Automotive: kompozity urychlují zelenější budoucnost
Rob Walker vysvětluje, jak mohou polymerové kompozity zvýšit výkon elektrických vozidel
Britská vláda již dříve slíbila, že do roku 2030 sníží 68% emisí CO2 ve snaze čelit změně klimatu, a oznámila zákaz benzínových a naftových automobilů od roku 2030. Nyní učinila několik dalších kroků s cílem snížit emise ekvivalentu CO2 o 78% do roku 2035 zakotvených v zákoně v dubnu letošního roku a prodej nových nákladních vozidel s naftou a benzínem ve Velké Británii bude od roku 2040 zakázán podle vládního plánu dekarbonizace dopravy zveřejněného 14. července. Ke splnění těchto cílů musí být téměř polovina britských vozidel do roku 2030 elektrická.
Velká Británie není sama, kdo vede přechod k elektromobilům – nedávno přijatý legislativní balíček „Fit for 55“ Evropskou komisí obsahuje revidované normy pro vozidla s CO2, s termínem do roku 2035 pro ukončení prodeje benzínových a naftových vozidel a rozvoj nabíjecí infrastruktury podél transevropské dopravní sítě.
Hlavním zájmem spotřebitelů je omezený dojezd elektromobilů. Zvýšení kapacity baterie je jedním ze způsobů, jak zvýšit dojezd. Alternativně a pokud možno, zlepšení účinnosti vozidla bude znamenat, že baterie vydrží déle a elektromobily mohou cestovat dále. Vozidla zažívají odpor díky aerodynamickému odporu, valivému odporu a hmotnosti, což vše limituje dojezd elektromobilů. Polymerní kompozity, včetně polymeru vyztuženého uhlíkovými vlákny (nebo jednoduše uhlíkových vláken), které nabízejí nižší hmotnost a tvarově mnohem větší flexibilitu než kov, mohou pomoci snížit všechny tři.
Atraktivní automobilové aplikace
Navzdory výhodám, které nabízejí, je jednou z hlavních výzev při nahrazování ocelových konstrukčních prvků kompozity to, že náklady na materiály a výrobu mohou být výrazně vyšší. To je zvláště důležité pro zavádění kompozitů do sériově vyráběných vozidel; zde jsou náklady mnohem větší starosti než u několika vysoce výkonných vozidel s nízkým objemem výroby, u nichž bylo dosud přijetí přijato.
Společnost Volvo Polestar spolupracuje se společností Bcomp na dvou z těchto kompozitů, které mění hru
Výroba pro masy
Náklady na materiál však nejsou jedinou překážkou, kterou je třeba kompozity odstranit. Integrace do stávajících dodavatelských řetězců a výrobních linek je další výzvou. I po identifikaci případu použití pro kompozity může být pro komponentu velkou výzvou dosáhnout požadované rychlosti uvedení na trh. Je to částečně proto, že kompozity mají mnoho možností, pokud jde o výběr vláken, výběr pryskyřice a způsob jejich kombinace, zatímco kovy jsou poměrně jednoduché.
Po optimalizaci designu není ani výroba jednoduchá. Forma pro přenos pryskyřice, kde je předlisek suchých vláken (sestava předem tvarovaných vrstev suchých vláken) umístěna ve formě následně vstřikované pryskyřicí, je technologií vedoucí k masové výrobě kompozitů. Stávající řešení však v současné době přicházejí s vysokými náklady na nástroje a odborné znalosti v jejich používání nejsou mimo letecký průmysl rozšířené. Obě tyto bariéry by se měly zmenšovat, protože používání kompozitů v automobilovém odvětví roste.
Snížit, znovu použít, recyklovat
Na druhém konci životnosti vozidla leží další výzva: likvidace a recyklace kompozitů. To je obzvláště naléhavé vzhledem k tomu, že směrnice EU o vozidlech s ukončenou životností vyžaduje, aby 85% vozidel (podle hmotnosti) bylo znovu použito nebo recyklováno, ale je to obtížné díky směsi složek v kompozitech. Polymerní kompozity jsou navíc často vyráběny z neobnovitelných zdrojů, jako je ropa, a výroba syntetických vláken je obecně energeticky náročná. Došlo tedy ke značnému tlaku na vývoj „zelených kompozitů“ se sníženým dopadem na životní prostředí.
Zelené kompozity využívající jako výztužná činidla přírodní vlákna a/nebo biopryskyřice jako polymerní matrice pocházejí z obnovitelných zdrojů, včetně nízkohodnotného zemědělského odpadu, a mohou být biologicky rozložitelné. Energie zapojená do výroby zelených kompozitů může být mnohem menší než u tradičních kompozitů, takže jsou nejen udržitelné, ale mohou mít také nižší celkový dopad na životní prostředí.
Aptera používá kompozitní monokokový podvozek s řadou dalších kompozitních struktur, aby poskytl vozidlu vysoce aerodynamický tvar a neuvěřitelně nízkou hmotnost
K dnešnímu dni bylo použití zelených kompozitů, stejně jako jiné kompozity, typicky omezeno na vozidla s nízkým objemem výroby nebo pro interiéry sériově vyráběných vozidel. Společnosti se však nyní zaměřují na hromadnou výrobu udržitelných kompozitů pro použití ve všech aspektech vozidel příští generace.
Společnost Bcomp Ltd. se zaměřuje na výrobu kompozitů z přírodních vláken ve velkém měřítku. Použitá přírodní vlákna pocházejí ze lnu a konečný kompozit může být lisován za vzniku automobilových interiérových panelů s až o 70% méně plastu a 50% snížením hmotnosti ve srovnání s jinými kompozity. Kompozit také odpovídá výkonu dílů z uhlíkových vláken, přičemž stopa CO2 je o 75% nižší. BComp je hnacím motorem jeho přijetí spoluprací s mnoha velkými výrobci automobilů, včetně Volvo na hybridním SUV XC60 a Electric GT na Tesla Model S P100DL.
Konvenční panely karoserie nejsou jedinými součástmi využívajícími zelené kompozity. Společnost TRB Lightweight Structures vyvinula lehká pouzdra na baterie EV vyrobená z pryskyřice na bázi cukru, která je 100% odvozena z biomasy zemědělského odpadu a je vyráběna za nákladovou paritu při výrobě z hliníku.
K zeleným kompozitům směřují i větší automobilky. GM nedávno podalo několik patentových přihlášek pro použití kompozitů z přírodních vláken v interiérových součástech vozidel a Ford spolupracuje s Heinzem (ze slávy kečupu) na vývoji kompozitů vyrobených z rajčatových slupek pro použití v součástech budoucích vozidel.
Užitečných vlastností kompozitů lze využít k poskytnutí vozidel, která výrazně převyšují možnosti jejich sourozenců zaměřených na ocel (a přitom vypadají nápadně), zvláště pokud jde o elektromobily. Cesta před námi však není úplně jasná. Rychlost uvádění na trh a výroba budou i nadále představovat výzvy, dokud nebude překonána setrvačnost průmyslu postaveného na výrobě na bázi kovů. Další inovace a vývoj v oblasti udržitelných kompozitů jsou také zásadní, má -li automobilový průmysl splnit své ambiciózní cíle v oblasti udržitelnosti.
Zdroj: automotiveworld.com
