M.Gadola – E.Gritti - Cluster Lombardo Mobilità

PROGETTARE PER L’AUTO
CON LEGHE
DI ALLUMINIO DA RICICLO
I mezzi di trasporto del futuro 2020-2050
Brescia, 2 ottobre 2015
Milano, 19 ottobre 2015
PROPOSTA PROGETTUALE NATA IN AMBITO CLM
gruppi tematici Alleggerimento/Motorsport
Marco Gadola,
Enio Gritti,
Università di Brescia
FMB FonderiaGruppoOMR
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MERCATO AUTOMOTIVE, MATERIA PRIMA, SVILUPPO SOSTENIBILE - 1
• la riduzione del peso del veicolo è un fattore chiave per lo sviluppo della
mobilità sostenibile
• essa consente di ridurre consumi, emissioni e dunque l’impatto ambientale
3
4
13-03-2015
5
13-03-2015
MERCATO AUTOMOTIVE, MATERIA PRIMA, SVILUPPO SOSTENIBILE - 2
+1 kg alluminio =
• - 1 kg peso del veicolo
• -17 kg CO2 durante il ciclo di vita utile del veicolo
150 kg alluminio =
• -65 lt benzina/anno
• -40 milioni ton CO2 durante il ciclo di vita di un anno di produzione di auto
in EU (16 milioni di veicoli leggeri)
6
Fonte: European Aluminium Association
MERCATO AUTOMOTIVE, MATERIA PRIMA, SVILUPPO SOSTENIBILE - 3
L’esigenza di mobilità sostenibile dirige il mercato verso un uso intensivo
delle leghe di alluminio per componenti :
-powertrain
-strutturali
-di sicurezza/crash
-sospensioni, sterzo, sistemi
-etc
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1999-2015: +133%
2015-2025: +67%
8
Fonte: AluPlanet
MERCATO AUTOMOTIVE, MATERIA PRIMA , SVILUPPO SOSTENIBILE - 4
• il mercato richiede veicoli, sistemi e componenti sempre più prestazionali
• specifiche di progetto sempre più spinte
• 2015-2025: grande incremento della domanda di alluminio primario
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ALLUMINIO PRIMARIO
Ricavato dalla bauxite estratta in miniera tramite processo elettrochimico
(elettrolisi)
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ALLUMINIO SECONDARIO
Riciclato, da rottami e rifiuti: viene rifuso
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Alluminio Primario
2015-2025: +95%
12
Fonte: AluPlanet
MERCATO AUTOMOTIVE, MATERIA PRIMA , SVILUPPO SOSTENIBILE - 5
• progressivo incremento dell’offerta di alluminio secondario
• il secondario è una «banca di energia»
• enormemente vantaggioso dal punto di vista energetico/ambientale
13
MERCATO AUTOMOTIVE, MATERIA PRIMA , SVILUPPO SOSTENIBILE - 6
• l’alluminio secondario offre caratteristiche strutturali differenti a causa
dell’inquinamento da ferro
• in particolare, la performance di allungamento sotto carico si riduce
• le applicazioni strutturali dell’alluminio secondario richiedono un
approccio progettuale e produttivo specifico
• nonché lo sviluppo di una «cultura» del progetto evoluta e più
responsabile
14
MERCATO AUTOMOTIVE, MATERIA PRIMA , SVILUPPO SOSTENIBILE - 7
La proposta prevede l’integrazione di
•
•
•
alluminio primario
alluminio secondario
materiali compositi
per lo sviluppo di strutture automotive più leggere
con processi di produzione a ridotto impatto ambientale
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area di specializzazione Mobilità Sostenibile, macrotematiche:
MS 1.1
Sviluppo di sistemi, architetture e/o componenti innovativi con l’impiego di
leghe leggere e relative tecnologie di produzione per l’alleggerimento dei veicoli
MS 1.2
Sviluppo di sistemi, architetture e/o componenti innovativi di veicoli realizzati con
materiali avanzati o non convenzionali (ad esempio, materiali compositi, strutture
ibride, biomateriali) e relative tecnologie di produzione per l’alleggerimento dei
veicoli
MS 2.4
Sviluppo di tecnologie innovative, di nuovi componenti o sottosistemi per veicoli
per la riduzione dell’impatto ambientale e in particolare per la significativa
riduzione dell’impronta carbonica e/o di altre emissioni come le polveri sottili
13-03-2015
dal Work Programme Regione Lombardia su Ricerca e Innovazione
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Communities UniBS:
13-03-2015
http://www.openinnovation.regione.lombardia.it/
TripleA- Sviluppo integrato della filiera Alluminio
per applicazioni Automotive: valutazione dei benefici
sulla qualità dell’Aria
AirEnergy- Valutazione integrata dell'impatto di
nuove tecnologie per le fonti rinnovabili sulla
qualità dell'aria e sulle emissioni di gas serra
(community manager Prof.ssa Marialuisa Volta)
17
Emissioni di CO2 in Lombardia
(INEMAR 2012)
19%
SCENARIO A – riduzione del 20% del peso dei
veicoli commerciali leggeri diesel;
SCENARIO B – riduzione del 20% del peso dei
veicoli commerciali leggeri diesel e auto
passeggeri diesel.
18
Emissioni di NOx, VOC e
PM10 in Lombardia
(CLE 2020)
Riduzioni sul comparto traffico su strada
Riduzioni sul totale
SCENARIO A – riduzione del 20% del
peso dei veicoli commerciali leggeri
diesel
SCENARIO B – riduzione del 20% del
peso dei veicoli commerciali leggeri
diesel e auto passeggeri diesel
Impatti: PM10 e salute
Concentrazioni medie annuali di PM10
mg/mc
Benefici sulla salute
Costi sanitari
(M€/year)
4
Mancata
produttività
(M€/year)
7.4
Totale
(M€/year)
11.4
20
perchè?
[1]
13-03-2015
Alluminio secondario:
Disponibilità strategica di lega
22
110
13-03-2015
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
volumi primario
costo secondario
volumi secondario
2045
2040
2035
2030
2025
2020
2015
2010
0
costo primario
23
perchè?
[2]
13-03-2015
Alluminio secondario:
Sostenibilità ambientale
24
110
13-03-2015
100
90
80
70
riciclo e riuso
gusto del bello
abilità individuale nel
costruire
scambio di esperienze
60
50
40
30
20
10
volumi primario
volumi secondario
Totale volumi leghe alluminio
2050
2045
2040
2035
2030
2025
2020
2015
2010
0
25
perché?
[3]
13-03-2015
Alluminio secondario:
Costo energetico
26
27
13-03-2015
Alluminio primario: dalla tabella precedente
13KWh/Kg
corrispondono a
2,43 tep/tonn
13-03-2015
Una verifica sull’ipotesi 5% (venti volte di meno!)
Per rifondere pani di lega e materozze in ottimo forno fusorio a metano
70 mc/tonn
corrispondono a
0.057 tep/tonn
42 volte in meno di energia prelevata dalle risorse naturali
28
13-03-2015
Volumi necessari
incrementati di 8
volte a pari costo
energetico
29
1.
Sviluppo di leghe secondarie ad alta prestazione
2.
Progettazione , prototipazione e test di componenti dimostratori
3.
Filiera del riciclo di rottami di leghe leggere
13-03-2015
Progetti da sviluppare
41
Impianti del riciclo di rottami e trucioli di leghe e rifusione in loco
Processi fusori e di giunzione adeguati alle progettazioni sviluppate
• Leghe MMC
• Co-fusioni
• Incollaggi
• Legami e stratificazioni
13-03-2015
Processi da innovare
Test e normative per banchi e per prove di fatica
Test e normative per competizioni dimostrative
42
•
Componenti di sospensione anteriori e posteriori
•
Fusioni per telai a plasticità variabile e localizzata (strutture crash)
•
Fusioni per telai scatolati con anime inorganiche
•
Profili di estrusi a resistenza variabile
•
Componenti pluri-materiali (ibridi)
•
Struttura per autotelaio ibrida/integrata
13-03-2015
Dimostratori da realizzare nei progetti
43
•
•
•
•
UNIVERSITÀ -gruppi di ricerca Automotive, Materiali
LABORATORI DI PROVE MECCANICHE E ANALISI METALLURGICHE
CENTRI DI CALCOLO E SIMULAZIONE
CENTRI PROVE SU BANCHI STATICI E DINAMICI
•
•
•
RAFFINERIE DI METALLI
ESTRUSORI
FONDERIE DI LEGHE LEGGERE
• Gravità
• Bassa pressione
• Pressofusione
•
•
COSTRUTTORI DI IMPIANTI DI FONDERIA
COSTRUTTORI DI CARPENTERIE PER RICICLO
•
•
•
AZIENDE DI LAVORAZIONI MECCANICHE ASSEMBLAGGI
AZIENDE PRIMO IMPIANTO AUTOMOTIVE PER UTILIZZO DEI DIMOSTRATORI
PROVING GROUNDS E STRUTTURE TESTING, MOTORSPORT
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Partner potenziali: aziende ed enti di ricerca
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Progetto 1
Partner di progetto:
• UniBS – Gruppi Materiali e Metallurgia
• RAFFMETAL
• FMB
• CORAM
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Sviluppo di leghe secondarie ad alta prestazione
Fornitori di servizi:
• CSMT-AQM
Sponsor tecnologici:
• OMR
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Progetto 2
Partner di progetto:
• UniBS – Gruppo Automotive
• OMR
• DallaraAutomobili
• Strutture motorsport
13-03-2015
Progetto, prototipazione e test di componenti dimostratori
Fornitori di servizi:
• AQM
Sponsor tecnologici
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Progetto 3
Partner di progetto:
• RAFFMETAL
• OMR
• SOMIN
• CORAM
13-03-2015
Filiera del riciclo di rottami di leghe leggere
Fornitori di servizi
Sponsor tecnologici
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Attacco sospensione anteriore
in lega leggera primaria
per una vettura gran turismo con
telaio completamente in alluminio di
nuova generazione
(produzione OMR-FMB)
13-03-2015
CASE STUDY:
Trave verticale scatolata realizzata
con anime inorganiche,
getto con spessori da 3mm
Miglioramento sostanziale possibile
Con riprogettazione secondo i
presupposti del nostro progetto
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13-03-2015
Grazie per l’attenzione
Marco Gadola – Enio Gritti
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