Économies d'énergie, d'émissions et d'autonomie des batteries de véhicules électriques - La puissance de l'aluminium recyclé

L'industrie automobile, et plus précisément la production de véhicules électriques, est pionnière dans un procédé innovant de collecte et de traitement des déchets d'aluminium pour la fabrication de nouvelles pièces de véhicules. Le laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du DOE, en partenariat avec la société de technologie de mobilité Magna, vient de dévoiler une nouvelle méthode de production qui réduit l'apport d'énergie de plus de 50 % et les émissions de dioxyde de carbone de plus de 90 % en éliminant le besoin d'extraire et de traiter la même quantité de minerais d'aluminium bruts. De plus, l’utilisation d’aluminium léger peut également augmenter l’autonomie des véhicules électriques.

Ce procédé breveté et primé d'usinage et d'extrusion assistés par cisaillement (ShAPE™) collecte des morceaux et des chutes de garnitures en aluminium provenant de la fabrication automobile et les convertit directement en matériau approprié pour de nouvelles pièces de véhicules. Bientôt, ils seront également prêts à produire des pièces légères en aluminium pour véhicules électriques.

La dernière avancée, détaillée dans un nouveau rapport et un article de recherche paru dans Manufacturing Letters, élimine le besoin d’ajouter de l’aluminium fraîchement extrait aux matériaux qui seront utilisés dans la fabrication. En réduisant le coût du recyclage de l’aluminium, les fabricants peuvent réduire le coût global des composants en aluminium, leur offrant ainsi de meilleures alternatives pour remplacer l’acier dans la fabrication.

"Nous avons montré que les pièces en aluminium fabriquées à l'aide du procédé ShAPE répondent aux normes de l'industrie automobile en matière de résistance et d'absorption d'énergie", a déclaré Scott Whalen, scientifique des matériaux et chercheur principal au PNNL. « Le procédé ShAPE décompose les impuretés métalliques présentes dans les déchets sans nécessiter une étape de traitement thermique énergivore. Cela permet à lui seul de gagner un temps considérable et d'introduire de nouvelles efficacités. »

Le nouveau rapport et les publications de recherche sont le point culminant d'un partenariat de quatre ans avec Magna, le plus grand fabricant de pièces automobiles en Amérique du Nord.

« La durabilité est au premier plan de tout ce que nous faisons », a déclaré Massimo DiCiano, responsable de la science des matériaux chez Magna. "De nos processus de production aux matériaux que nous utilisons et le processus ShAPE est une excellente preuve de la direction dans laquelle nous voulons développer et créer de nouvelles solutions durables pour nos clients."

Avantages de l'aluminium

Outre l’acier, l’aluminium est le matériau le plus utilisé dans l’industrie automobile. L'aluminium, plus léger et plus résistant, est un matériau clé dans la stratégie visant à produire des véhicules légers pour une efficacité améliorée, qu'il s'agisse d'augmenter l'autonomie d'un véhicule électrique ou de réduire la capacité de la batterie. Si l’industrie automobile recycle actuellement la majeure partie de son aluminium, elle y ajoute régulièrement de l’aluminium primaire nouvellement extrait avant de le réutiliser pour diluer les impuretés.

Les fabricants de métaux s'appuient également sur un processus centenaire de préchauffage des briques, ou « factures », comme on les appelle dans l'industrie, à des températures supérieures à 550 °C pendant plusieurs heures. L'étape de préchauffage dissout les amas d'impuretés telles que le silicium, le magnésium ou le fer dans le métal brut et les répartit uniformément dans la billette grâce à un processus appelé homogénéisation.

En revanche, le procédé ShAPE effectue la même étape d'homogénéisation en moins d'une seconde puis, sans préchauffage, convertit l'aluminium solide en un produit fini en quelques minutes.

"Avec nos partenaires de Magna, nous avons franchi une étape clé dans le développement du procédé ShAPE", a déclaré Whalen. "Nous avons démontré sa polyvalence en créant des pièces carrées, trapézoïdales et multicellulaires, qui répondent toutes à des critères de qualité de résistance et de "ductilité", ou capacité à se déformer."

Pour ces expériences, l’équipe de recherche a travaillé avec un alliage d’aluminium appelé 6063, ou aluminium architectural. Cet alliage est utilisé pour une variété de composants automobiles tels que les supports de moteur, les pare-chocs, les longerons de cadre et les garnitures extérieures.

L'équipe de recherche du PNNL a examiné les formes extrudées en utilisant la microscopie électronique à balayage et la diffraction par rétrodiffusion des électrons, ce qui crée une image de la disposition et de la microstructure de chaque particule métallique dans le produit final. Les résultats ont montré que les produits ShAPE sont tout aussi solides et exempts de défauts de fabrication pouvant entraîner la défaillance de pièces. Les produits ne présentaient aucun signe de grands groupes d'impuretés métalliques susceptibles de provoquer une détérioration des matériaux et d'entraver les efforts visant à utiliser de l'aluminium recyclé secondaire pour fabriquer de nouveaux produits.

L’équipe de recherche étudie désormais des alliages d’aluminium encore plus résistants, couramment utilisés dans les boîtiers de batteries des véhicules électriques.

« Cette innovation n'est que la première étape vers la création d'une économie circulaire pour l'aluminium recyclé dans le secteur manufacturier », a déclaré Whalen. "Nous travaillons actuellement à inclure les flux de déchets post-utilisation, ce qui pourrait créer un tout nouveau marché pour les déchets d'aluminium secondaire."