'Nội soi' tàu điện ngầm bằng sợi carbon đầu tiên trên thế giới của Trung Quốc

Trung Quốc đã chế tạo tàu chở khách đầu tiên trên thế giới làm từ sợi carbon, một loại vật liệu giúp tàu nhẹ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với tàu thông thường.

Cụ thể, tuyến tàu điện ngầm được gọi là Cetrovo 1.0 (hay Carbon Star Rapid Transit) đã được ra mắt tại Thanh Đảo, tỉnh Sơn Đông ở phía đông Trung Quốc, giữa tuần qua.

Theo công ty phát triển Qingdao Sifang Rolling Stock Co (một công ty con của Tổng công ty xây dựng đường sắt Trung Quốc), tuyến đường sắt này đã hoàn tất quá trình thử nghiệm tại nhà máy và sẵn sàng đi vào hoạt động tại thành phố ven biển này vào cuối năm nay.

China Railway Construction Corporation là nhà sản xuất toa xe lớn nhất thế giới. Công ty đã giành được hợp đồng đầu tiên tại Mỹ vào năm 2014 để cung cấp tàu điện ngầm cho Boston. Trong khi đó, Qingdao Sifang, được thành lập vào năm 1900 trong thời kỳ Đức chiếm đóng, là một trong những nhà sản xuất toa xe lâu đời nhất tại Trung Quốc.

Theo công ty Qingdao Sifang, các cấu trúc chịu tải chính của tàu, bao gồm thân xe và khung giá chuyển hướng, được chế tạo bằng vật liệu composite sợi carbon. Điều đó làm cho thân và khung của tàu nhẹ hơn lần lượt 25% và 50% so với tàu thông thường.

Nhìn chung, Cetrovo nhẹ hơn 11% so với tàu hỏa thông thường và công ty cho biết mức tiêu thụ năng lượng sẽ giảm 7%. Điều đó có nghĩa là lượng khí thải carbon dioxide giảm khoảng 130 tấn mỗi năm - tương đương với việc trồng hơn 40ha cây xanh.

“Trong lĩnh vực vận tải đường sắt, một công nghệ quan trọng là giảm trọng lượng thân xe và mức tiêu thụ năng lượng của xe, đồng thời đảm bảo hiệu suất của xe hướng tới tương lai xanh hơn, ít carbon hơn”, công ty Qingdao Sifang đưa ra tuyên bố trên nền tảng WeChat của Trung Quốc.

Tàu Cetrovo được thiết kế với tốc độ tối đa là 140km/giờ - nhanh hơn nhiều so với tốc độ trung bình tàu điện ngầm hiện tại là 80km/giờ, theo thông tin được tờ Global Times đăng tải từ năm 2019, khi một đợt chạy thử nghiệm được hoàn thành tại Thanh Đảo.

Theo báo cáo, đoàn tàu hoàn toàn tự động và không cần người lái này có thể di chuyển quanh các đường ray cong hoặc dốc và có thể hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao và ở trên độ cao.

Công ty Qingdao Sifang cho biết trọng lượng giảm sẽ giúp bánh xe và xích ít bị mài mòn hơn, giúp chi phí bảo dưỡng rẻ hơn và hành trình cũng yên tĩnh hơn cho hành khách.

Ngoài ra, đoàn tàu có hệ thống cảnh báo sớm chống va chạm thông minh và hệ thống phát hiện chướng ngại vật, có thể tự động gửi cảnh báo và dừng tàu trong trường hợp khẩn cấp.

Sợi carbon, vật liệu tạo đột phá cho ngành giao thông?

Tàu điện ngầm truyền thống được làm bằng thép, hợp kim nhôm và các vật liệu kim loại khác, và việc giảm trọng lượng của chúng là một thách thức lớn. Tuy nhiên, vấn đề này có thể được giải quyết bằng sợi carbon.

Vật liệu nhẹ nhưng siêu bền này được làm từ những sợi nguyên tử carbon mỏng được đan chặt với nhau. Nó bền hơn thép gấp năm lần nhưng nhẹ hơn một phần tư, lý tưởng để sử dụng trên máy bay, thiết bị thể thao – và bây giờ là tàu hỏa.

Giá của sợi carbon đã liên tục giảm trong vài thập kỷ qua và nó đã chuyển từ một vật liệu xa xỉ chủ yếu được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ sang một vật liệu phổ biến hơn được sử dụng trong các sản phẩm như ô tô và xe đạp.

Vào những năm 1980, giá của nó khoảng 200 USD/pound (454 gram), và đến cuối những năm 2000, giá đã giảm xuống còn 30-50 USD/pound. Ngày nay, giá của sợi carbon cấp công nghiệp dao động từ 7-15 USD/pound.

Nhưng sợi carbon vẫn còn khá đắt so với các vật liệu truyền thống như thép hoặc nhôm, chủ yếu là do quy trình sản xuất phức tạp và chi phí nguyên liệu thô.