Materiali sostenibili per la mobilità futura

Motori elettrici e progettazione leggera: il convegno europeo Sustainable Materials for Future Mobility fa il punto sulla transizione verso la mobilità a Emissioni Zero, puntando su materie prime sostenibili e materiali innovativi, con un’impronta ecologica limitata

di Giuseppe Giordano

Durante il convegno “Sustainable Materials for Future Mobility. Electrification & Lightweight Design”, che si è tenuto a Torino dal 7 al 9 ottobre, più di settanta relatori hanno sviluppato i grandi temi strategici inerenti alla mobilità elettrica e il contemporaneo alleggerimento dei mezzi di trasporto. Il convegno era organizzato da EIT RawMaterials.
EIT RM fa parte dell’European Institute of Innovation & Technology (EIT), Ente dell’Unione Europea creato nel 2008 per incrementare la capacità dei Paesi dell’Unione d’innovare e aumentare il livello tecnologico delle industrie e dei servizi. Attualmente è parte integrante di Horizon 2020, il programma quadro per la Ricerca e l’innovazione dell’Unione.
EIT conta oggi su un network con più di 1000 partner ed è perciò il più grande sistema europeo per l’attività di R&D. Attraverso EIT vengono supportate le nuove idee, viene trovato il modo migliore per trasformarle in prodotti e servizi e di conseguenza anche in posti di lavoro. Infatti, tra le finalità istituzionali di EIT c’è la creazione di lavoro nei diversi Paesi dell’Unione.
Per il raggiungimento di tali obiettivi l’attività di EIT è strutturata in diverse Innovation Communities dedicate all’innovazione in specifici settori, dall’industria alimentare a quella della salute, dal clima all’energia. In particolare, nel 2015 è stata definita la comunità che si interessa di materie prime, chiamata appunto EIT RawMaterials, con headquarter a Berlino. La comunità è divenuta in breve il maggior consorzio mondiale nel settore delle materie prime e svolge principalmente il ruolo di supporto all’industria europea per tutto ciò che riguarda la disponibilità delle materie prime in Europa. Tale supporto si traduce anche inattività di ricerca e formazione principalmente indirizzata allo sviluppo dell’economia circolare nell’Unione.
Il network EIT RawMaterials conta più di 120 partner principali e circa 200 partner di progetto come università, centri di ricerca, industrie leader in vari settori delle materie prime provenienti da 20 Paesi dell’Unione.
EIT RM si è recentemente strutturata in sei Innovation Hub regionali in Belgio, Finlandia, Francia, Italia, Polonia e Svezia, chiamati Co-Location Centres (CLCs), in grado di coordinare in ogni specifico ecosistema le attività di sperimentazione, di formazione tecnologica e di business creato dallo sviluppo dei progetti.

Tre giorni di lavori sui materiali per l’auto del futuro
La prima giornata del convegno è stata dedicata alla definizione del ruolo generale delle materie prime nella realizzazione di un sistema di mobilità sostenibile. Le materie prime sostenibili possono diventare “il petrolio del futuro”, cioè una grandissima ricchezza per quelle organizzazioni come la UE che sappiano sviluppare una politica del settore che tenga conto delle necessità dell’industria dei trasporti. In particolare, è stata presentatala la necessità di nuovi materiali per l’industria dell’automobile, proiettata al 2030 e la distribuzione delle diverse materie prime trai principali players industriali globali.
Il secondo giorno del convegno è stato dedicato alla mobilità elettrica e le testimonianze sono state suddivise in quattro sessioni, rispettivamente dedicate all’analisi della sostenibilità delle fonti di materie prime ed alla definizione degli standard relativi; allo sviluppo delle batterie e del loro riciclo; al ruolo dei magneti nei sistemi di trazione elettrica; alle pile a combustibile (fuel cell) basate sulla tecnologia dell’idrogeno.

La sfida dell’alleggerimento
La terza giornata di convegno è stata dedicata all’alleggerimento dei mezzi di trasporto e la presentazione delle memorie si è articolata in tre sessioni: acciai; leghe di alluminio; materiali compositi.
Nella sessione delle leghe leggere, la memoria di Claudio Mus, R&D Director di Endurance Overseas, ha posto l’attenzione alla ripartizione ipotizzabile tra i materiali nelle auto. Secondo Mus, l’insieme dei diversi acciai continuerà a rappresentare il primo materiale con una quota maggiore del 55% nell’auto del futuro prima dell’auto elettrica. La figura 2 mostra l’ipotesi di ripartizione tra i vari materiali, evidenziando i gruppi di acciaio e alluminio. La percentuale di alluminio è pari all’11%, suddivisa tra getti strutturali (2%) e altre tipologie di prodotti in leghe leggere. L’alluminio si colloca al secondo posto dopo gli acciai e prima dei materiali polimerici.
Oltre al confronto sulle percentuali d’uso dei diversi materiali, Claudio Mus offre un confronto economico. Posto uguale a cento il costo di un particolare in acciaio, quanto riportato in figura 3 mostra l’incremento dovuto alla realizzazione dello stesso particolare in materiali diversi.
Nella memoria viene riportata una valutazione dell’effetto della riduzione del peso sull’autonomia di un’auto elettrica. A parità di altri fattori, la riduzione del peso del veicolo di 100 kg aumenta l’autonomia dell’auto elettrica di circa 11 km. Analogo aumento dell’autonomia può essere ottenuto aumentando la capacità delle batterie da 1,1 a 1,2 kWh. E’ perciò necessario un confronto di costo tra incremento della capacità delle batterie e della riduzione di peso per raggiungere il target di autonomia ricercato.

L’alluminio e l’economia circolare
Gino Schiona, tra i massimi esperti italiani di economia circolare e già direttore generale del CiAl-Consorzio Imballaggi Alluminio, ha approfondito i trend emergenti legati all’economia circolare con particolare riguardo all’alluminio e al suo ciclo di vita. Se l’attuale modello economico è basato sull’estrazione delle materie prime la loro trasformazione sino alla manifattura con conseguente generazione di scarti, è considerato lineare, l’utilizzo degli scarti ed il riciclo dei prodotti a fine vita rappresentano il flusso economico come circolare.
La memoria riporta anche un breve cenno al panorama europeo del fine vita degli autoveicoli ed agli strumenti legislativi europei che regolano il flusso di scarti prodotti. Ogni anno il fine vita degli autoveicoli genera tra 8 e 9 milioni di tonnellate di rifiuti nei vari Paesi della UE. La Direttiva 200/53/EC è stata recentemente emendata con la Direttiva 2018/849. Tale strumento legislativo obbliga i costruttori di autoveicoli a specifiche azioni per la riduzione degli scarti e per il riutilizzo ed il riciclo dei materiali impiegati. A partire dal 2015, i costruttori sono impegnati a garantire il recupero del 95% dei vari componenti dei veicoli a fine vita e il riciclo dell’85% minimo dei materiali. E’ già previsto per il 2020 un innalzamento di questi target.
Roberta Niboli, amministratore delegato di Raffmetal e Vice Chairman di European Aluminium, ha presentato il paper “High performance recycled aluminium alloy“, ultimo contributo italiano al Convegno, e ha illustrato il punto di vista di Raffmetal, uno dei maggiori player europei nel comparto industriale della produzione di lingotti in leghe d’alluminio attraverso la rifusione dei rottami. Grazie alle note caratteristiche dell’alluminio, quali il forte risparmio energetico a favore della rifusione rispetto al primario e la grande riduzione delle emissioni di CO2 tra alluminio primario e secondario, le industrie produttrici di secondario dovranno essere in grado nei prossimi due decenni di produrre fino a circa 8 milioni di tonnellate di metallo leggero per rispondere all’aumento della domanda europea di alluminio senza incrementare le importazioni di metallo primario, che dovranno stabilizzarsi alla quota attuale di circa 4,2 milioni di tonnellate l’anno (Figura 5). Servono quindi politiche efficaci per migliorare il recupero dei rottami di alluminio e il loro riciclo all’interno dell’Unione. La produzione europea attuale di rottami d’alluminio è di 8,9 milioni di tonnellate, ma il 10% di questa quantità prende la strada dell’esportazione.
Per ottenere risultati ambientali positivi, l’industria del secondario deve sviluppare, a fianco di quelli tradizionali, nuovi prodotti che consentano l’utilizzo di leghe secondarie per applicazioni sofisticate. E’ questo ad esempio il caso della lega SilvAL 10® sviluppata da Raffmetal e destinata al settore OEM dell’automotive. SilvAL 10® è una lega da trattamento termico. I valori delle caratteristiche tensili della lega negli stati T7 e T5 sono riportate in figura 6, in contrapposizione ai valori usualmente richiesti per le applicazioni automotive di questa classe di leghe.