Economia de energia, emissões e autonomia de bateria de veículos elétricos

Por Pacific Northwest National Laboratory 25 de abril de 2023

A microestrutura dentro de um trapézio de alumínio apresenta tamanho de grão altamente refinado e uniforme, fundamental para obter um produto forte e confiável. Crédito: Imagem cortesia de Nicole Overman; aprimoramento por Cortland Johnson | Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico

O novo processo de fabricação resulta na criação de componentes de veículos em alumínio de alta resistência que são econômicos e mais ecológicos.

A indústria automotiva, especificamente de veículos elétricos, é pioneira em um processo inovador de coleta e transformação de sucata de alumínio em novas peças de veículos. O Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do DOE, em parceria com a importante empresa de tecnologia de mobilidade Magna, acaba de revelar um novo método de fabricação que reduz a energia incorporada em mais de 50% e reduz as emissões de dióxido de carbono em mais de 90%, eliminando a necessidade de extrair e processar o mesma quantidade de minério de alumínio bruto. Além disso, o uso de alumínio leve também pode aumentar a autonomia dos veículos elétricos.

Este processo patenteado e premiado de Processamento e Extrusão Assistidos por Cisalhamento (ShAPE™) coleta pedaços de sucata e sobras de aparas de alumínio da fabricação automotiva e os transforma diretamente em material adequado para novas peças de veículos. Agora está sendo dimensionado para fabricar peças leves de alumínio para veículos elétricos.

O avanço mais recente, descrito em detalhes em um novo relatório e em um artigo de pesquisa da Manufacturing Letters, elimina a necessidade de adicionar alumínio recém-extraído ao material antes de usá-lo em novas peças. Ao reduzir o custo da reciclagem do alumínio, os fabricantes poderão reduzir o custo global dos componentes de alumínio, permitindo-lhes substituir melhor o aço.

A sucata de alumínio das montadoras se transforma em novas peças de veículos com o processo de fabricação ShAPE patenteado pelo PNNL. O calor e a fricção amolecem o alumínio e transformam-no de metal áspero em um produto liso, forte e uniforme, sem etapa de fusão. Crédito: Animação de Sara Levine | Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico

“Mostramos que as peças de alumínio formadas com o processo ShAPE atendem aos padrões da indústria automotiva em termos de resistência e absorção de energia”, disse Scott Whalen, cientista de materiais do PNNL e pesquisador principal. “A chave é que o processo ShAPE quebra as impurezas metálicas da sucata sem exigir uma etapa de tratamento térmico que consome muita energia. Isso por si só economiza um tempo considerável e introduz novas eficiências.”

O novo relatório e as publicações de pesquisa marcam o culminar de uma parceria de quatro anos com a Magna, o maior fabricante de peças automotivas da América do Norte. Magna recebeu financiamento para a pesquisa colaborativa do Programa Vehicle Technologies Office, Lightweight Materials Consortium (LightMAT) do DOE.

“A sustentabilidade está na vanguarda de tudo o que fazemos na Magna”, disse Massimo DiCiano, Gerente de Ciência de Materiais da Magna. “Desde nossos processos de fabricação até os materiais que usamos, e o processo ShAPE é uma excelente prova de como buscamos evoluir e criar novas soluções sustentáveis ​​para nossos clientes.”

Além do aço, o alumínio é o material mais utilizado na indústria automobilística. As propriedades vantajosas do alumínio tornam-no um componente automotivo atraente. Mais leve e resistente, o alumínio é um material fundamental na estratégia de fabrico de veículos leves para maior eficiência, seja ampliando a autonomia de um VE ou reduzindo a capacidade da bateria. Embora a indústria automotiva atualmente recicle a maior parte de seu alumínio, ela adiciona rotineiramente alumínio primário recém-extraído antes de reutilizá-lo, para diluir as impurezas.

Os fabricantes de metais também contam com um processo centenário de pré-aquecimento de tijolos, ou “tarugos”, como são conhecidos na indústria, a temperaturas acima de 550°C (1.000°F) por muitas horas. A etapa de pré-aquecimento dissolve aglomerados de impurezas como silício, magnésio ou ferro no metal bruto e os distribui uniformemente no tarugo por meio de um processo conhecido como homogeneização.