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La dieta delle auto

 By RP Siegel

RP Siegel racconta cosa stanno sperimentando le Case automobilistiche per ridurre il consumo di carburante e rispettare entro il 2025 gli ambiziosi obiettivi “green” che si è data l’amministrazione Obama. I costruttori stanno cercando di ridurre il peso dei veicoli attraverso l’utilizzo di materiali e leghe più leggeri. In sostanza, un corpo più leggero ha bisogno di meno sospensione per essere sostenuto, il che richiede un motore più piccolo per dargli accelerazione che, a sua volta, necessita una sospensione anche inferiore, e così via. E’ un effetto valanga, al contrario. Basterà…? 

Nel 2009, l’amministrazione Obama ha iniziato ad alzare gli standard della Corporate Average Fuel Economy (CAFE) per le auto e i camioncini, così da raggiungere 54,5 mpg entro il 2025 e ridurre le emissioni. Si tratta di un obiettivo piuttosto ambizioso considerando che si parte da 30,2 mpg nel 2011. Come spiega Margo Oge, ex direttore dell’ Office of Air Quality and Transportation dell’EPA, gli ingegneri dell’EPA hanno lavorato insieme alle aziende automobilistiche per valutare le diverse tecnologie e capire quali obiettivi fossero raggiungibili.

L’attenzione è stata focalizzata sui carburanti alternativi e i powertrains. Il bio-etanolo è già nella composizione dei carburanti nazionali. Ci sono già su strada 17,4 milioni di veicoli policarburante in grado di funzionare con una miscela formata per l’ 83% di etanolo (E85). Poi c’è l’ elettrico che per i veicoli ha due versioni: elettrico a batteria o ibrido. La densità energetica delle batterie moderne è solo 1% di quella della benzina, il che rende “l’ansia di autonomia” un problema limitato ai viaggi lunghi.  Gli ibridi elettrici sono essenzialmente un compromesso tra risparmio di carburante e autonomia.

Le auto a celle di combustibile sono invece veicoli elettrici che usano una “batteria” che può essere riempita come un’auto a benzina, se ci sono le infrastrutture. Queste auto emettono solo vapore acqueo. Le suddette alternative sono, nel complesso, tutte abbastanza note e dalla tecnologia promettente anche se i costruttori di auto sanno bene che, da sole, non porteranno riduzioni sufficienti per raggiungere gli ambiziosi obiettivi “green”, almeno non nei tempi concessi.

Per poter far circolare auto e camion nel modo in cui siamo abituati ma usando meno carburante, sarà quindi necessario fare un passo avanti e ridurre il peso dei veicoli. A questo scopo sono iniziati dei programmi di crash test. Potrebbe non essere ovvio che ridurre il peso dei veicoli significa risparmiare energia, ma qui c’è un principio sottile che si chiama scomposizione di massa (mass decompounding). In sostanza, un corpo più leggero ha bisogno di meno sospensione per essere sostenuto, il che richiede un motore più piccolo per dargli accelerazione che, a sua volta, necessita una sospensione anche inferiore, e così via. E’ un effetto valanga, al contrario.

Le automobili oggi sono fatte essenzialmente di acciaio, che è robusto ma pesante. I produttori hanno usato anche materiali più leggeri, come l’alluminio e il magnesio, ma sono più costosi. Si può diminuire il peso delle vetture senza aumentarne i prezzi o le persone dovranno pagare di più per avere maggiore economia di carburante?

Il fatto che il pick-up F 150, uno dei veicoli più diffusi in America, presentato da Ford nel 2015 , abbia una scocca tutta di alluminio la dice lunga. Il nuovo F-150 ha perso 316 kg con la conversione. E il trend sta chiaramente accelerando. Secondo Kevin Anton, ex- direttore del settore sostenibilità in Alcoa, “Negli anni Settanta la vettura media americana conteneva circa 45 kg di alluminio. La quantità è cresciuta fino a 157 kg oggi e si prospetta che arriverà a 249 kg entro il 2025”. Miglioramenti nella tecnologia delle leghe hanno condotto ad un magnesio inossidabile e resistente alla corrosione che sta trovando la sua collocazione per le auto.

VW, Audi, Mercedes Benz, BMW, Ford, Jaguar e GM ora usano tutte il magnesio nei loro sistemi di trasmissione.

Forse l’evoluzione più sorprendente si è avuta con l’avvento dei composti rinforzati di fibra di carbonio. BMW, che ha alternato materiali diversi per tetti e tettucci, si è impegnata al massimo con il suo nuovo modello elettrico i3 dove tutto il vano passeggeri è in fibra di carbonio, materiale che è 6 volte più robusto dell’acciaio e 30% più leggero dell’alluminio. Così facendo, la compagnia ha tolto peso all’auto per 349 kg. La fibra di carbonio potrebbe essere veramente il materiale del futuro. Ha già un  posto importante nella costruzione dei jet (jet airliners), anche se i costi sono ancora alti, il che per ora ne limita l’impiego alle auto da corsa e di lusso.

Le automobili oggi sono fatte essenzialmente di acciaio, che è robusto ma pesante. I produttori hanno usato anche materiali più leggeri, come l’alluminio e il magnesio, ma sono più costosi. Si può diminuire il peso delle vetture senza aumentarne i prezzi o le persone dovranno pagare di più per avere maggiore economia di carburante?

Nel frattempo i produttori di acciaio non sono stati con le mani in mano. Secondo quanto afferma Blake Zuidema, direttore del Dipartimento ricerca e sviluppo per il settore automobilistico (Global Automotive R&D) in ArcelorMittal, i progressi fatti nella produzione di acciaio hanno condotto a materiali di grande robustezza che sono 5-6 volte più resistenti dei loro predecessori. Si tratta di un fatto importante in quanto significa che se ne possono usare sezioni più sottili che pesano meno ma danno la stessa affidabilità in termini di robustezza.

Questi nuovi acciai hanno anche un vantaggio “verde”. “Chilo per chilo” dice Zuidema, “ci vuole molta meno energia e meno CO2 per produrre acciaio che alluminio, magnesio o fibra di carbonio. Difatti, ogni chilo di alluminio richiede circa 5 volte di più di CO2, ogni chilo di carbonio circa 10 volte di più e ogni chilo di magnesio circa 15 volte di più. “Perciò anche se questi materiali possono produrre auto più leggere, con una quantità inferiore di emissioni durante la fase di uso del loro ciclo di vita, questo non compenserebbe le emissioni superiori generate durante la produzione, a partire dalle materie prime”. E l’acciaio è tuttora l’opzione più economica, almeno ad oggi. Mentre la ricerca va avanti, ci si può aspettare di trovare una miscela di componenti diversa, perché le nostre auto, non diversamente dai loro passeggeri, fanno attenzione a quello che mangiano e cercano continuamente modi per perdere peso.

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RP Siegel