Kelas material baru ini dapat mengubah desain pesawat

 

Apa yang dapat diajarkan oleh bio-komposit kepada kita tentang peningkatan kinerja lingkungan?

 

bahan berbobot ringan dan berkekuatan tinggi secara konsisten memainkan peran kunci dalam konstruksi pesawat yang hemat bahan bakar dan berkinerja tinggi. Saat ini, bio-komposit—terbuat dari bahan mentah yang berasal dari biologi—memberi para insinyur wawasan baru tentang cara meningkatkan kinerja lingkungan dari pesawat masa depan.

Mungkin sulit dipercaya, tetapi lima dekade lalu, hingga 70% pesawat terbuat dari satu bahan: aluminium. Ringan, murah dan tersedia secara luas, aluminium digunakan dalam konstruksi berbagai komponen pesawat, dari badan pesawat hingga bagian mesin utama lainnya. Sejak itu, material mutakhir lainnya telah meningkatkan desain pesawat, dari logam (titanium, baja, paduan AI baru) hingga komposit (serat karbon dan kaca, resin polimer dan epoksi).

Saat ini, kelas baru material berperforma tinggi—bio-komposit—muncul untuk menawarkan kemungkinan yang lebih menarik untuk meningkatkan kinerja lingkungan karena para insinyur bertujuan untuk membuka potensi mereka untuk digunakan di pesawat masa depan.

Semakin banyak digunakan dalam aplikasi industri karena banyak keuntungannya, bio-komposit ringan, fleksibel, hemat biaya, dan dapat didaur ulang.

Bio-komposit: ringan dan dapat didaur ulang

Material komposit yang bersumber dari hayati dibentuk—seperti komposit saat ini—oleh matriks (resin) dan serat, tetapi berasal dari asal biologis. Semakin banyak digunakan dalam aplikasi industri karena banyak keunggulannya, mereka ringan, fleksibel, hemat biaya, dan dapat didaur ulang.

Bahan baku untuk bio-komposit berasal dari sumber daya alam terbarukan: biomassa, tanaman, tanaman, mikro-organisme, hewan, mineral dan bio-limbah. Konversi kimia dan/atau mekanis diperlukan untuk mengubah bahan mentah ini menjadi bio-komposit, yang dapat digunakan sendiri atau sebagai pelengkap bahan standar, seperti karbon dan/atau serat kaca.

Saat ini, bio-komposit dapat terdiri dari satu atau beberapa komponen berikut:

• Serat alam : Serat ini dapat diperoleh dari hewan, tumbuhan atau mineral. Mereka tidak memerlukan proses karbonisasi (yaitu konversi zat organik menjadi karbon atau residu yang mengandung karbon).
• Serat karbon biomassa : Biomassa (yaitu alga, selulosa, lignin) digunakan untuk membuat bahan baku dan bahan mentah untuk transformasi lebih lanjut menjadi serat dan resin.
• Bio-resin : Resin adalah zat yang sangat kental yang diubah menjadi polimer (yaitu bahan). Bio-resin terbuat dari asal biologis, sebagian besar berasal dari minyak tumbuhan, biomassa atau limbah bio.

 

Dalam industri kedirgantaraan, bio-komposit dapat diterapkan di bidang-bidang berikut:

• Kabin dan kargo :  Aplikasi ini memerlukan properti tingkat lanjut yang berkaitan dengan Kemudahan Terbakar, Kepadatan dan Toksisitas Asap (FST) dan pelepasan panas.
• Struktur primer dan sekunder :  Aplikasi ini melibatkan beban struktural yang tinggi dan dengan demikian memerlukan peningkatan kinerja mekanik dan daya tahan.
• Bahan bantu : Aplikasi ini memerlukan fungsionalitas untuk bahan yang tidak dapat terbang atau cara apa pun yang digunakan untuk produksi komponen komposit di pabrik industri.

Melihat bahan baku dalam bio-komposit 

1. Limbah tebu

Limbah tebu, juga dikenal sebagai "bagasse", adalah bahan kering dan lembek yang tersisa setelah mengekstrak sari dari batang tebu. Karena tebu tersedia secara luas dan merupakan pengubah energi matahari yang sangat efisien, tebu mampu menghasilkan biomassa dalam jumlah besar.

Limbah tebu merupakan sumber serat selulosa yang sangat baik, yang dapat digunakan sebagai “pengisi” dalam bio-komposit. Ini juga dapat digunakan dalam resin Furan berbasis bio, yang diperoleh dengan konversi kimia atau bio-kilang. Biopolimer Furan, dalam kombinasi dengan serat alami atau serat daur ulang yang sesuai (misalnya serat karbon daur ulang), dapat digunakan untuk interior pesawat.

2. Ganggang air

Dari spesies mikroskopis untuk rumput laut besar, ganggang air adalah organisme fotosintetik sederhana mampu mengikat CO ₂ dari atmosfer dan memindahkannya ke biomassa.

Ganggang air, seperti biomassa lainnya, dapat digunakan sebagai bahan baku karbon untuk mereplikasi monomer yang digunakan untuk memproduksi prekursor atau resin serat karbon saat ini dalam komposit standar. Pendekatan ini dapat memungkinkan bio-komposit untuk menawarkan sifat mekanik yang sama seperti komposit yang ada untuk aplikasi pesawat terbang.

3. Serat basal

Serat basal terbuat dari batuan vulkanik, terutama ditemukan di maria bulan di Bulan Bumi. Tidak berbahaya dengan ketahanan goncangan dan api yang sangat baik, serat basal memiliki sifat mekanik yang mirip dengan serat kaca, tetapi dengan keunggulan proses pembuatan yang lebih sederhana karena komposisinya yang tidak terlalu rumit. 

Serat yang dihasilkan langsung dari batuan bulan dapat digunakan untuk berbagai tujuan. Ini termasuk menstabilkan struktur cetak 3D dari stasiun bulan, menghasilkan isolasi termal, meningkatkan sistem filter dan menyediakan tekstil untuk pakaian astronot.

4. Bambu

Ringan, cepat tumbuh dan sangat elastis, bambu adalah bahan komposit alami yang terdiri dari serat selulosa yang tertanam dalam matriks lignin.

Serat bambu alami yang dikombinasikan dengan resin bio-based atau standar dapat memberikan banyak manfaat. Ini termasuk mengurangi dampak lingkungan dan meningkatkan kinerja mekanik.

Sumber: airbus.com