复合材料两个新兴市场的前景分析

前所未有的疫情挑战使得各行各业的发展速度都有所停止,但是对于高品质产品的需求仍然炙手可热。随着复合材料广泛的应用在工业的领域,也不断的在一些新兴产业中迸发活力。其中先进空中交通(AAM)市场是前者,而储氢市场是后者。


先进空中交通(AAM)


先进空中交通原称城市空中交通(UAM)。该市场的飞机将完全由蓄电池供电,可容纳4-6人或运载同等货物,垂直起降,可达到20至150公里的航程。客运服务将主要是空中出租车,让乘客能够在市中心间往返,据称将于2023-2024年在一些城市开始服务。飞机重量至关重要,尤其是在需要达到最大航程的情况下。研究证明,只有复合材料主结构才能满足AAM飞机的强度、刚度和质量要求。


关于AAM的研制已有多例报道,最近一例是6月14日的一则消息。美国研制垂直起降飞机的公司Overair宣布获得了来自韩国韩华系统公司和韩华航空公司的1.45亿美元投资,用来延续研制AAM飞机,使其名为Butterfly(蝴蝶)的全电动实验飞机在2023年下半年上天飞行。该飞机使用复合材料,有六个座位,垂直起飞和着陆。

据估计,当AAM在2030年代初完全成熟时,每年可以生产多达10万架飞机——这对航空市场来说是前所未有的。

然而,实现AAM的目标存在着很大的障碍。部署空中出租车服务意味着要建立目前不存在的基础设施和市场空间。非复合材料的挑战包括FAA认证、空中交通管制、电池密度限制、电池充电速度、用于自主飞行的人工智能软件和垂直起落机场的建设等。复合材料自身的挑战主要有两点。首先,每年制造数万或数十万个复合材料气动结构将需要一定程度的工艺速度、控制和质量,这在当今是不存在的。第二个挑战是认证。第一代AAM飞机将使用已经合格的、热压罐固化的、手铺的预浸料制造,这对于每年1000-1500架的交货量来说是合适的。在那之后,对于第二代飞机,AAM公司将不得不转换到更新的材料和工艺,其中一些尚未经过资格认定。因此,第二代飞机很可能需要重新认证,这既耗时又昂贵。简而言之,只有财力最雄厚的AAM公司才能拥有达到成熟所需的资本。

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储氢容器


氢是一种清洁燃料。据预测,到2050年,氢可以满足全球能源需求的25%,创造一个价值约10万亿美元的经济体。


氢燃料可用于多个领域,包括航空航天、汽车、公共交通、卡车运输、铁路和海运等。在航空航天领域,氢很可能用于直接燃烧,但在所有其他市场,氢将用于燃料电池。氢燃料需要压力容器来储存。复合材料在储氢中的价值和性能优势已广受关注。碳纤维复合材料制成的压力容器具有卓越的重量和强度特性,成为了储氢不可或缺的器具。预计到2030年将需要数百万个储氢罐,这给复合材料储氢罐的供应带来了紧迫感。


据介绍,2020 “JEC世界”展会上,储氢压力容器是一大热点。许多纤维和树脂供应商、设备供应商和制造商热衷于分享他们为优化储氢压力容器所用产品所做的工作。美国碳纤维制造商赫氏公司(Hexcel)有关人士在谈及储氢这一新兴市场时,兴奋地说道:“氢是未来的能源,而对氢来说,碳纤维是关键。”他指出,目前的储氢压力容器每个约消耗50公斤碳纤维。最重要的是,这种压力容器需用航空航天级的碳纤维。Hexcel正在努力调整和优化压力容器用的纤维和树脂,以降低成本,提高性能。


储氢容器也面临着挑战:原料供应和成本。碳纤维是压力容器的首选纤维,但最适合应用的碳纤维类型和质量目前供应有限。可以公平地假设,在未来几年,碳纤维的供应量将增加,但建立一条新的碳纤维生产线是一个24个月的项目,成本高昂,而且耗时。关于成本,碳纤维相对昂贵并不是什么新闻,所以储氢罐的制造成本也很高。但也可以公平地假设,随着储氢市场的扩大和成熟,成本会下降。
综上所述,尽管AAM和储氢代表着前所未有的增长机遇,但它们也代表着前所未有的挑战。克服这些挑战将是业内为之努力的课题。应该很有趣。

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