Havacılık ve uzay sektörü geride kalan iki yıllık dönemde art arda gelen bir dizi gelişmeden ciddi biçimde etkilenmiştir. Bunların ilki Boeing 737 Max’ın uçuş güvenliği gerekçesiyle uçuşunun yasaklanması, ikincisi de COVID-19 pandemisidir. 18 Kasım 2020’de FAA Yöneticisi Steve Dickson, 13 Mart 2019’da Boeing 737 Max için verilen uçuş yasağı kararını kaldırmıştır. Ancak geçen 18 aylık dönem sektör için yine de zorlu bir zaman dilimi olmuştur. COVID-19 pandemisi sırasında Boeing ve Airbus bir yandan da tesis ve fabrikalarını geçici olarak kapatmak zorunda kalmıştır. Beklendiği üzere hem Boeing hem de Airbus üretim rakamlarındaki ciddi azalma ve düşen sipariş rakamları karşısında sıkıntılar çekmektedir. (Bkz. Şekil 1.)

Şekil 1: Ticari Uçak Teslimatları

Havacılık ve uzay sektörünün toparlanmasında inovasyonun beraberinde getirdiği teknoloji çözümleri başarının anahtarı olacaktır. Bilgisayarların gücünden yararlanan projeler havacılık ve uzay sektöründe kompozit üretiminin itici gücü olmaya devam etmektedir. Bunlar arasında, birbirinden çok farklı model çerçeveleri arasında veri akışından yararlanan bütünleşik işlemsel materyal mühendisliği (ICME), dijital ikizleri mümkün kılan dijital imalat, ve 3D baskı ile üretilen parçaların sağlamlığının belgelenmesine yönelik giderek artan gereksinimi karşılamak için analitik istatistikten yararlanılması sayılabilir.

ICME ile havacılık ve uzay sektöründe faaliyet gösteren üreticiler, müşterileri ve paydaşları da dâhil olmak üzere kurumların tümünü kapsayan çerçevelerin esnekliğinin ve hızlı tepki verebilmesinin faydasını görmeye başlamıştır. Bu çerçeveler arasında bağlantı kurmaya yönelik veri akışına odaklanmak teoride kurumların her kademesinde uygulamaya konulabilen yapılar ekseninde üzerinden eyleme geçilebilen bilgi ve performans ölçütleri sunmaktadır. Artan karmaşıklık düzeylerinde bu eski yapılı şirketler küçük ölçekli ve “saf teknolojiye dayalı” yeni şirketlerin kritik rolünü bu yapıların etkisi hissedilmeden beş ila 15 yıl önce fark edebilmektedir. Bu durum özellikle malzeme tedarikçileri için geçerlidir. Zira bu şirketlerde kayda değer ar-ge çalışmaları çoğu zaman ileride sağlayacakları değer göz önünde bulundurularak devletçe teşvik edilmektedir.

Kompozitler, bileşenlerin, katkı maddelerinin ve bunların morfolojisinin gerek unsurlarının seçimi gerekse üretim sürecinde sayısız performans farkına neden olabildiği dijital ikiz yaklaşımları ya da modelleme ve analitik çalışmalarının itici gücü olmanın yanında bunlara değer de katabilen ideal materyal sistemleridir. Bu değer bilhassa hesaplamaların müşterinin talebindeki gerekler ile FAA sertifikasyonu arasında geçen süreyi ciddi ölçüde kısaltabildiği hallerde kendisini göstermektedir.

Yeni geliştirilen teknolojilerin Amerika Birleşik Devletlerinin modernizasyon öncelikleriyle kesişimi kendisini hipersonik uçuş, uzayda ekonomik çalışmalar ve siber güvenlik alanlarında kendisini hissettirmektedir. Özellikle sonuncu alan havacılık ve uzay tedarik zincirinin tümü açısından önemli güçlükleri beraberinde getirmektedir; zira bilgiyi koruma ihtiyacı öne çıkmaktadır. 30 Kasım 2020’den itibaren ABD Savunma Bakanlığı (DoD), DoD tedarik zincirinin tüm parçalarının mevcut siber güvenlik uyum durumlarını değerlendirerek rapor etmesini zorunlu tutan bir öz değerlendirme metodolojisini zorunlu tutan bir düzenlemeyi uygulamaya koymuştur. İnovasyon boyutunda ise devlet kurumları startup teknoloji geliştiriciler ile 1. kademe havacılık ve uzay şirketleri arasında işbirliğini teşvik etmeye devam ediyor. Bunlara bir örnek olarak, sanayi, akademi ve silahlı kuvvetler ekseninde bağlantılar kurmayı amaçlayan Hava Kuvvetlerinin AFWERX programı gösterilebilir.

Bu yeni teknolojiler açısından kritik önem taşıyan şeyse malzemeler alanındaki gelişmelerdir. Uzayda ses hızının 5 ila 20 katı arasındaki hızlarda, çok zorlu koşullarda dayanabilecek materyallere duyulan ihtiyaç katkı maddeleri kullanılarak üretilen seramik matrisli kompozitler konusundaki araştırma ve yatırımların da artmasına neden olmuştur. Havacılık ve uzay alanında daha güçlü bir biçimde konumlanabilmek için kompozit sektörü ICME iş akışlarını kullanarak modele dayalı seramik matrisli kompozitler tasarımında polimer ve metal matrisli kompozitlerden alınan derslerden yararlanabilir. Ayrıca bu alanlardaki uzmanlığı, belirli bir deney kapsamında alışılmış materyallerle karşılaştırma sağlamak üzere ikiye iki dikey tasarımlara dönüştürmek de yeni kompozit malzemelerin kullanımı ve üretim yaklaşımlarına duyulan güveni artırmaya yardımcı olacaktır.

Bu güne kadar temel ölçütler arasında ağırlığına kıyasla yüksek dayanıklılık, korozyona ve kimyasal etkenlere dayanıklılık gibi ölçütler yer alsa da, gezegenden çıkıp uzayda ekonomi oluşturmaya yönelik yeni yapı son derece sıcak ve soğuk ortamlarda da hayatta kalabilmeyi gerektirmektedir. Amerikan Havacılık ve Uzay Enstitüsü (AIAA), Standart Yönlendirme Komitesi (SSC) tarafından gerçekleştirilen çalışmalar gibi standart geliştirme çabalarına gönüllülük esasına dayalı olarak katkıda bulunmak da havacılık ve uzay alanındaki paydaşlar arasında test ve diğer faaliyetlerin normalizasyonuna katkıda bulunacaktır.

Sonuç olarak, havacılık ve uzayın geleceği, her zaman olduğundan daha fazla ölçüde inovasyon yeteneğine dayanmaktadır. Bu da devlet, birincil üreticiler, tedarik zincirleri ve yeni kurulan paydaşlar arasında bütünleşik bir yaklaşımla geliştirmeyi zorunlu kılacaktır. Tüm paydaşlar kurallara uyumla iş modelinin köklü dönüşümünü sağlayarak sektörde tekrar yükselişe geçiş arasında bir denge yakalamakta önemli bir rol oynayacaktır.

Not:  Bu yazı Composites Manufacturing Dergisinin Winter 2021 sayısından Türkçe’ye çevrilmiş ve Nanoventures Teknoloji Direktörü Dr. Dr. Terrisa Duenas tarafından hazırlanmıştır.

Karbon elyaf pazarı 2010’dan bu yana hızlı bir büyümeyle 40.000 ton seviyelerinden 2019’da 100.000 tonun üzerine ulaşmıştır. Bu dönemde düzgün ve kesintisiz bir büyüme eğrisiyle yıllık %10 ila 12 aralığında rakamlar görülmüştür. Ancak geçen yıl COVID-19 pandemisinin etkisiyle karbon elyaf dünyası neredeyse bir günde büyük bir dönüşüm yaşamıştır.

2020’de dünya genelinde karbon elyaf talebi, 2019’a kıyasla yalnızca %1 artışla yaklaşık 105.000 ton olarak gerçekleşmiştir. 2021’de de yalnızca %1’lik bir büyüme beklenmektedir. (Bkz. Şekil 1.) Talep eğrisindeki bu düzleşmeyi anlamak için COVID-19’un karbon elyaf dünyasını nasıl değiştirdiğine daha yakından bakmamız gerek.

Karbon elyaf pazarında büyümenin itici gücünü havacılık ve uzay, rüzgar enerjisi, spor ürünleri, denizcilik, otomotiv, basınçlı kaplar gibi bir dizi alandaki gelişmeler oluşturmaktaydı. 2020’ye kadar pazarın tüm bu segmentlerindeki ve sektörün genelindeki büyüme oranı nispeten sabit bir seyir izliyordu.

Şekil 1: Ton Cinsinden Karbon Elyaf Talebi

2020’nin başında ülkeler sınırlarını kapattığında uluslararası uçuşlar da kesilince, uçak üreticilerinin üretimlerini yavaşlattığı bir ortamda karbon elyaf sektörü bir gecede itici gücünü kaybetmiş oldu. Havacılık ve uzay uygulamalarında karbon elyaf kullanımı sektörün genel hacminin %20’sinden fazlasını oluştururken değer açısından bu oran %40 düzeyindeydi. Ticari havacılık alanındaki yavaşlama karbon elyaf sektörüne ciddi bir darbe vurmuştur ve bu darbenin etkilerinin geçmesi ve COVID öncesi noktaya geri dönüş yıllar alacaktır.

Her ne kadar havacılık ve uzay sektöründen gelen haberler pek iyi değilse de, 2020’nin tümüyle bir felaket olduğu da söylenemez. Evden dışarı çıkmamayı, evden çalışmayı ve tatillerimizi de eve yakın yapmayı öğrendiğimiz bir dönemde bazı pazarların güçlü bir gelişme sağladığını belirtmek gerek. Spor malzemelerine olan talep 2020’de %30’dan %40’a çıkarken rüzgar enerjisi santrali inşaatları da planlandığı gibi devam etmiş ve bir önceki yıla göre %20’lik artış sergilemiştir.

2020’de son kullanım bazında karbon elyaf pazarına bakıldığında şu rakamlar ortaya çıkmaktadır:

•    Rüzgar enerjisi — %23

•    Havacılık ve uzay – %20

•    Spor malzemeleri (denizcilik dâhil) — %12

•    Otomotiv – %10

•    Basınçlı kaplar – %10

•    Enjeksiyon kalıplamalı plastiklerde ve diğer kısa elyaf uygulamalarında kullanım — %8

•    İnşaat ve altyapı – %8

•    Pazarın diğer segmentleri – %9

COVID öncesi dönemde olduğu gibi, yeni uygulama ve programlar hayata geçirildikçe karbon elyafın tüm pazar segmentlerinin büyük bir büyüme potansiyeli vardır. COVID-19’dan önce de karbon elyafı cazip kılan uzun vadeli megatrendlerde bir değişim söz konusu değildir. Karbon elyafın sunduğu avantajlar, yani sertlik, ağırlığına kıyasla yüksek sağlamlık performansı, korozyona dayanıklılık, elektrik iletkenliği ve daha niceleri bugün de geçerliliğini sürdürmektedir. Büyümenin gerçekleşmesi için karbon elyaf ve karbon elyaf takviyeli plastik (CFRP) parçaların teknik ve ekonomik avantajlarının ortaya konulması gerekmektedir.

Geldiğimiz noktada karbon elyafa olan talebi belirli sektör ve uygulamaların tetiklediğini, ve bunların da COVID’den çeşitli şekillerde etkilendiği görülmektedir. Havacılık ve uzay gibi daralma görülen sektörler karbon elyaf sektörünün 2020’de nispeten durağan bir seyir izlemesine ve 2021’de de fazla bir büyüme beklenmemesine neden olmuştur.

Ancak uzun vadede tablonun daha olumlu olduğunu da söylemek gerek. Bir iki yıl içerisinde karbon elyaf sektöründe bir kez daha bir önceki yıla kıyasla yüksek büyüme oranlarına dönüşü beklemek çok da abartılı olmaz.

Sektörün karbon elyaf üretebilme kapasitesine bakıldığında ise, önde gelen üreticilerin kapasitesinin 160.000 ton ile orta vadede talebi karşılamak için yeterli olduğu görülmektedir. Üstelik bir çok üreticinin de gelecekte artacak talebi karşılamak için yeni fabrikalar kurarak kapasitelerini artırmayı planladığı bilinmektedir.

Son olarak karbon elyaf sektörünün halen gelişiminin ilk aşamalarını yaşayan bir sektör olduğunu unutmamak gerek. Elle üretilen uçakların günde bir ila iki üretim hacminin olduğu herkesçe malumdur. Otomasyon kullanılmayan diğer uygulamaların da hacmi benzer seviyelerdedir. Öte yandan otomobiller seri üretime konudur ve her dakika bir otomobilin üretim hattından çıktığını görmek sürpriz değildir. Bugün karbon elyaf halen çoğunlukla düşük hacimli uygulamalarda kullanılmaktadır. Halen “seri üretim” uygulamalarında kendisini net bir biçimde ispat etmiş değildir. Elbette bunun da zamanı gelecektir. Ama ne zaman olacağını bilemiyoruz.

Özetle, COVID karbon elyaf sektörüne bir darbe vurmuşsa da, bunun etkileri geçici olacaktır. Bu olağanüstü yılda yaşananlara karşın gelecek karbon elyaf açısından ümit vericidir ve gelecek bir iki yılın getireceği gelişmeler heyecanla beklenmektedir.

Not:  Bu yazı Composites Manufacturing Dergisinin Winter 2021 sayısından Türkçe’ye çevrilmiş ve CarbConsult GmbH Mesul Müdürü, Mr. Daniel Pichler tarafından hazırlanmıştır.