SSAB on kehittänyt materiaalivalintoja helpottavan ‘EV Success Index’-vertailuluvun

Teksti: Michael Nash, www.automotivemanufacturingsolutions.com

Sähköajoneuvojen suunnitelijat, joilla on käytettävissään lukuisia teknologia- ja ratkaisuvaihtoehtoja, joutuvat tekemään tärkeitä päätöksiä uusissa sähköajoneuvoissa käytettävien materiaalien suhteen. Päätösten helpottamiseksi SSAB:n asiantuntijat ovat luoneet "EV Success Indexin" –mittarin, joka asettaa eri materiaaliratkaisut järjestykseen suorituskyvyn, kustannusten, painon ja ympäristövaikutusten perusteella He korostavat myös suorituskyky-painosuhteen ja kustannustehokkaiden ratkaisujen merkitystä suunnittelun alkuvaiheessa, mikä korostaa teräksen tärkeää roolia.

Suuri CO₂ -haaste

"Liikkuvuusala on asettanut kunnianhimoiset tavoitteet hiilineutraaliudelle", toteaa Jonas Adolfsson, joka johtaa SSAB:n mobility-liiketoiminnan kehityshankkeita. "SSAB:n tavoite on saavuttaa hiilineutraalius vuoteen 2045 mennessä. Tähän mennessä olemme jo asettaneet useita tavoitteita, joihin liittyen hyödynnämme vähäpäästöisempiä materiaaleja ja kehitämme kiertotaloutta käyttämällä kierrätysmateriaalieja. Kaikki tämä on olennaista ilmastonmuutoksen torjumiseksi.”

Hiilineutraalius on tulevaisuudessa myös keskeinen haaste OEM-laitevalmistajille, materiaalikehittäjille ja alihankkijoille. Adolfssonin mukaan ajoneuvojen tutkimus- ja tuotekehitystyön hitaus on hidastanut autojen hiilidioksidipäästöjen vähenemistä. Siksi on tärkeää, että autoteollisuus nopeuttaa toimiaan päästöjen vähentämiseksi. Kiinassa OEM-laitevalmistajat ovat ryhtyneet toimiin päästöjen vähentämiseksi, ja monet laajentavat nopeasti sähköautovalikoimaansa.

”Autojen ja uusien materiaalien kehittäminen on aikaa vievää, mutta emme yksinkertaisesti voi enää odottaa”, Adolfsson korostaa. ”Me kaikki tiedämme, että meidän on aloitettava matkamme kohti hiilineutraaliutta ja päästöjen rajua vähentämistä jo tänään.”

Keskimääräisen ajoneuvon CO2-päästöt sen eliniän aikana ovat noin 60 tonnia, mihin sisältyvät raaka-aineiden hankinta, valmistus ja käyttö. Suurin osa päästöistä on pakokaasupäästöjä, Adolfsson jatkaa. Looginen askel on siis sähköistää maailman ajoneuvokanta kokonaan, hän toteaa. Sen jälkeen huomio siirtyy valmistuksesta ja materiaaleista syntyviin päästöihin.

Akuissa käytetyt harvinaiset maametallit ja alumiini ovat seuraavaksi suurimmat CO2 -päästöjen aiheuttajat, ja seuraavana listalla on teräs. Adolfssonin mukaan uusi, markkinoille tuleva ajoneuvo sisältää keskimäärin 900 kg terästä, jonka valmistuksesta aiheutuu noin 1,8 tonnia CO2-päästöjä tuotantomenetelmästä riippuen. Vaikka päästöjä voidaan mitata ja verrata suoraan muiden materiaalien päästöihin, EV Success Index -mittarin käytössä on huomioitava myös muita tekijöitä .

Suhdelukujen punnitseminen

Teräksen tuotantomenetelmiä muuttamalla saavutetaan merkittäviä päästövähennyksiä. Esimerkiksi SSAB Zero™ -teräksen valmistuksessa käytetään kierrätysterästä ja fossiilivapaata energiaa, mikä vähentää CO2-päästöjä noin 70 prosenttia verrattuna perinteiseen masuunissa tuotettuun teräkseen. Vaikka kyseessä on merkittävä parannus, SSAB:n autoteollisuusliiketoiminnan vanhempi suunnitteluasiantuntija Robert Ström selittää, miksi EV Success Index -indeksin kehittämisessä oli otettava huomioon monia tekijöitä.

"Materiaalivalinnoilla on merkittävä vaikutus sähköauton elinkaaren aikaisiin päästöihin", hän myöntää. "Indeksi on hyvä mittari, koska se antaa yleisen vertailuluvun, mutta siihen sisältyy monia eri osalukuja, joista vertailuluku muodostuu.

Yksi ilmeinen huomioitava tekijä ovat kustannukset. Toinen keskeinen tekijä on suorituskyky–paino-suhde."

Ström myöntää, että useimmat markkinoilla olevat sähköautot ovat edelleen suhteellisen kalliita polttomoottoriautoihin verrattuna. Sähköautojen hinnat kuitenkin laskevat hitaasti mutta varmasti teknologian kehittyessä ja markkinoilla olevien mallien määrän lisääntyessä. Strömin mukaan suorituskyky-painosuhde on kriittinen tekijä SSAB:n kaltaisille materiaaliasiantuntijoille, sillä toisenlaisia ratkaisuja kehittävät yritykset yrittävät käyttää tätä mittaria argumenttina terästoimittajia vastaan.

”Suorituskyky-painosuhde on aina tärkeä. Jos se ei ole kunnossa, valmistajat eivät ole kiinnostuneita”, hän toteaa. ”Suorituskyky-painosuhteen kannalta paras materiaali on hiilikuituvahvisteinen muovi (CFRP). Sitä ei kuitenkaan voida kierrättää, ja tästä syystä sekä sen kalliin hinnan vuoksi sitä tuskin tullaan näkemään kovin paljon massatuotetuissa autoissa. Siksi teräksen pitää kyetä kilpailemaan alumiinin kanssa, jonka suorituskyky-painosuhde on erinomainen.”

Valmistajat ovat onnistuneet keventämään ajoneuvojen painoa käyttämällä erikoislujia teräksiä. Rullamuovatulla erikoislujalla teräksellä on erinomainen suorituskyky-painosuhde, ja oikein suunniteltuna se voi pärjätä painoissa alumiinille. Erikoislujan teräksen tuotantoprosessit voivat olla sekä ympäristöystävällisiä että kustannustehokkaita – nämä molemmat ovat etuja verrattuna kalliimpaan alumiiniin, Ström sanoo. EV Success Index -vertailulukua luotaessa oli otettava huomioon kaikki nämä tekijät, jotta voitiin luoda kokonaisvaltainen mittari sähköajoneuvojen suunnittelijoille parhaiden materiaalien valitsemiseksi uusiin automalleihin.

Ei jätettä, ei hävikkiä

Autoteollisuuden hiilineutraaliustavoite on epäilemättä valtava haaste sekä autonvalmistajille että osatoimittajille. Näiden on todennäköisesti käytettävä sellaisia CO₂-päästöjen vähentämiskeinoja, jotka eivät vielä ole laajalti käytössä ja joista jotkut voivat osoittautua epätavanomaisiksi.

Adolfsson korostaa kierrätyksen ja kiertotalouden kasvavaa merkitystä terästuotannossa. Hänen mukaansa on ilmeistä, että teräksen toimittajat haluavat edistää näitä toimintatapoja investoimalla teknologisiin ratkaisuihin ja prosesseihin. On olemassa jo useita yrityksiä, jotka ovat erikoistuneet materiaalien kierrätykseen ajoneuvotuotannon tarpeisiin. Hän uskoo kuitenkin, , että kaikkien asianosaisten on tehtävä yhteistyötä sulkeakseen kierron ja vähentääkseen riippuvuutta neitseellisistä raaka-aineista.

Toinen parannusta vaativa alue voisi olla ajoneuvon kokonaismassan suunnittelu ja laskenta sekä sen arvioiminen, kuinka paljon materiaalia todellisuudessa tarvitaan korkealaatuisten komponenttien valmistamiseen. Eliminoimalla tarpeetonta massaa voidaan vähentää sekä ajoneuvon painoa että energiankulutusta, mikä johtaa pienempiin CO2-päästöihin.

Lupaavin skenaario voisi lopulta olla siirtyminen kokonaan puhtaaseen, uusiutuvaan energiaan kaikissa valmistus- ja tuotantoprosesseissa. "Tavoitteemme on muuttaa koko energiajärjestelmäämme pois fossiilisista polttoaineista ja CO2-päästöistä ja siirtyä täysin puhtaaseen sähköön", Adolfsson toteaa. "Kyseessä on herkkä prosessi, sillä yrityksen tuotannon ja taloudellisen tuloksen on oltava tasapainossa. Loppujen lopuksi SSAB on liikeyritys, joka on vain yksi osa ketjua. Minusta on tärkeää, että teemme oman osamme, ja me voimme vain toivoa, että ketjun muilla jäsenillä on rohkeutta ja kykyä tehdä oma osansa. Tarvitsemme kaikki toisiamme, mikäli haluamme liikkuvuusalan saavuttavan hiilineutraaliuden. Yhteistyön ja yhteisten ponnistelujen avulla pystymme rakentamaan kestävän tulevaisuuden.”

Jonas Adolfsson, Business Development, Mobility Manager, ja Robert Ström, Senior Design Specialist, SSAB.