Energia della batteria dei veicoli elettrici, emissioni e risparmio di autonomia: il potere dell'alluminio riciclato

L’industria automobilistica, più precisamente la produzione di veicoli elettrici, sta sperimentando un processo innovativo per la raccolta e la lavorazione dei rottami di alluminio per nuove parti di veicoli. Il Pacific Northwest National Laboratory del DOE, in collaborazione con la società di tecnologie per la mobilità Magna, ha appena presentato un nuovo metodo di produzione che riduce l'input energetico di oltre 50 % e le emissioni di anidride carbonica di oltre 90 % eliminando la necessità di estrarre ed elaborare la stessa quantità di minerali di alluminio grezzo. Inoltre, l’uso dell’alluminio leggero può anche aumentare l’autonomia dei veicoli elettrici.

Questo processo brevettato e pluripremiato di lavorazione ed estrusione assistita da taglio (ShAPE™) raccoglie pezzi di scarto e scarti di finiture in alluminio dalla produzione automobilistica e li converte direttamente in materiale adatto per nuove parti di veicoli. Presto saranno pronti anche a produrre particolari leggeri in alluminio per veicoli elettrici.

Gli ultimi progressi, dettagliati in un nuovo rapporto e documento di ricerca in Manufacturing Letters, eliminano la necessità di aggiungere alluminio appena estratto ai materiali che verranno utilizzati nella produzione. Riducendo il costo del riciclaggio dell’alluminio, i produttori possono abbassare il costo complessivo dei componenti in alluminio, offrendo loro alternative migliori per sostituire l’acciaio nella produzione.

"Abbiamo dimostrato che le parti in alluminio realizzate utilizzando il processo ShAPE soddisfano gli standard dell'industria automobilistica in termini di resistenza e assorbimento di energia", ha affermato Scott Whalen, scienziato dei materiali del PNNL e ricercatore capo. “Fondamentalmente, il processo ShAPE scompone le impurità metalliche nei rifiuti senza richiedere una fase di trattamento termico ad alta intensità energetica. Questo da solo fa risparmiare molto tempo e introduce nuove efficienze."

Il nuovo rapporto e le pubblicazioni di ricerca rappresentano il culmine di una partnership quadriennale con Magna, il più grande produttore di componenti automobilistici del Nord America.

"La sostenibilità è in prima linea in tutto ciò che facciamo", ha affermato Massimo DiCiano, responsabile della scienza dei materiali presso Magna. "Dai nostri processi produttivi ai materiali che utilizziamo e il processo ShAPE è un'eccellente prova della direzione in cui vogliamo sviluppare e creare nuove soluzioni sostenibili per i nostri clienti."

Vantaggi dell'alluminio

Oltre all’acciaio, l’alluminio è il materiale più utilizzato nell’industria automobilistica. L’alluminio più leggero e resistente è un materiale chiave nella strategia di produzione di veicoli leggeri per una migliore efficienza, sia per aumentare l’autonomia di un veicolo elettrico che per ridurre la capacità della batteria. Anche se attualmente l’industria automobilistica ricicla la maggior parte dell’alluminio, vi aggiunge regolarmente alluminio primario appena estratto prima di riutilizzarlo per diluire le impurità.

I produttori di metalli si affidano anche al processo secolare di preriscaldamento dei mattoni, o "banconote", come sono conosciuti nel settore, a temperature superiori a 550°C per diverse ore. La fase di preriscaldamento dissolve i grappoli di impurità, come silicio, magnesio o ferro, nel metallo grezzo e li distribuisce uniformemente in tutta la billetta attraverso un processo noto come omogeneizzazione.

Al contrario, il processo ShAPE esegue la stessa fase di omogeneizzazione in meno di un secondo e poi, senza preriscaldamento, converte l’alluminio solido in un prodotto finito in pochi minuti.

"Con i nostri partner di Magna, abbiamo raggiunto una pietra miliare nello sviluppo del processo ShAPE", ha affermato Whalen. "Abbiamo dimostrato la sua versatilità creando parti quadrate, trapezoidali e multi-cella, che soddisfano tutte i criteri di qualità di resistenza e 'duttilità', o capacità di deformarsi."

Per questi esperimenti, il gruppo di ricerca ha lavorato con una lega di alluminio nota come 6063, o alluminio architettonico. Questa lega viene utilizzata per una varietà di componenti automobilistici come supporti del motore, gruppi di paraurti, longheroni del telaio e finiture esterne.

Il gruppo di ricerca del PNNL ha esaminato le forme estruse utilizzando la microscopia elettronica a scansione e la diffrazione di retrodiffusione elettronica, che crea un'immagine della disposizione e della microstruttura di ciascuna particella metallica nel prodotto finale. I risultati hanno mostrato che i prodotti ShAPE sono ugualmente resistenti e privi di difetti di fabbricazione che potrebbero causare il guasto delle parti. I prodotti non mostravano segni di grandi gruppi di impurità metalliche che possono causare il deterioramento del materiale e ostacolare gli sforzi per utilizzare l’alluminio secondario riciclato per realizzare nuovi prodotti.

Ora il gruppo di ricerca sta esaminando leghe di alluminio ancora più resistenti, comunemente utilizzate nei contenitori delle batterie dei veicoli elettrici.

“Questa innovazione è solo il primo passo verso la creazione di un’economia circolare per l’alluminio riciclato nella produzione”, ha affermato Whalen. “Stiamo ora lavorando per includere i flussi di rifiuti post-uso, che potrebbero creare un mercato completamente nuovo per i rottami di alluminio secondario”.