Τα πλεονεκτήματα του αλουμινίου στην εποχή των ηλεκτρικών οχημάτων

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Στην αυτοκινητοβιομηχανία, πάντα υπάρχει η ανάγκη για μείωση του βάρους. Τα βαρύτερα οχήματα χρησιμοποιούν περισσότερη ισχύ. Αυτός είναι νόμος της φυσικής. Τα ελαφρύτερα οχήματα καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια για να κάνουν την ίδια εργασία, επομένως χρησιμοποιούν λιγότερα καύσιμα σε οχήματα με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης και παράγουν λιγότερες εκπομπές. Ενώ η μετάβαση στα ηλεκτρικά οχήματα σημαίνει ότι δε χρειάζεται να ανησυχούμε για την οικονομία καυσίμου και τις εκπομπές ρύπων με την παραδοσιακή έννοια των καυσαερίων, εξακολουθούμε να χρησιμοποιούμε ενέργεια για να τροφοδοτούμε τα οχήματά μας. Επομένως, η ελαχιστοποίηση του βάρους σημαίνει λιγότερη κατανάλωση ενέργειας.

Καθώς μειώνουμε την εξάρτησή μας από τα ορυκτά καύσιμα και χρησιμοποιούμε περισσότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ήδη βλέπουμε ότι υπάρχει ένα αυξανόμενο χάσμα στην προσφορά και τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό θα αυξήσει το κόστος της ενέργειας, επομένως είναι επιτακτική ανάγκη να κατασκευάζουμε ελαφρύτερα οχήματα που καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια, για να μειώσουμε το μελλοντικό κόστος λειτουργίας και το κόστος ανάπτυξης και συντήρησης υποδομών.

Επιπλέον, τα ελαφρύτερα οχήματα είναι καλύτερα για το περιβάλλον. Ακόμα κι αν εξαλείψουμε τις εκπομπές καυσαερίων, τα οχήματα παράγουν άλλες εκπομπές, όπως σωματίδια από τη φθορά των ελαστικών και τη φθορά των τακακιών των φρένων, παράγοντες ρύπανσης που είναι πιο έντονοι σε ένα πιο βαρύ όχημα. Η παραγωγή των οχημάτων, παράγει επίσης εκπομπές και είναι καλά τεκμηριωμένο ότι η παραγωγή μπαταριών και τα στοιχεία που εμπλέκονται σε αυτήν μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά το περιβάλλον. Με το να κάνουμε ένα όχημα ελαφρύτερο, μπορούμε να μειώσουμε το μέγεθος της μπαταρίας, μειώνοντας τις συνολικές εκπομπές παραγωγής και την κατανάλωση ενέργειας κατά τη φάση χρήσης. Επιπλέον, με αυτό τον τρόπο θα έχουμε και λιγότερα υλικά μπαταριών να απορρίψουμε ή να ανακυκλώσουμε στο τέλος του κύκλου ζωής αυτών των μπαταριών.

Τον περασμένο αιώνα, οι αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποίησαν το αλουμίνιο σε ελαφρά οχήματα για διάφορους λόγους: για να επιτύχουν καλύτερες επιδόσεις, να τα κάνουν να επιταχύνουν και να σταματούν πιο γρήγορα, να μειώσουν το κέντρο βάρους και να βελτιώσουν την πολική ροπή αδράνειας για καλύτερη σταθερότητα και χειρισμό. Όπως αναφέρθηκε, τα ελαφρύτερα οχήματα έχουν επίσης λιγότερη φθορά ελαστικών και τακακιών φρένων, κάτι που είναι καλό για τον πελάτη και το περιβάλλον.

Για τα ηλεκτρικά οχήματα μπαταρίας, ένα σημαντικό ζήτημα για τους καταναλωτές είναι η εμβέλεια και η απόδοση. Οι οδηγοί θέλουν να γνωρίζουν ότι μπορούν να οδηγήσουν μέχρι να φτάσουν στον προορισμό τους, χωρίς να σταματήσουν για φόρτιση. Για να γίνουν τα ηλεκτρικά οχήματα αποδοτικά, οι δύο βασικοί παράγοντες είναι η αεροδυναμική και το βάρος. Μπορείτε να κάνετε ένα ηλεκτρικό όχημα βαρύ αν θέλετε, δεν θα εκπέμπει CO₂e έτσι κι αλλιώς, αλλά η μπαταρία θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη και η κατανάλωση ενέργειας θα είναι μεγαλύτερη. Εάν ένα όχημα είναι ελαφρύτερο και πιο αποδοτικό, μπορείτε να βάλετε μια μικρότερη μπαταρία για να έχετε την ίδια εμβέλεια, γεγονός που μειώνει το κόστος του. Ή μπορείτε να διατηρήσετε μία μπαταρία ίδιου μεγέθους για ακόμα μεγαλύτερη εμβέλεια.

Μόλις πρόσφατα, το πλήρως ηλεκτρικό πρωτότυπο Mercedes Benz Vision EQXX πέτυχε μία εξαιρετική επίδοση, καλύπτοντας απόσταση 1.000 km, από το Sindelfingen της Γερμανίας έως το Cassis της Γαλλίας, με μία μόνο φόρτιση. Κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας ελαφρά εξαρτήματα, κυρίως αλουμίνιο, ενώ διαθέτει μπαταρία μέτριας δυναμικότητας, μόνο 100 kWh.

Είναι αλήθεια ότι πρέπει να κάνουμε τις μπαταρίες μας πιο αποτελεσματικές και πιο βιώσιμες στο μέλλον. Ωστόσο, η τεχνολογία των μπαταριών δεν είναι σαν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα όσον αφορά στη μείωση του μεγέθους τους. Πρέπει να έχουν συγκεκριμένο μέγεθος για να παρέχουν αρκετή ενέργεια. Η νέα τεχνολογία μπαταριών, όπως οι κάθοδοι LFP, αυξάνει την απόδοση, αλλά δεν θα την διπλασιάσει. Θα έχετε ίσως 10-15% μεγαλύτερη εμβέλεια.

Οι μπαταρίες είναι το πιο ακριβό μέρος του οχήματος, μακράν. Το κόστος των υλικών που είναι απαραίτητα για ένα ελαφρύ όχημα είναι σημαντικά μικρότερο, με επιπλέον πλεονέκτημα τη σχετική εξοικονόμησης κόστους. Έως ότου το κόστος των ελαφρών μπαταριών είναι χαμηλότερο από το κόστος του μειωμένου βάρους άλλων σημαντικών δομών ενός οχήματος (όπως η δομή του αμαξώματος και το πλαίσιο), είναι πολύ καλύτερο για τις αυτοκινητοβιομηχανίες να ελαχιστοποιούν το βάρος στα κύρια δομικά μέρη των οχημάτων για να επιτύχουν δευτερεύοντα οφέλη λόγω της μικρότερης μπαταρίας, όπως μικρότερους κινητήρες, μικρότερα φρένα, κ.λπ. Και όλα αυτά συνοδεύονται από μειώσεις κόστους που συμβάλλουν στην αντιστάθμιση τυχόν αύξησης του κόστους λόγω χρήσης ελαφρών υλικών κατασκευής, όπως το αλουμίνιο.

Η Tesla ήταν και συνεχίζει να είναι υπέρμαχος του μειωμένου βάρους. Το Model 3 είναι ένα μείγμα αλουμινίου και χάλυβα. Τα μοντέλα S και X αποτελούνται κυρίως από αλουμίνιο, ενώ το μοντέλο Y έχει αλουμίνιο στη δομή, καθώς και εξαρτήματα πλαισίου από αλουμίνιο. Αυτή η τάση συνεχίζεται με τα χυτά μέρη αλουμινίου μεγάλου μεγέθους να χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στα οχήματα της Tesla, αντικαθιστώντας κυρίως χαλύβδινα μέρη στα υπάρχοντα μοντέλα τους. Έτσι, στην πραγματικότητα, το ποσοστό του αλουμινίου έχει αυξηθεί ξανά στα οχήματα της Tesla.

Και αυτό δε συμβαίνει μόνο στην περίπτωση της Tesla. Αν κοιτάξετε συνολικά τη μετάβαση από κινητήρες εσωτερικής καύσης σε ηλεκτρικά οχήματα, βλέπουμε μια συνεχιζόμενη τάση περαιτέρω υιοθέτησης αλουμινίου σε αυτά, κυρίως για να αντισταθμιστεί το αυξημένο βάρος του συστήματος μετάδοσης κίνησης (συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών) σε όλες τις κατηγορίες οχημάτων.

Εφόσον το κόστος της μπαταρίας είναι κυρίαρχο, είναι πιο αποτελεσματικό να κατασκευάζονται άλλα μέρη των οχημάτων από αλουμίνιο. Μιλάμε για τουλάχιστον άλλη μια δεκαετία - και πιθανώς δύο - προτού η τεχνολογία μπαταριών μπορεί να φέρει το κόστος τους σε συγκρίσιμο επίπεδο με τη χρήση ελαφρών υλικών κατασκευής. Ας δράσουμε λοιπόν τώρα, και στο μέλλον μπορούμε να έχουμε και τα δύο και να κάνουμε τα οχήματά μας ακόμα πιο αποτελεσματικά από ό,τι είναι σήμερα.

Καθώς προχωράμε προς μια κυκλική οικονομία και περισσότερη ανακύκλωση, η επιλογή του υλικού που χρησιμοποιείται για την κατασκευή των οχημάτων μας έχει μικρότερη σημασία;

Καθώς προχωράμε προς μια κυκλική οικονομία, οι αυτοκινητοβιομηχανίες θα χρησιμοποιούν λιγότερα πρωτογενή υλικά, εφαρμόζοντας περισσότερη επαναχρησιμοποίηση και ανακύκλωση υπαρχόντων υλικών, για να μειώσουν την ενεργειακή επιβάρυνση κατά την παραγωγή οχημάτων. Με την ανώτερη ανακυκλωσιμότητά του, το αλουμίνιο είναι ιδανικό υλικό για την κυκλική οικονομία. Όχι μόνο είναι απεριόριστα ανακυκλώσιμο, αλλά σε αντίθεση με άλλα υλικά, η ποιότητα και η απόδοσή του δεν υποβαθμίζονται με κάθε κύκλο ανακύκλωσης.

Το αλουμίνιο ως δευτερεύον υλικό χρησιμοποιεί μόνο το 5% περίπου της ενέργειας σε σχέση με το αλουμίνιο πρωτογενούς παραγωγής και μπορεί να ανταγωνιστεί ευθέως την ποιότητα και την απόδοση των πρωτογενών υλικών που αντικαθιστά, κάτι που λίγα άλλα υλικά μπορούν να κάνουν με προσιτό και βιώσιμο τρόπο. Απαιτεί επίσης λιγότερη ενέργεια για την ανακύκλωσή του σε σχέση με άλλα υλικά, καθώς τήκεται στους 650 βαθμούς Κελσίου, σε σύγκριση με περίπου 1.400 βαθμούς Κελσίου για τον χάλυβα, καθιστώντας το και σε αυτό τον τομέα καλύτερο για το περιβάλλον.

Δεν χρειάζεται καν να περιμένουμε το τέλος της ζωής ενός οχήματος για να μπορέσουμε να ξεκινήσουμε τη διαδικασία ανακύκλωσης. Μπορούμε να μειώσουμε τις εκπομπές CO₂ στη διαδικασία παραγωγής εξαρτημάτων αλουμινίου για οχήματα, εφαρμόζοντας ανακύκλωση κλειστού βρόχου στη διαδικασία παραγωγής εξαρτημάτων. Αυτό γίνεται διασφαλίζοντας ότι τυχόν scrap, ως αποτέλεσμα της παραγωγής, διαχωρίζεται και αποστέλλεται πίσω στον προμηθευτή υλικού για χρήση στην επόμενη προμήθεια υλικών.

Αυτό το σύστημα είναι ήδη σε ισχύ με κατασκευαστές αυτοκινήτων όπως η Ford, η Jaguar Land Rover, η Volvo και η Nissan και θα γίνει το πρότυπο της βιομηχανίας καθώς προχωράμε προς μια βιώσιμη προσέγγιση κατασκευής. Αυτό όχι μόνο μειώνει τα κατασκευαστικά απόβλητα και τις εκπομπές, αλλά είναι πολύ λογικό για τις αυτοκινητοβιομηχανίες και μπορεί να εφαρμοστεί σχετικά εύκολα καθώς μεταβαίνουν από τον χάλυβα στο αλουμίνιο.

Εκτός από το μικρό βάρος και την ανακύκλωση, ποια είναι τα άλλα οφέλη που προσφέρει το αλουμίνιο;

Η ανθεκτικότητα είναι ένα μεγάλο πλεονέκτημα που μπορεί να μην είναι τόσο προφανές, αλλά γίνεται σαφές όταν συγκρίνετε ένα συμβατικό όχημα από χάλυβα 20 ετών με ένα όχημα 20 ετών κατασκευασμένο κυρίως από αλουμίνιο. Το αλουμίνιο δεν διαβρώνεται με τον ίδιο τρόπο που διαβρώνεται ο χάλυβας, επομένως τα εξαρτήματα αλουμινίου θα έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από ένα ισοδύναμο εξάρτημα χάλυβα.

Όταν μια επιφάνεια αλουμινίου οξειδωθεί, το σχηματιζόμενο φυσικό στρώμα οξειδίου προστατεύει το αλουμίνιο από περαιτέρω διάβρωση. Ο χάλυβας δεν μπορεί να το κάνει αυτό, επομένως οι παραγωγοί χάλυβα χρησιμοποιούν αλουμίνιο ή ψευδάργυρο για την προστασία του χαλύβδινου υποστρώματος. Αλλά εάν αυτό καταστραφεί ή αφαιρεθεί, τότε ο χάλυβας θα σκουριάσει και θα συνεχίσει να σκουριάζει μέχρι να επισκευαστεί ή να τρυπήσει.

Οι άνθρωποι μπορεί να μην έχουν επίγνωση του γεγονότος ότι το αλουμίνιο απορροφά περισσότερη ενέργεια ανά κιλό από τον χάλυβα, καθιστώντας το όχι μόνο ελαφρύτερο, αλλά και δυνητικά ασφαλέστερο σε ένα τροχαίο ατύχημα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχει μια αυξανόμενη τάση για τις περισσότερες εμπρόσθιες και πλευρικές δομές σύγκρουσης οχημάτων να κατασκευάζονται από αλουμίνιο.

Το αλουμίνιο απορροφά επίσης τα χτυπήματα και τα βαθουλώματα καλύτερα από το ατσάλι, λόγω της τιμής του Young Modulus που το χαρακτηρίζει, επομένως παθαίνει λιγότερο εύκολη ζημιά σε σενάρια συμβάντων σε στάθμευση και συγκρούσεων σε χαμηλές ταχύτητες. Τα αυτοκίνητα με αμάξωμα αλουμινίου υποφέρουν λιγότερο από ζημιές στη βαφή από ιπτάμενα αντικείμενα (π.χ. χαλίκια) και γενικές ζημιές σε σχέση με τα αντίστοιχα οχήματα με αμάξωμα από χάλυβα. Εν ολίγοις, υπάρχουν πολλοί λόγοι που το αλουμίνιο εξελίσσεται στο προτιμώμενο υλικό για τις αυτοκινητοβιομηχανίες καθώς προχωράμε προς ένα βιώσιμο μέλλον.

Με πληροφορίες από automotiveworld.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR