SSAB tworzy wskaźnik „EV Success Index” pomagający w wyborze materiałów

Tekst: Michael Nash, www.automotivemanufacturingsolutions.com

Dysponując bogatym wachlarzem technologii i rozwiązań, projektanci samochodów muszą zdecydować, które materiały zastosować w nowych pojazdach elektrycznych (EV). Aby ułatwić podejmowanie tych decyzji, eksperci z SSAB stworzyli „EV Success Index” – wskaźnik oceniający rozwiązania materiałowe pod kątem właściwości użytkowych, kosztów, masy i wpływu na środowisko. Podkreślają również znaczenie stosunku właściwości użytkowych do masy oraz wprowadzania opłacalnych rozwiązań już na wczesnym etapie projektowania, sugerując, że stal w kluczowy sposób pomaga osiągnąć założone cele.

Ogromne wyzwanie CO₂

– Branża motoryzacyjna wyznacza sobie ambitne cele w zakresie osiągnięcia neutralności węglowej – zauważa Jonas Adolfsson, Business Development, Mobility Manager w SSAB. – SSAB dąży do osiągnięcia neutralności węglowej do 2045 roku. Ustaliliśmy szereg celów pośrednich, takich jak większe wykorzystanie materiałów niskoemisyjnych i podniesienie poziomu cyrkularności poprzez recykling materiałów. Wszystko to ma ogromne znaczenie w walce z kryzysem klimatycznym.

Osiągnięcie neutralności węglowej będzie również kluczowym wyzwaniem dla producentów OEM, specjalistów materiałowych i dostawców. Adolfsson sugeruje, że wolne tempo badań i rozwoju pojazdów hamuje postępy w redukcji emisji w tym sektorze, i podkreśla potrzebę przyspieszenia działań przez producentów samochodów. Takie podejście stosują chińscy producenci OEM, z których wielu szybko poszerza gamę oferowanych pojazdów elektrycznych.

– Opracowywanie samochodów i nowych materiałów wymaga czasu, ale nie możemy sobie pozwolić na zwłokę – podkreśla Adolfsson. – Wszyscy wiemy, że musimy już dziś rozpocząć działania na rzecz neutralności węglowej i drastycznie ograniczyć emisje.

Przeciętny pojazd emituje około 60 ton CO₂ w całym swoim cyklu życia, obejmującym pozyskiwanie surowców, produkcję oraz eksploatację. Jak dodaje Adolfsson, w większości odpowiedzialne są za to spaliny z rury wydechowej. Dlatego, jak stwierdza, logicznym krokiem jest pełna elektryfikacja globalnej floty. Następnie należy skupić się na etapie produkcji i emisjach związanych ze stosowanymi materiałami.

Na dalszych miejscach pod względem emisji CO₂ znajdują się materiały ziem rzadkich stosowane w akumulatorach oraz aluminium, a następnie stal. Adolfsson potwierdza, że przeciętny nowy pojazd dostępny dziś na rynku zawiera około 900 kg stali, której produkcja wiąże się z emisją około 1,8 tony CO₂, w zależności od zastosowanej metody wytwarzania. Emisje te można wprawdzie porównać bezpośrednio z innymi materiałami, lecz przy wyznaczaniu EV Success Index konieczne jest uwzględnienie także innych aspektów.

Analiza relacji

Nowe metody wytwarzania stali mogą prowadzić do znacznej redukcji emisji CO₂. Na przykład stal Zero firmy SSAB, wytwarzana z zastosowaniem stali z recyklingu i energii wolnej od paliw kopalnych, umożliwia redukcję emisji CO₂ o około 70% w porównaniu z tradycyjną stalą z nowoczesnego wielkiego pieca. Choć jest to znacząca poprawa, Robert Ström, Senior Design Specialist, Automotive z SSAB zaznacza, że obliczając wskaźnik EV Success Index należy uwzględnić szereg czynników.

– Wybory, jakie podejmujemy w zakresie materiałów, mają znaczący wpływ na emisje w całym cyklu życia pojazdu elektrycznego – mówi. – Indeks jest pomocny, ponieważ daje jedną liczbę do porównania, ale na tę ogólną wartość składa się wiele wartości cząstkowych.

Jednym z oczywistych czynników, które musimy uwzględnić, jest na przykład koszt. Innym istotnym aspektem jest stosunek właściwości użytkowych do masy.

Ström przyznaje, że większość pojazdów elektrycznych dostępnych obecnie na rynku jest stosunkowo droga w porównaniu z ich odpowiednikami z silnikami spalinowymi. Jednak wraz z wchodzeniem na rynek kolejnych modeli i postępem technologicznym, ceny powoli, lecz systematycznie spadają. Jeżeli chodzi o relację właściwości użytkowe-masa, Ström zaznacza, że dla specjalistów materiałowych takich jak SSAB jest to szczególnie istotny temat, ponieważ firmy opracowujące inne rozwiązania mogą wykorzystać ten wskaźnik, aby zdobyć przewagę nad dostawcami stali.

– Stosunek właściwości użytkowych do masy jest zawsze ważny, ponieważ jeśli jest niewystarczający, producenci OEM nie będą zainteresowani – stwierdza. – Najlepszym materiałem pod względem stosunku właściwości użytkowych do masy jest tworzywo wzmocnione włóknem węglowym (CFRP), jednak ze względu na trudności z recyklingiem i wysokie koszty, materiał ten raczej nie pojawi się w znaczących ilościach w samochodach masowej produkcji. Dlatego stal musi konkurować z aluminium, które również charakteryzuje się bardzo dobrym stosunkiem właściwości użytkowych do masy.

Zastosowanie stali ultra wysokowytrzymałych umożliwiło dostawcom zmniejszenie masy pojazdów. Formowana na rolkach stal ultra wysokowytrzymała ma imponującą relację właściwości użytkowe-masa, i pod warunkiem zastosowania odpowiedniej konstrukcji może być równie lekka jak aluminium. Jak twierdzi Ström, procesy produkcji stali mogą być przyjazne dla środowiska i ekonomiczne, co daje jej przewagę nad droższym aluminium. Wszystkie te czynniki należy uwzględnić przy tworzeniu wskaźnika EV Success Index, żeby uzyskać kompleksowy wgląd w najlepsze materiały do wyboru podczas projektowania i produkcji pojazdu elektrycznego.

Zero odpadów, zero nadmiaru

Dążenie do neutralności węglowej w branży motoryzacyjnej będzie bez wątpienia dużym wyzwaniem dla producentów i dostawców. Prawdopodobnie będą musieli stosować metody redukcji CO₂, które nie zostały jeszcze szeroko wdrożone, a niektóre z nich mogą okazać się niekonwencjonalne.

Adolfsson podkreśla rosnące znaczenie recyklingu i cyrkularności, sugerując, że dostawcy stali prawdopodobnie zwiększą inwestycje w technologie i procesy wspierające te obszary. Na rynku działają już przedsiębiorstwa zajmujące się recyklingiem materiałów do produkcji samochodów, lecz jego zdaniem konieczna jest współpraca wszystkich stron, by zamknąć obieg i ograniczyć wykorzystanie surowców pierwotnych.

Kolejnym obszarem doskonalenia może być projektowanie i obliczanie całkowitej masy pojazdu oraz ilości materiału faktycznie potrzebnego do produkcji wysokiej jakości komponentów. Eliminując zbędną masę, można odciążyć pojazd i ograniczyć zużycie energii, a tym samym obniżyć emisje CO₂.

Ostatnim, a zarazem być może najbardziej obiecującym krokiem, jest przejście na czystą, odnawialną energię we wszystkich procesach produkcyjnych i wytwórczych. – Staramy się przekształcić cały system energetyczny, odchodząc od paliw kopalnych i emisji CO₂ na rzecz czystej energii elektrycznej – mówi Adolfsson. – Proces ten jest wrażliwy, gdyż wymaga zachowania równowagi między produkcją a potencjalnymi przychodami. Ale ostatecznie prowadzimy biznes i jesteśmy tylko jednym ogniwem w łańcuchu. Uważam, że ważne jest, abyśmy wypełniali swoją rolę, mając jednocześnie nadzieję, że inni uczestnicy łańcucha będą mieli pewność i możliwości, by zrobić to samo, ponieważ potrzebujemy siebie nawzajem, jeśli przemysł motoryzacyjny ma osiągnąć neutralność węglową. Tylko dzięki współpracy i zaangażowaniu wszystkich stron możemy zapewnić zrównoważoną przyszłość.

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