بهبود يافته و استفاده از مواد سبک و مستحکم مي‌باشد که همگي آنها تحت تأثير فناوري‌نانو قرار خواهند گرفت.
• به‌کارگيري لايه‌هاي نازک بر روي بلبرينگ‌ها و قطعات تحت اصطکاک به جاي استفاده از روان‌كننده‌ها
• فيلترهاي الکتروستاتيک جديد
• کاتاليزورهاي جديدي که از مواد بسيار متخلخل و سطوح انتخابگر شيميايي بهره مي‌برند.
• نانوذرات در افزودني‌هاي رنگها به کار رفته و اثرات رنگي جديد، سختي بيشتر، و دوام بالاتر را موجب مي‌شوند.
کاربردهاي ميان‌مدت شامل قطعات موتور ساخته شده از سراميک‌هاي جديد، پلاستيک‌هاي با استحکام بالا، و عايق‌هاي لرزشي بهتر مبتني بر نانوسيالات مغناطيسي مي‌باشد.
کاربردهاي بلند مدت شامل سيستم ياري‌رسان رانندگي مبتني بر واقعيت تکميل شده، خودروهايي که با انرژي تجديدپذير کار مي‌کنند و توليد شخصي مي‌باشد.


کاربردهاي فناوري‌نانو در صنعت خودروسازي
• مواد نانوساختار
• موادسبک
• افزايش استحکام و سختي
• افزايش طول عمر
• مواد ضد آتش و محافظت کننده دمايي
• مواد مهندسي شده
• حسگري و پايش
• مواد هوشمند
• افزايش شفافيت
• پنجره‌هايي با قابليت کنترل ميزان نور و گرماي خورشيد
• پنجره‌هاي تميز
• محافظت در برابر آلودگي
• پلاستيک ضدنشت
• مواد فوق‌العاده چسبناک
• رنگ‌هاي داراي کارکرد خاص
• خودتميز شوندگي
• ضد خوردگي

انرژي
• پيل سوختي
• الکتروليت نانوساختار
• پيل خورشيدي
• نانوفراورش
• پيل‌هاي خورشيدي مجهز به چاه کوانتومي
• تجهيزات غير بلوري حساس شده به کمک رنگ
• پيل‌هاي خورشيدي آلي
• ترکيب مولکول‌هاي آلي و غير آلي
• ذخيره سازي انرژي با راندمان بالا
• راندمان انرژي
• مصرف هوشمند انرژي

انتقال نيرو
• بهبود کارايي
• صرفه‌جويي در هزينه
• موتور هوشمند
• مايعات خنک‌کننده

حسگري و نمايش
• نمايش وضعيت فيزيکي مواد
• حسگري حرکتي
• ژيروسکوپ NEMS و MEMS
• حسگرهاي شيميايي/زيستي
• تعيين وضعيت تايرها
• حسگرهاي کيسه هوا
•
روشنايي
• سيستم روشنايي کم‌مصرف يکپارچه
• منابع روشنايي جديد

پردازش داده و ارتباطات
• ابزارهاي الکترونيکي مولکولي
• تراشه‌هاي قدرتمند و ذخيره داده‌ها
• بهبود سيگنال‌ها
• ارتباطات سريع
• تفريحات
• رانندگي توسط هوش مصنوعي

بينايي
• نمايشگرهاي مسطح با تفکيک‌پذيري بالا
• ياري‌رسان‌هاي رانندگي (واقعيت بهبود يافته)
• هولوگرافي همزمان
• سيستم ناوبري

ايمني
• سيستم ايمني پيشرفته
• تشخيص الگوي رانندگي
• حفاظت بيومتريک
• کاربردهاي زيست‌پزشکي
• بهداشت
• رفع خستگي
• آسايش

توليد
• طراحي اتومبيل شخصي
• مدلسازي سريع
• توليد مواد به روش خودآرايي
• توليد قطعات الکترونيکي توسط خودآرايي
• رشد مواد
• نانوکارخانه با اندازه شخصي
• رنگ‌آميزي

محيط زيست
• بازيابي
• توليد زيست‌سازگار
• پاکسازي آلودگي‌هاي خارج شده از اگزوز
• کاهش سروصدا
شرکت‌هاي بزرگ سازنده خودرو و وسايل نقليه باري فعال شده در زمينه فناوري‌نانو و فناوري‌هاي 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
مروري بر محصولات نانو در حوزه خودرو
• باتري‌هاي داراي ساختار نانو
• کاتاليزور سوختي نانوذره‌اي
• کاتاليزور پيل سوختي
• غشاي نانوحفره‌اي
• مبدل کاتاليستي الکتروني
• نانوالياف براي فيلتر کردن هوا
• سيستم خالص‌سازي هواي نانو
• نانولوله‌هاي کربني براي مواد مورد استفاده در خودرو
• آئروژل نانوساختار
• درزگير آلياژي
• روکش‌هاي نانو براي تايرها
• توليد مخازن پلاستيکي با کارآيي بالا با استفاده از فناوري‌نانو
• نانوسيالات
• فناوري خنک‌کننده براي اتومبيل
• نانواندازه‌گيري
• فرآيند جريان آرام نازک ديناميک
• حسگرهاي تصويري سه‌بعدي
نتيجه‌گيري
همان‌طورکه ملاحظه گرديد فناوري‌نانو تأثيرات زيادي در بخشهاي مختلف خودرو، از جمله رنگ، شيشه، بدنه، لاستيک، پيل سوختي، و بسياري از موارد ديگر خواهد داشت.
کشور ما با داشتن منابع غني معدني و مخازن عظيم نفتي بايد انگيزه بيشتري براي دستيابي به اين فناوري داشته باشد. تأثيرات فناوري‌نانو بر ارتقاء کيفيت مواد به‌کار رفته در قسمتهاي مختلف خودرو و خصوصيات ويژه‌اي که آن مواد پيدا مي‌کنند مهمترين مقوله‌اي است که بايد به آن توجه کرد. همچنين تأثير بسزايي که استفاده از اين فناوري در محيط زيست مي‌گذارد قابل توجه است. مواد اوليه مورد نياز براي هرصنعت، نقش مهمي در کيفيت، قيمت و قابليتهاي محصول توليدشده آن صنعت دارد. اگر بتوان از موادي با کيفيت بهتر، قيمت کمتر و کارآيي بيشتر در ساخت قطعات خودرو استفاده کرد، خودروهاي آينده علاوه بر آلودگي کمتر، از قيمت مناسب و قابليتهاي بيشتر برخوردار خواهند بود.
با توجه به هوشياري روزافزون جهاني در بخش فناوري‌نانو و اقدامات صنايع مختلف از جمله صنعت خودروسازي در جهان، ما نيز بايد در صدد باشيم که سهمي هر چند اندك از اين بازار را در دست بگيريم. با مطالعه کارهاي تجاري شرکت‌هاي خودروسازي درمي‌يابيم که شرکت‌هاي بزرگ در اين زمينه کارهاي تجاري کوچکي را انجام داده‌اند. گرچه در زمينه‌ي تحقيقات فعاليت فراواني کرده‌اند اما در توليد تجاري مثلاً با استفاده از فناوري‌نانو دست به توليد رکاب براي يک خودرو زده‌اند (شرکت جنرال موتورز) يا يک قاب آينه (شرکت فورد) که شايد از اهميت خاصي برخوردار نيست اما در حقيقت تلاش تجاري آنها به منظور در دست گرفتن بازار بوده است تا کارهاي تحقيقاتي و آزمايشگاهي‌شان را با ارزيابي‌هاي تجاري در آينده به صورت توليد انبوه درآورند.
نکته ديگري که بايد به آن توجه کرد توسعه ديگر صنايع پايين دستي و بالا دستي است. تقاضاي شرکتهاي خودروسازي مثلا در زمينه نانوکامپوزيتها مي‌تواند سازندگان اين مواد را به تحريک وا دارد و باعث پيشرفت صنايع پتروشيمي براي توليد نانوکامپوزيت گردد، که «تا نياز وجود نداشته باشد چيزي به وجود نمي‌آيد». بايد درخواست از طرف يک مصرف کننده باشد تا توليدکننده بتواند خطر کند و پا به عرصه بازار بگذارد.
شرکتهاي خودروسازي ما بايد توجه داشته باشند که با تحقيق و توسعه، توليد محصولات بهبود يافته با کمک فناوري‌نانو درخواستهاي منطقي توليدکنندگان داخلي و خارجي را پاسخ دهند و سهمي از بازار را بدست گيرند.
درمجموع سياستگذاران و بخشهاي تصميم‌گيري صنعت خودرو بايد از گستره فرصتهاي ارائه شده توسط اين فناوري آگاه شوند تا بتوانند سياستي مطلوب اتخاذ نمايند. با برگزاري سمينارها و کارگاههاي آموزشي و ارتباط با دانشگاهها مي‌توان اين امر را سرعت بخشيد و سپس توليد، هر چند اندك مي‌تواند برايمان کارگشا باشد (حتي اگر امكان توليد داخلي نبود مي‌توان با كسب اطلاعات كافي درباره‌ي تأثيرات صنعت خودروسازي از فناوري‌نانو، با چشمان باز، واردات و انتقال فناوري را هدايت کرد) .