Ahorro de energía, emisiones y autonomía de baterías de vehículos eléctricos: el poder del aluminio reciclado

La industria automovilística, más concretamente la producción de vehículos eléctricos, es pionera en un proceso innovador de recogida y procesamiento de chatarra de aluminio para piezas de vehículos nuevos. El Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del DOE, en colaboración con la empresa de tecnología de movilidad Magna, acaba de presentar un nuevo método de producción que reduce el consumo de energía en más de 50 % y las emisiones de dióxido de carbono en más de 90 % al eliminar la necesidad de extraer y procesar la misma cantidad de minerales de aluminio en bruto. Además, el uso de aluminio ligero también puede aumentar la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos.

Este proceso patentado y galardonado de extrusión y mecanizado asistido por cizallamiento (ShAPE™) recolecta trozos y restos de molduras de aluminio de la fabricación de automóviles y los convierte directamente en material adecuado para piezas de vehículos nuevos. Próximamente también estarán preparados para producir piezas ligeras de aluminio para vehículos eléctricos.

Los últimos avances, detallados en un nuevo informe y artículo de investigación en Manufacturing Letters, eliminan la necesidad de agregar aluminio recién extraído a los materiales que se utilizarán en la fabricación. Al reducir el costo del reciclaje de aluminio, los fabricantes pueden reducir el costo total de los componentes de aluminio, brindándoles mejores alternativas para reemplazar el acero en la fabricación.

"Hemos demostrado que las piezas de aluminio fabricadas mediante el proceso ShAPE cumplen con los estándares de la industria automotriz en cuanto a resistencia y absorción de energía", dijo Scott Whalen, científico de materiales e investigador principal del PNNL. “Lo más importante es que el proceso ShAPE descompone las impurezas metálicas de los residuos sin requerir un paso de tratamiento térmico que consuma mucha energía. Esto por sí solo ahorra mucho tiempo e introduce nuevas eficiencias".

El nuevo informe y las publicaciones de investigación son la culminación de una asociación de cuatro años con Magna, el mayor fabricante de repuestos para automóviles de América del Norte.

"La sostenibilidad está a la vanguardia de todo lo que hacemos", afirmó Massimo DiCiano, director de ciencia de materiales de Magna. "Desde nuestros procesos de producción hasta los materiales que utilizamos y el proceso ShAPE es una excelente prueba de la dirección en la que queremos desarrollar y crear nuevas soluciones sostenibles para nuestros clientes".

Ventajas del aluminio

Además del acero, el aluminio es el material más utilizado en la industria del automóvil. El aluminio, más ligero y resistente, es un material clave en la estrategia para producir vehículos ligeros que mejoren la eficiencia, ya sea para aumentar la autonomía de un vehículo eléctrico o reducir la capacidad de la batería. Si bien la industria automotriz actualmente recicla la mayor parte de su aluminio, regularmente le agrega aluminio primario recién extraído antes de reutilizarlo para diluir las impurezas.

Los fabricantes de metales también dependen del proceso centenario de precalentar ladrillos, o "billetes", como se les conoce en la industria, a temperaturas superiores a 550°C durante varias horas. El paso de precalentamiento disuelve grupos de impurezas como silicio, magnesio o hierro en el metal en bruto y los distribuye uniformemente por todo el tocho mediante un proceso conocido como homogeneización.

Por el contrario, el proceso ShAPE realiza el mismo paso de homogeneización en menos de un segundo y luego, sin precalentar, convierte el aluminio sólido en un producto terminado en minutos.

"Con nuestros socios de Magna, hemos alcanzado un hito clave en el desarrollo del proceso ShAPE", afirmó Whalen. "Hemos demostrado su versatilidad creando piezas cuadradas, trapezoidales y de múltiples celdas, todas las cuales cumplen con criterios de calidad en cuanto a resistencia y 'ductilidad', o capacidad de deformarse".

Para estos experimentos, el equipo de investigación trabajó con una aleación de aluminio conocida como 6063, o aluminio arquitectónico. Esta aleación se utiliza para una variedad de componentes automotrices, como soportes de motor, conjuntos de parachoques, rieles del bastidor y molduras exteriores.

El equipo de investigación del PNNL examinó las formas extruidas mediante microscopía electrónica de barrido y difracción de retrodispersión de electrones, lo que crea una imagen del diseño y la microestructura de cada partícula metálica en el producto final. Los resultados mostraron que los productos ShAPE son igualmente fuertes y están libres de defectos de fabricación que podrían provocar fallas en las piezas. Los productos no mostraron signos de grandes grupos de impurezas metálicas que puedan causar deterioro del material y obstaculizar los esfuerzos para utilizar aluminio reciclado secundario para fabricar nuevos productos.

Ahora el equipo de investigación está estudiando aleaciones de aluminio aún más resistentes, que se utilizan habitualmente en carcasas de baterías para vehículos eléctricos.

"Esta innovación es sólo el primer paso hacia la creación de una economía circular para el aluminio reciclado en la fabricación", afirmó Whalen. "Ahora estamos trabajando para incluir flujos de residuos post-uso, lo que podría crear un mercado completamente nuevo para la chatarra secundaria de aluminio".