Nowoczesne materiały: Przyszłość produkcji samochodów.

Jako ludzkość jesteśmy coraz bardziej świadomi rangi problemu, jakim jest zanieczyszczenie środowiska. Produkcja samochodów w naturalny sposób stała się więc kolejnym z obszarów, w którym specjaliści starają znaleźć się „złoty środek” między ekologią i redukcją śladu węglowego a ekonomią, trwałością i bezpieczeństwem wytwarzanych rozwiązań. Z tego powodu dużą uwagę poświęca się poszukiwaniu i rozwojowi nowoczesnych materiałów, których walory pozwolą na osiągnięcie efektu w postaci funkcjonalnych, wydajniejszych pojazdów o niższym spalaniu oraz zredukowanym negatywnym wpływie na planetę i stan zasobów naturalnych. Obszarami intensywnie eksplorowanymi przez producentów samochodów są m.in. lekkie materiały umożliwiające redukcję masy auta przy zachowaniu jego innych kluczowych właściwości, a także materiały odnawialne i recyklaty, czyli surowce odzyskane w procesie recyklingu tworzyw sztucznych. 

Jakie innowacyjne materiały stanowią przyszłość produkcji samochodów? 

Koncerny samochodowe pragnące wdrożyć w należących do nich zakładach przyjazne środowisku standardy produkcyjne muszą kierować się w swojej działalności zasadami ekoprojektowania oraz projektowania cyrkularnego. Zgodnie z nimi produkcja samochodów powinna zmierzać w kierunku zmniejszenia kosztu środowiskowego pojazdów poprzez m.in.: 

• redukcję ich masy, 
• stosowanie w procesie ich wytwarzania recyklatów i materiałów odnawialnych. 

Producenci aut intensywnie pracują nad innowacyjnymi materiałami mogącymi sprawdzić się w procesie wytwarzania pojazdów, a przy tym spełniającymi odpowiednie kryteria. Jednym z aspektów, na który zwraca się szczególną uwagę w trakcie poszukiwań nowych materiałów do produkcji samochodów, jest ich lekkość. Jednocześnie powinny one być w stanie sprostać innym wymaganiom, związanym m.in. z wytrzymałością czy optymalnymi kosztami wytworzenia. 

W kontekście dbałości o dobrostan środowiska oraz ograniczenia nadmiernej eksploatacji surowców pierwotnych jeszcze istotniejszą rolę odgrywa zwiększenie udziału recyklatów i materiałów odnawialnych w produkcji aut. Znajduje to odzwierciedlenie w regulacjach, jakimi objęte są koncerny samochodowe, które zobowiązują te firmy do uwzględniania w projektach swoich pojazdów materiałów pochodzących z recyklingu. Ma to na celu doprowadzenie do bardziej zrównoważonego wytwarzania aut, zmniejszenia ilości generowanych odpadów oraz większego uniezależnienia się sektora automotive od konieczności pozyskiwania surowców pierwotnych. 

Nowoczesna produkcja samochodów – dlaczego dążymy do obniżenia wagi aut?

Kiedy zagłębimy się w to, jak zmienia się produkcja samochodów na świecie, możemy zauważyć kilka interesujących tendencji. Pierwszym trendem jest to, że auta trafiające na rynek stają się coraz większe. Jeśli porównamy np. aktualne samochody klasy B ze swoimi odpowiednikami sprzed kilku dekad, to dostrzeżemy, że rozmiary wielu współczesnych przedstawicieli tego segmentu przewyższają gabaryty analogicznych, starszych pojazdów. Inny proces, który łatwo zaobserwować, polega na rozbudowie wyposażenia aut. Klimatyzacja czy zaawansowane systemy bezpieczeństwa stały się dzisiaj standardem, z jakim nie mieliśmy powszechnie do czynienia jeszcze kilkanaście lat temu. Co jednak szczególnie interesujące, współczesna produkcja aut podążająca w kierunku zwiększania rozmiarów samochodów oraz rozbudowywania ich wyposażenia, jednocześnie kładzie coraz większy nacisk na to, aby zmniejszać ich wagę przy zachowaniu odpowiedniego poziomu innych parametrów. Jakie są przyczyny tego zjawiska? 

Podstawowym powodem, dla którego firmy starają się, aby ich proces produkcji samochodu uwzględniał wykorzystanie nowoczesnych, lekkich materiałów, są względy praktyczne. Wzrost wagi pojazdów, będący konsekwencją m.in. wspomnianych wcześniej czynników związanych z rozmiarami i wyposażeniem dzisiejszych aut, niesie za sobą szereg negatywnych skutków. Należą do nich: 

• spadek wydajności paliwowej, czyli najprościej rzecz ujmując – wyższe spalanie, 
• zwiększona emisja dwutlenku węgla i innych zanieczyszczeń do atmosfery, 
• obniżenie osiągów samochodu. 

Chcąc więc uzyskać lepsze osiągi oraz wydajność paliwową, a przy tym ograniczyć emisję szkodliwych spalin, producenci starają się obniżać wagę wytwarzanych przez siebie aut. Wiąże się to z koniecznością poszukiwania nowych, lżejszych materiałów, które będą w stanie posłużyć do produkcji komponentów o podobnych lub nawet lepszych właściwościach od tradycyjnych, cięższych odpowiedników. 

Jakie nowoczesne materiały wykorzystuje się do obniżenia masy pojazdu? 

Zastępowanie cięższych materiałów lżejszymi nie jest nowością w produkcji aut. Tę tendencję możemy obserwować od lat, czego dowodem jest coraz większy udział tworzyw sztucznych oraz materiałów kompozytowych w procesie produkcji pojazdów. Istotne wyzwanie, przed jakim stoją firmy z sektora automotive planujące projektowanie samochodu, a następnie jego produkcję, jest znalezienie właściwego balansu między obniżeniem wagi pojazdu, a zachowaniem jego kluczowych właściwości. 

Skalę trudności tego zadania można dobrze zobrazować na przykładzie właściwości stali oraz stopów aluminiowych wykorzystywanych do tworzenia konstrukcji samochodowych. Atrakcyjność stopów aluminiowych w kontekście tworzenia np. elementów karoserii wynika przede wszystkim z ich lekkości, pod względem której wypadają lepiej od stali. Aspekt wagowy nie sprawił jednak, że zrezygnowano z wykorzystywania stali do wytwarzania komponentów samochodowych. Powodem jest jej wyższa niż w przypadku aluminiowych stopów odporność na odkształcenia. Aby zredukować masę elementów stalowych, wykonuje się je np. ze stali niskowęglowej z odpowiednio dobranymi domieszkami, co umożliwia zastosowanie cieńszych, a w konsekwencji lżejszych blach, przy zachowaniu oczekiwanego poziomu wytrzymałości. 

Tworzywa sztuczne 

Bez wątpienia ważną grupą materiałów, dzięki którym masa pojazdu może zostać zredukowana, są różnego rodzaju tworzywa sztuczne. Stanowią one korzystne rozwiązanie zarówno pod kątem funkcjonalnym, jak i ekonomicznym. Jakie można wyróżnić lekkie tworzywa sztuczne, które wykorzystuje się do produkcji samochodów w Polsce i na świecie? 

Na podstawie przytoczonego przykładu można stwierdzić, że nowoczesne projektowanie przemysłowe samochodów zmierza w kierunku zmniejszenia ich wagi. Ma to na celu poprawę wydajności paliwowej oraz osiągów pojazdów, a także ograniczenia emitowanych przez nie spalin. Należy przy tym zauważyć, że redukcja masy aut nie może wiązać się z pogorszeniem ich innych właściwości. Odpowiednio wykorzystane, innowacyjne materiały pozwalają na wytworzenie lżejszych komponentów samochodowych, charakteryzujących się wysoką wytrzymałością oraz dobrze prezentujących się pod kątem szeregu innych parametrów. Na które z tych materiałów warto zwrócić szczególną uwagę? 

• EPP, czyli spieniony polipropylen – ten cechujący się lekkością i wysoką odpornością mechaniczną materiał jest stosowany w procesie produkcji samochodu najczęściej do tworzenia elementów absorbujących energię w np. zderzakach czy drzwiach samochodowych. Znajduje on zastosowanie także w zakresie wytwarzania elementów wewnętrznych auta, takich jak m.in. zagłówki czy wypełnienia siedzeń i bagażników. Warto zauważyć, że EPP da się z powodzeniem łączyć z różnego rodzaju elementami metalowymi oraz tworzywami sztucznymi, przez co można nadawać wytwarzanym z tych materiałów elementom inne pożądane właściwości. 
• Poliuretan – charakterystycznymi cechami tego tworzywa sztucznego są wysoka trwałość, elastyczność oraz odporność na uszkodzenia mechaniczne. Z tego materiału wykonuje się elementy samochodowe z kategorii Exterior, w tym np. spojlery. 
• Ultramid – kolejny przykład lekkiego tworzywa sztucznego, które cieszy się dużym zainteresowaniem w sektorze automotive. Atrakcyjność tego termoplastycznego materiału wynika nie tylko z jego niskiej wagi, ale także wysokiej wytrzymałości, sztywności oraz odporności termicznej. Ultramid może być na różne sposoby wzmacniany, np. z wykorzystaniem włókna szklanego. Producenci wykorzystują ten materiał do tworzenia różnego rodzaju lekkich i bardzo trwałych komponentów samochodowych, m.in. mis olejowych. 

Kompozyty

Grupą nowoczesnych materiałów stosowanych w produkcji samochodów w celu obniżenia ich masy są również kompozyty. Wśród nich szczególnym uznaniem w świecie motoryzacji cieszy się włókno węglowe, które wykorzystuje się m.in. do wytwarzania elementów nadwozia oraz wałów napędowych. Komponenty wykonane z włókna węglowego są drogie, ale wyróżnia je: 

• bardzo mała masa, 
• brak podatności na korozję, 
• wysoka odporność na uszkodzenia mechaniczne 
• wyjątkowa estetyka. 

Warto podkreślić, że włókno węglowe nie jest jedynym lekkim materiałem kompozytowym cieszącym się zainteresowaniem sektora automotive. Innym przykładem kompozytu o niskiej masie, jaki znajduje zastosowanie w przemyśle samochodowym, jest włókno aramidowe, znane szerzej jako Kevlar. Swoją popularność w świecie motoryzacji zawdzięcza m.in.: 

• bardzo niskiej masie własnej – włókna aramidowe są wyraźnie lżejsze nie tylko od stali, ale i włókna węglowego) 
• wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i uszkodzenia mechaniczne, 
• wysokiej odporności termicznej, 
• wysokiej odporności na tarcie. 

Jakie zastosowania znajduje włókno aramidowe w produkcji aut? Stosuje się je m.in. do: 

• konstrukcji elementów nadwozi w lekkich samochodach rajdowych, 
• wzmacniania istotnych elementów pojazdu, takich jak np. paski rozrządu, 
• tworzenia okładzin ciernych z włóknem kevlarowym, które umożliwiają skuteczniejszą ochronę sprzęgła w autach sportowych i terenowych.  

Recyklaty i materiały odnawialne – klucz do zrównoważonej produkcji samochodów 

Dążenie do redukcji masy aut nie jest jedynym proekologicznym trendem, jaki możemy zaobserwować w sektorze automotive. Innym kierunkiem, w którym podążają koncerny samochodowe zarówno ze względu na swoje odpowiedzialne podejście do dobrostanu środowiska naturalnego, jak i obligujące je do tego regulacje prawne, jest mobilność cyrkularna. Do jej podstawowych celów należą m.in.: 

• redukcja emisji szkodliwych spalin, 
• zmniejszenie ilości generowanych odpadów, 
• ograniczenie zużycia surowców pierwotnych na rzecz większego wykorzystania surowców wtórnych. 

Intensywne dyskusje na szczeblu europejskim towarzyszące pracom nad nowymi regulacjami dotyczącymi tzw. cyrkularności pojazdów mają swoje uzasadnienie w danych statystycznych. Produkcja samochodów jest według aktualnych wyliczeń jednym z obszarów przemysłu, które w największym stopniu odpowiadają za zużycie zasobów, takich jak m.in.: stal, tworzywa sztuczne, aluminium czy guma. W kontekście tej gałęzi przemysłu wskazuje się także na wysokie zapotrzebowanie np. na szkło czy miedź, a wraz z postępem motoryzacji i rozwojem pojazdów elektrycznych – również na metale ziem rzadkich. Jako sposób na poprawę tej sytuacji wskazuje się przejście sektora motoryzacyjnego na funkcjonowanie wedle reguł charakterystycznych dla gospodarki o obiegu zamkniętym. 

Warto zaznaczyć, że firmy z branży automotive, których celem jest produkcja samochodów zgodna z koncepcją cyrkularności, muszą w kompleksowy sposób podejść do tego zagadnienia. Skuteczna implementacja zasad gospodarki o obiegu zamkniętym wymaga dostosowania do odpowiednich standardów zarówno sposobu projektowania i produkcji aut oraz ich obróbki po wycofaniu z eksploatacji, jak i materiałów stosowanych do wytwarzania pojazdów. Model cyrkularny produkcji jest obecnie wdrażany przez czołowe przedsiębiorstwa w sektorze motoryzacyjnym, takie jak m.in. Volkswagen, Mercedes, Renault czy BMW.  

Bardzo dużą rolę w produkcji samochodów prowadzonej zgodnie z regułami cyrkularności jest większe zastosowanie recyklatów, niż ma to miejsce w tradycyjnych modelach wytwarzania pojazdów. Nowoczesne technologie pozwalają na odzyskiwanie surowców wtórnych, które z powodzeniem można stosować do produkcji komponentów samochodowych bez ryzyka pogorszenia ich istotnych właściwości. Warto zapoznać się bliżej z interesującymi przykładami wykorzystania recyklatów i materiałów odnawialnych do wytwarzania elementów pojazdów. 

Do czego można wykorzystać recyklaty i materiały odnawialne w produkcji samochodów? 

Jednym z koncernów samochodowych pracujących nad spożytkowaniem surowców wtórnych do produkcji komponentów samochodowych jest BMW. W przypadku nowych pojazdów tej marki mamy do czynienia z minimum 20% udziałem tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu w całej masie wykorzystanego plastiku do produkcji danego auta. Wśród przykładów zastosowań recyklatów i materiałów odnawialnych w niektórych najnowszych modelach aut elektrycznych BMW można wyróżnić m.in.: 

• lakiery matowe wyprodukowane z surowców odnawialnych, w tym bioodpadów, 
• materiał Deserttex otrzymywany ze sproszkowanych włókien kaktusa oraz biopoliuretanu, wykorzystywany jako substytut skóry zwierzęcej w przypadku np. tapicerek siedzeń, 
• tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu stosowane do produkcji zderzaków czy osłony podszybia, 
• wykładzinę podłogową wykonaną z połączenia tworzyw sztucznych odzyskanych m.in. ze zużytych sieci rybackich. 

Koncern BMW nie jest oczywiście jedynym, który coraz odważniej korzysta z recyklatów i materiałów odnawialnych w produkcji komponentów do swoich pojazdów. W jaki sposób inni producenci samochodów stosują tego rodzaju rozwiązania w celu ograniczenia negatywnego wpływu swoich aut na środowisko naturalne? 

Firma Ford wykorzystuje plastik pochodzący z butelek PET, nylonu czy wykładzin polipropylenowych do produkcji osłon podwozia i silnika, a także osłon przednich i tylnych nadkoli dla swoich nowych samochodów. Istotnym obszarem proekologicznych działań marki jest także maksymalizacja recyklingu aluminium w zakładach produkcyjnych, dzięki czemu znacząco redukuje ona swoje zapotrzebowanie na surowiec pierwotny. Warto podkreślić także to, że producent wykorzystuje w produkcji różnorodne materiały odnawialne pochodzenia roślinnego, takie jak np. piana sojowa służąca do tworzenia poduszek siedzeń, oparć czy zagłówków.  

Interesującym rozwiązaniem, które opracowała firma Mercedes wraz ze swoimi partnerami, jest olej popirolityczny otrzymywany częściowo ze zużytych opon samochodowych. W połączeniu z certyfikowanym biometanem pozyskiwanym z odpadów rolniczych pozwala on na wyprodukowanie tworzywa sztucznego o bardzo dobrych właściwościach, z którego można wytworzyć różnego rodzaju elementy, takiej jak np. zewnętrzne klamki drzwi. Możliwość wykonania z surowców wtórnych komponentów, które nie odbiegają jakością i parametrami technicznymi od odpowiedników wyprodukowanych z tzw. tworzywa pierwotnego, pozwala wyeliminować konieczność użycia surowych zasobów kopalnych. Warto dodać, że to tworzywo otrzymane na drodze recyklingu może być wykorzystane do produkcji innych części samochodowych, w tym m.in. pochłaniacza uderzeń będącego elementem przedniego pasa pojazdu. 

Przykłady wykorzystania nowoczesnych recyklatów, materiałów odnawialnych oraz innego rodzaju surowców pochodzących z recyklingu w procesie produkcji części samochodowych można mnożyć. W kontekście innych zastosowań tych materiałów, na które należy zwrócić uwagę, warto wspomnieć m.in. o: 

• wsporniku montażowym oraz innych elementach wykonanych z recyklatów, które zostały zastosowane w modelu Audi Q4 e-tron, 
• mikrofibrze Dinamica, otrzymanej w dużej mierze z włókien poliestrowych pochodzących m.in. z przetworzonych butelek PET oraz starych tekstyliów, która w połączeniu ze sztuczną skórą została wykorzystana do wykonania tapicerki foteli sportowych we wnętrzu Audi Q4 e-tron w wersji S line, 
• dywanikach oraz izolacji akustycznej wykonanych z materiałów odzyskanych na drodze recyklingu, które zastosowano w samochodzie Skoda ENYAQ iV, 
• elementach wykończenia wnętrza modelu ID. Buzz marki Volkswagen wykonanych częściowo z recyklatów. 

Podsumowanie 

Produkcja samochodów w Polsce i na świecie przechodzi obecnie stopniową transformację w kierunku ekologii i większego poszanowania zasobów naturalnych. Wiąże się to z nieustannym poszukiwaniem nowych materiałów, które pozwolą firmom z branży motoryzacyjnej zredukowanie negatywnego wpływu wytwarzanych przez nie pojazdów na środowisko przy jednoczesnej poprawie ich wydajności oraz oraz osiągów. 

Jedną z wiodących tendencji we współczesnej produkcji samochodów na świecie jest dążenie do obniżania masy pojazdów. Z czego wynika to, że producenci aut stawiają sobie taki cel? Redukcja masy samochodu korzystnie wpływa na szereg aspektów, takich jak np. wydajność paliwowa czy osiągi auta. Przyczynia się ona również do obniżenia poziomu emisji spalin, dzięki czemu pojazd staje się bardziej przyjazny środowisku. W celu obniżenia wagi swoich pojazdów producenci aut poszukują nowoczesnych lekkich materiałów, które będą w stanie zastąpić cięższe odpowiedniki przy utrzymaniu oczekiwanego poziomu innych właściwości, takich jak np. wytrzymałość czy odporność termiczna. W tej roli doskonale sprawdzają się m.in. kompozyty w postaci włókna węglowego oraz Kevlaru, a także innowacyjne tworzywa sztuczne, np. ultramid. 

Z perspektywy redukcji kosztu środowiskowego pojazdów ważniejsze od obniżenia ich masy ma zwiększenie udziału w ich konstrukcji recyklatów oraz materiałów odnawialnych. Wzrost wykorzystania surowców wtórnych w procesie produkcji aut stanowi również wymóg, jaki na koncerny samochodowe nakładają regulacje prawne. Zwiększone użycie tego rodzaju tworzyw do wytwarzania pojazdów niesie za sobą wiele korzyści, takich jak m.in. redukcja emisji szkodliwych spalin, zmniejszenie ilości generowanych odpadów, a także ograniczenie zużycia surowców pierwotnych. Zintensyfikowane wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu jest również elementem koniecznym do tego, by produkcja samochodów mogła odbywać się zgodnie z koncepcją mobilności cyrkularnej, którą implementuje u siebie coraz więcej wiodących firm z sektora automotive. 

Jako Endego mamy duże doświadczenie w realizacji projektów technologicznych dla sektora automotive. Oferujemy kompleksowe usługi, w ramach których angażujemy się w każdy etap projektu, począwszy od opracowania wstępnej koncepcji do uruchomienia seryjnej produkcji. Ze wsparcia naszego wykwalifikowanego zespołu mogą skorzystać m.in. firmy chcące obniżyć masę swojego pojazdu, a także zastosować do jego wytworzenia nowoczesne materiały recyklingowe. 

Potrzebujesz wsparcia wykwalifikowanych inżynierów i projektantów z doświadczeniem w sektorze automotive, którzy pomogą Ci opracować niezawodne, lekkie komponenty z recyklatów i materiałów odnawialnych do samochodu projektowanego przez Twoją firmę? Skontaktuj się z nami!