A globális szénszálas m!anyag (CFK) piac 2013-ban *

Átírás

1 A globális szénszálas m!anyag (CFK) piac 2013-ban * Jahn, Bernhard ** projekt m$építész A szénszál piac megítélését a CARBON COMPOSITES E.V. (CCeV) és az INDUSTRIEVEREINIGUNG VERSTÄRKTE KUNSTSTOFFE E.V. (AVK) közös piaci jelentése alapozta meg, melyet az olvasók és a szervezetek tagjai pozitívan és elégedetten fogadtak. A jelentés szénszálas részében szerepl! információkat és számokat a CCeV tagok bocsátották rendelkezésre. Ez összességében 44"ezer"tonna/év szénszál kapacitást jelent, ami a világ évi szénszál termelésének kb. 40%-a. 1. A globális szénszál piac A évi piaci jelentéshez további információkat használtunk fel, ezzel az el!z! évi számokat pontosítottuk. Az adatok ezért térnek el a korábbiaktól. Visszatekintve, a 2012 el!tti években nagyobb volt az igény, mint 2012-ben ig valamivel kisebb kereslet várható, ami valójában nagyobb, 13% feletti növekedési arányt jelent (1. ábra). 1. ábra. Globális szénszál kereslet tonnában között (*becslés) A 2011-ben és 2012-ben bejelentett kapacitásnövelések, az általunk rendelkezésre álló számok szerint, nagy részben megvalósultak, illetve a cégek megkezdték piaci pozícióik meger!sítését (2. ábra): #a TORAY 2013-ban tonna saját szénszál kapacitást épített ki, #az orosz ARGON LTD. és az ALABUGA 1500 tonna/év kapacitást épít ki, mindkét cég kezd!nek számít ezen a területen, 2. ábra. Szénszál kapacitások gyártók szerint tonnában ben [1 3] #a TACKWANG INDUSTRIAL CO. Ltd. (Ulsan, Dél-Korea) 2012 márciusában kezdte a szénszálgyártást, és ezt 2013-ban 1500 tonna/év kapacitással üzemeltette, #a HYOSUNG kb tonna/év kapacitású gyárat indított a dél-koreai Jeonju városában, #a KEMROK INDUSTRIES AND EXPORTS LTD. kapacitása id!közben 650 tonna/év mértékben b!vült, #a ZOLTEK CORPORATION bejelentett beruházási terve szintén teljesült, a évi összkapacitás tonna/év, #a kínai gyártók id!közben tonna/év szénszál kapacitással rendelkeznek, ami 2020-ra kb tonnára fog n!ni. A f! szerepl!k: JIANGSU FIBERS MATERIALS CO. LTD. (3500 tonna), ZHONGFU SHENYING CARBON FIBERS Co. LTD. (3200 tonna), DALIAN XINGKE CARBON FIBERS CO. LTD (1670 tonna), WEIHAI TUOZHAN FIBERS CO. LTD. (2150 tonna), #az SLG csoport átvette a FISIPE portugál szálgyártó 86%-os részesedését. Ezzel a szénszál- és a szénszállal er!sített m$anyagok (CFK) gyártása pótlólagos nyers - anyagforrással egészül ki, #az MRC, a MITSUBISHI CHEMICAL HOLDING 100%- os leányvállalata befejezte a TK INDUSTRIES szervezését, mely egy Németországban letelepült szénszál multiaxiális szövet gyártó ban tonna elméleti szénszál összkapacitás adódik. Diverz alatt az orosz, a dél-koreai és az in- * A honlapon található évi kompozit piaci jelentést fordította és sajtó alá rendezte dr. Macskási Levente okleveles vegyészmérnök ** Carbon Composites e.v., Augsburg, Alter Postweg 101., Deutschland évfolyam 4. szám 147

2 3. ábra. PAN alapú szénszál kapacitások megoszlása régiók szerint 2013-ban [4] diai új kapacitásokat foglaljuk össze. Ezekhez Japánban, az USA-ban és Kínában kereken 4000 tonna/év Pitschalapú szénszál kapacitás járul. A legnagyobb szénszál kapacitások egyenként 23 24%-kal az USA-ban, Európában (Törökországot is beleértve) és Japánban találhatók. Ezek jelentik a világ kapacitásának 70%-át. Kína id!közben részesedését 11%-ra növeli. A maradék 19% Tajvan, Dél-Korea, Oroszország, India és Mexikó között oszlik meg (3. ábra). 2. A globális szénszál kompozit piac A gyártott szénszál mennyiség dönt! részét (>97%) a legkülönböz!bb fajtájú er!sít! anyagokká dolgozzák fel, ezért a szénszál kompozit piac a szénszál piaccal párhuzamosan fejl!dik. A tonnában megadott adatok, a mátrixrészesedés miatt, a szénszál er!sítés$ m$anyagoknál természetesen nagyobbak. A szénszál mennyiség 95%-át szénszállal er!sített m$anyaggá (CFK) dolgozzák fel. A további er!sít!anyagok szén, kerámia vagy fém alapúak. Ezeket az anyagokat speciális területen alkalmazzák, pl. repül!gépek vagy járm$vek fékberendezéseinél (4. ábra). 5. ábra. Szénszálas m!anyag gyártó eljárások/félkésztermékek megoszlása 2012-ben [1, 4] A szénszállal er!sített m$anyag nyersanyagok/gépelemek el!állításnál különböz! gyártási eljárásokat alkalmaznak, melyek különböz! szálas anyag félkésztermékekhez szükségesek (5. ábra). A évi helyzethez képest csak lényegtelen a változás. Ahogy korábban is, a szénszál er!sítés$ m$anyag elemek gyártásánál a prepregek dominálnak. Az összes gyártott szénszál 54%-át prepreggé dolgozzák fel, ebb!l 42% uniaxiális és 12% szövet. A karbon/szénszálak 5%-ából fonal készül, melyekb!l impregnálással (pl. RTM) CFK alkatrészeket gyártanak. A szálakat fonal/háló formájában alkalmazzák. A rendelkezésünkre álló adatok és információk lehet!- vé teszik, hogy az ez évi piaci jelentésben az alkalmazási területeket részletesen elemezzük, azaz itt a forgalmat ennek viszonylatában mutatjuk be. Továbbá, a legfontosabb alkalmazásoknál a regionális megoszlást is tárgyaljuk. Összességében szemlélve, a szénszálak legnagyobb mennyiségét (23%), azaz tonnát, ahogy korábban is, a széler!m$vek lapátjaihoz használják. Szorosan ezt követi a repülés és védelem 18%-kal, majd a sport és szabadid! 17%-kal. Az öntés és kompaundálás terület 12%-ot tesz ki (6. ábra). 6. ábra. Globális szénszál felhasználás megoszlása 2012-ben [1] 4. ábra. Globális szénszálas m!anyag igény tonnában között (*becslés) Az ezeken a területeken használt szénszálak forgalma, 2,034 milliárd dollár, nem egyenletesen oszlik el a különböz! alkalmazásban. A repülés és védelem területén a mindössze 18%-os mennyiség a forgalom 40%-át jelenti. Ez a magas költségekre és a rendkívüli min!ségi követelményekre, egyedi engedélyekre és vizsgálatokra vezethet! vissza. A legnagyobb mennyiséget a széler!m$veknél való felhasználás (23%) jelenti, kb. 13%-os forgalommal. A harmadik legnagyobb piaci szegmens a sport/szabadid! (17%) 11%-os forgalommal (7. ábra). A felhasznált szénszál mennyiség területi megoszlása az egyes gazdasági régiók szénszálas m$anyag aktivitását és fejl!dését tükrözi. A diverz szénszálas m$anyag projektek alapján, a repül!gépiparban, melyek a legna évfolyam 4. szám

3 7. ábra. Globális szénszál forgalom (dollár %-ban) alkalmazások szerint 2012-ben [1] gyobb repül!gépgyártóktól kapnak lendületet, a világszerte felhasznált szénszál mennyiségb!l a repülés és védelem területén Európában 46%-ot, az USA-ban pedig 33%-ot alkalmaznak (1. táblázat). 1. táblázat. Szénszál felhasználás területi megoszlása a különböz! szegmensekben 2012-ben százalékban [1] Földrész/ ország Széler!m" Repülés és védelem Sport és szabadid! Autóipar Európa Észak-Amerika Ázsia Japán Egyéb 5 1 A sport/szabadid! szegmensben, az árnyomás miatt, valamint, hogy ezen a területen tömegtermelés folyik, a szénszál mennyiség 86%-át dolgozzák fel (1. táblázat). A mennyiségileg legnagyobb széler!m$ berendezések piaci szegmensben a szénszál mennyiség dönt! részét Európában dolgozzák fel. A széler!m$vek f! gyártói ugyanis ide települtek, ami a 74%-os szénszál felhasználásban is szembet$nik (1. táblázat). A második legnagyobb régió itt az USA 15%-kal. Az ázsiai hányad a jelenlegi 11%-ról 2020-ig 15%-ra b!vül, ami dönt!en az európai termelés áttelepítését jelenti. A globális szénszál mennyiség az autóiparban a nagy autógyártó nemzetekre/régiókra, mint Európa (56%), Észak-Amerika (26%) és Japán (14%) oszlik meg (1. táblázat). 3. Trendek, kilátások és kockázatok Az elemz!k a szénszál piacot, mint korábban is, nagy növekedési potenciállal rendelkez!, szolid piacnak jósolják. Legalább 13%-os, optimista becslés szerint pedig 17%-os éves növekedésb!l indulnak ki ben kb tonna szénszál er!sítés$ m$anyagot értékesítettek a diverz piaci szegmensekben. Ez az els! szemléletmód alapján 10,3 milliárd dolláros, az optimista becslés szerint pedig 14,6 milliárd dolláros forgalomnak felel meg. Aszerint, hogy miként fejl!dik a piaci szegmens, az elemz!k 2020-ra 25,2 milliárd dolláros, illetve 36 milliárd dolláros forgalmat várnak. A nagy különbség a piac nagyságában azon alapul, hogy az ár- és a mennyiségi növekedést az egyes piaci szegmensekben csak különböz!képpen lehet megbecsülni. A szénszál- és a szénszállal er!sített m$anyag piac növekedési potenciálja pillanatnyilag a négy nagy szegmensen, a széler!m$ berendezések, a repülés és védelem, a sport/szabadid!, valamint az autógyártás szegmenseken alapul. A mennyiségileg legnagyobb széler!m$ berendezéseknél 2020-ig négyszeres mennyiséggel lehet számolni, míg a forgalom a költségnyomás és a feltétezett költségcsökkentési lehet!ségek miatt csak megháromszorozódik. A évi 9500 tonnára alapozva (a 2012-ben világon beépített szélenergia teljesítmény 280 GW, ebb!l Európa 110 GW), 2020-ra tonna összmennyiséggel számolhatunk (8. ábra). A növekedés ebben a szegmensben területenként eltér!en alakul. Európa, mint a legjobban növekv! régió számára (az összmennyiség 74%-a, 2012-ben kb tonna), az éves növekedést 17%-nak prognosztizáljuk. USA és Ázsia együtt 26%-ot tesz ki, ami 2012-ben kb tonna szénszál mennyiségnek felelt meg. Ezekben a régiókban nagyobb éves növekedés is lehetséges, azaz 20%-os (USA) és 24%-os (Ázsia) értéket feltételezhetünk (2. táblázat). A repülés és védelem piaci szegmenst a repül!gépipar formálja nagyon er!sen. A következ! 20 évben pl. szignifikáns növekedéssel számolunk az új repül!gépek rendelésállománya alapján és 2030 között az AIRBUS 8. ábra. Kisméret! szélturbina rotorja 100%-ban UV-álló szénszálas m!anyagból (Forrás: All Small Wind Turbines) évfolyam 4. szám 149

4 Év 2. táblázat. Szénszál felhasználás tonnában különböz! alkalmazási területeken [1] Széler!m" Repülés és védelem Sport és szabadid! Autóipar * * * * becslés új repül!géppel, míg a BOEING géppel számol (9. és 10. ábra). Ezen a piaci területen 2012-ben 8100 tonna szénszálat használtak fel. Évi 14%-os növekedést feltételezve, 2020-ig mintegy tonna lesz az igény. Az Európa/USA régió 2012-ben 6400 tonna szénszálat használt fel, azaz a mennyiség 79%-át. Ennek megoszlásában 2020-ig nem lesz említésre méltó változás (2. táblázat). 9. ábra. Szénszál és alumínium alkalmazása repül"gép motorban (Forrás: Indy Transponder) A harmadik tartópillér a globális szénszáler!sített m$anyag üzletben a sport/szabadid! piaci szegmens. Egy olyan területr!l van szó, ami a szénszál- és a szénszáler!- 10. ábra. Véd"felszerelés szénszálas poliamidból (Forrás: EMS-GRIVORY) 11. ábra. Szénszálas veloszipéd sített m$anyag iparnak éveken keresztül elegend! lehet!séget kínál (11. ábra). Végül ez is oka volt annak, hogy ez az ipar a válságos éveket túl tudta élni ben mintegy 7800 tonna anyagot használtak fel, ami a két említett piaci szegmenshez viszonyítva egyenérték$nek tekinthet!. A következ! években, más f! alkalmazási területekkel összehasonlítva, jóval kisebb mennyiségi növekedéssel (6%) számolhatunk ra kb tonnás igényt prognosztizálunk, ami a negyedik helyezést jelenti. A forgalom ezen a területen kétségkívül nem a mennyiségekkel arányosan változik. Mivel a sport/szabadid! szegmens er!s árnyomás alatt áll, az éves forgalomnövekedés 2020-ig csak 3%-ra tehet! (2. táblázat). A korábbi adatokkal szemben, a szénszál mennyiségre az autógyártás területen az el!z! évben jóval kisebb értékek adódtak. Ennek oka valószín$leg az, hogy a nagy OEM-ekt!l terhelt számadatokat kaptunk. Mivel ez a terület mennyiségileg még ma is nagyon kicsinek számít, csak néhány száz tonnás változások tekinthet!k jelent!snek, ahogy az a másik három szegmensnél fennáll. Az általános súlycsökkentés, a CO 2 flottakibocsátásbüntet!számok, a könny$építés, az E-mobilitás, a nyomásálló edények (Audi-projekt: Power to Gas) témák motiválják jelenleg az autógyártás területét. Ezek, ahogy korábban is, a legnagyobb hajtóer!k voltak, és jöv!beli piacoknak tekinthet!k a szénszálak és a szénszálas m$ - anyagok számára (12. ábra) ben ebben a szegmensben 2150 tonna szénszálat használtak fel. Az elemz!k kb. 34%-os éves növekedéssel számolnak. Ez a növekedés már csak azért is lehetséges, mivel viszonylag alacsony szintr!l indul ki ra mintegy tonna szénszálat fognak felhasználni ezen a területen. Ez azt is jelentené, hogy 2020-ig ez a piaci szegmens a kis mennyiség$b!l a top háromba ke évfolyam 4. szám

5 12. ábra. Szénszálas m!anyagból készül a Continental GT lökhárítója (Forrás: Extravaganzi) rülne. A CNG autótankhoz felhasznált szénszál mennyiséget még nem vettük figyelembe. A szakma valójában egyetért abban, hogy ez a forgatókönyv csak akkor jut érvényre, ha az autóipari területen a szénszállal er!sített alkatrészek költsége euró/kg alkatrész értékre csökken. A költségcsökkentési potenciált az anyagfelhasználás (max. 5% 2010-hez képest) és az alkatrészgyártási folyamat (max. 90% 2010-hez képest) jelenti. Ha a feltételezett költségcsökkentési potenciált növelni lehetne, az OEM-ek árelképzelése elérhet!vé válna. A szénszáler!- sített m$anyag nyersanyagok nagyüzemi szériagyártásának akkor már semmi sem állhat az útjában (2. táblázat). 4. Következtetések A globális kompozit piacnál, mely 2012-ben kb. 76 milliárd eurót jelentett, 6%-os éves növekedésb!l indulunk ki. A szénszáler!sített m$anyagok piacánál, mely a kompozit piacnak csak egy kis része, ezzel szemben 13 17%-os növekedéssel számolunk. A társadalmi konszenzushoz régóta hozzátartozik, hogy a rendelkezésre álló nyersanyagokkal er!forrás-kímél! módon kell bánni. Kulcskérdés, hogy ebbe az energiával való bánásmódotot bevonják. Azaz, hogy az energiát termeljük, felhasználjuk vagy tároljuk, a nagyteljesítmény$ száler!sített nyersanyagok könny$szerkezet$ potenciálja minden esetben a lehet!ségek sokféleségét kínálja, és ezért jelent!s a hozzájárulása az energiahatékonyság növeléséhez. A szénszáler!sített m$anyagok hosszú élettartama, valamint ezek kombinációja a hagyományos könny$szerkezet$ nyersanyagokkal további alkalmazási területeket nyit meg. A könny$szerkezetre törekv! intelligens kombináció, és az acél szénszáler!sített m$anyaggal való integrálása tekintetében, ökológiailag és ökonómiailag ésszer$ anyagkombinációkat lehet megadni. Az elkövetkez! évek egyik megatrendje az er!forráskímél! városi mobilitás/közlekedés, hangzott el a CCeV autóipari fórumán 2012-ben. A könny$ építési mód a legtöbb közlekedési eszköznél az id! parancsa. A súlycsökkentés hozzájárul mind a költségcsökkentéshez, mind az üzemben tartás hatékonyságának növeléséhez. A szénszál er!sítés$ m$anyag itt is egy kiváló lehet!ség, minden más nyersanyaggal szemben kerül a mérleg serpeny!jébe. Az alkatrészek optimális szénszáler!sített m$ - anyaggal történ! tervezése az acéllal szemben 70%, az alumíniummal szemben 30%-os súlycsökkenést eredményez [2]. Érezhet! ökológiai és ökonómiai hatást azonban csak akkor lehet elérni, ha a könny$szerkezetes építésmódot kiterjedten fogják alkalmazni. Ehhez a szénszál er!sítés$ alkatrészek ipari szériagyártásra alkalmas gyártási folyamata, és ezzel a gyártás automatizálása elengedhetetlenül szükséges. Ezek a feltételezések arra, hogy a szénszál er!- sítés$ m$anyagokat kiterjedten használjuk az autógyártásban. A termoplasztikus mátrixot tartalmazó szénszál er!sítés$ m$anyag nagyon fontos szerepet vesz át. Az akarat és a szükségesség, hogy ezekkel a m$anyagokkal intenzíven dolgozzunk, a neves gépkocsigyártókat (AUDI, BMW, DAIMLER, TOYOTA és VW) arra ösztönözte, hogy kooperációkat és leányvállalatokat hozzanak létre a szénszál iparral [4]. Az ár/teljesítmény arány dönti el, hogy milyen nyers - anyag vagy anyagkombináció, milyen alkalmazási területen érvényesül. Itt a jöv!ben dönt! jelent!ség$ek lesznek az ökológiai szempontok a tisztán gazdaságiakkal szemben. A pozitív piaci kilátások visszatükröz!dnek az els! piacélénkülés eredményében, melyet a német kompozit ipar négy nagy szervezete AVK, CCeV, CFK VALLEY STADE és VDMA FORUM COMPOSITE TECHNOLO- GIE 2013 februárjában tagjaival végrehajtott. A saját üzleti fejl!désüket pozitívnak vagy nagyon pozitívnak ítélik meg. Anyagoldalról lényeges növekedési impulzus várható a szénszál er!sítés$ m$anyagoknál, követve az üvegszál er!sítés$ m$anyagokat és az anyagon átnyúló területeket. Alkalmazási oldalról lényeges növekedési impulzus látszik a gépkocsigyártás részér!l, a légiközlekedési és a szélenergia iparág mellett. Források [1] Carbon Fibers & Carbon Reinforced Plastics (CFRP) A Global Market Overview, Industry Experts Ausgabe [2] Carbon Fibers & Composites-Ascent to Industrial Engineering Materials Bayern Innovativ, SGL Group, [3] Kohlestofffaserverstärkte Thermoplaste für Strukturbauteile in der Luftfahrtindustrie thermocomp, TohoTenax Europe GmbH, [4] The Carbon Fiber Industry worldwide , Materials Technology Publications, Ausgabe, évfolyam 4. szám 151