Los autos deportivos de lujo a lo largo de los años se han centrado en el peso ligero y el uso de una variedad de materiales para lograr los vehículos más livianos posibles. Estos diseños eficientes en masa son excelentes para la aceleración, que es una medida de rendimiento crítica en estos vehículos. Sin embargo, esto tiene un alto costo para el consumidor.
La importancia de la reducción de peso para el vehículo promedio ha variado. Al principio, dependía del costo y la disponibilidad de la gasolina, pero eventualmente se expandió a requisitos de seguridad cada vez más estrictos (que agregaron una masa significativa a las estructuras corporales) y regulaciones de economía de combustible destinadas a reducir la dependencia del petróleo extranjero y de las emisiones del tubo de escape. Como consecuencia de los estudios sobre el cambio climático y el medio ambiente, el problema de las emisiones de gases de efecto invernadero, GEI, del tubo de escape se ha convertido en una importante preocupación mundial por la cual muchos países han adoptado reglamentos y normas.
Hay muchas formas de reducir las emisiones del tubo de escape, incluida la mejora de la eficiencia del combustible a través de sistemas aerodinámicos y sistemas de propulsión mejorados, y la reducción de la resistencia y el peso de la rodadura, por nombrar algunos. Los fabricantes de automóviles en todo el mundo han estado mejorando en cada una de estas áreas durante varios años. Sin embargo, las emisiones de GEI siguen aumentando.
Esto se puede esperar a medida que aumenta el número de vehículos a nivel mundial. Pero también hay que hacer una pausa y preguntar: ¿Ha cambiado algo más?
La mejor manera de responder a esta pregunta es mirar el panorama completo, o en este caso, realizar una evaluación del ciclo de vida en vehículos de peso ligero.
El Steel Market Development Institute, SMDI y Steel Recycling Institute, SRI, ambas unidades de negocios del American Iron and Steel Institute, AISI, junto con WorldAutoSteel, recientemente lo hicieron. Estos grupos han estado estudiando el impacto de las emisiones y el consumo de energía en vehículos de peso ligero con diversos materiales durante varios años. El acero es una gran parte del material utilizado en los vehículos de gran volumen de hoy. De hecho, más del 50% de un vehículo promedio está hecho de acero, el material dominante para las estructuras de la carrocería, los componentes del chasis y la suspensión, y los paneles de cierre, como puertas, capotas y guardabarros. Una vez que agrega los componentes de acero en el motor y la transmisión, el acero representa más de tres cuartos del peso del vehículo.
Ascenso del acero
El acero se convirtió en un material dominante en el automóvil promedio en la década de 1930, cuando los fabricantes de automóviles descubrieron que el acero tiene mejor desempeño que la madera para estructuras de carrocería (ya se estaba utilizando para paneles de cierre). Era rentable y abundante, y las industrias del ferrocarril y de la construcción habían estado utilizando el acero durante décadas. La combinación del rendimiento de alta resistencia y durabilidad del acero, junto con su bajo costo, ha permitido que el acero siga siendo un metal preferido para los vehículos.
Además, la industria del acero ha continuado innovando y desarrollando nuevos grados de acero para proporcionar una mayor resistencia. Cuando se utilizan calidades de acero más avanzadas y de alta resistencia y alta resistencia, los ingenieros automotrices no solo pueden diseñar un vehículo con mayor rendimiento, sino que también pueden hacerlo con una masa más baja, ya que se necesita menos acero (en forma de una hoja más delgada). De hecho, la industria ha aumentado la resistencia del acero 10 veces desde la década de 1970.
Costos ocultos de las alternativas de acero
Con los mandatos cada vez más estrictos para mejorar el ahorro de combustible y reducir las emisiones del tubo de escape, los fabricantes de automóviles se sienten presionados a usar materiales alternativos para el aligeramiento, como los polímeros reforzados con fibra de aluminio y aluminio, CFRP. Estos materiales pueden proporcionar aligeramiento adicional sobre los aceros avanzados de alta resistencia, pero a un costo significativo para el consumidor y para el medio ambiente.
El impacto del costo es simple. El aluminio cuesta entre dos y tres veces el costo del acero y el CFRP es entre seis y diez veces más costoso. Se han realizado muchas investigaciones para reducir el costo de estos materiales alternativos. Sin embargo, siempre habrá una diferencia significativa en los costos como resultado de la cantidad de energía necesaria para hacer las materias primas. El aluminio requiere siete veces la energía del acero cuando se procesa a partir de mineral, y la producción de CFRP consume aún más energía.
La evaluación del impacto ambiental también es sencilla, pero debe tener en cuenta todos los aspectos de la vida de un vehículo. Esto incluye no solo la fase de uso (emisiones del tubo de escape) sino también la producción (materiales y montaje del vehículo) y el final de la vida útil del vehículo (reciclaje / eliminación).
Por ejemplo, tome un vehículo de línea de base construido principalmente de varios grados de acero y liviano con aluminio, CFRP o uso optimizado de acero avanzado de alta resistencia. En general, aunque se utilizará menos aluminio y CFRP en masa, debido a que las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) que resultan en la producción de los materiales son muy diferentes, la solución de acero optimizada producirá las emisiones de GEI más bajas para esta fase. El cuadro a continuación muestra la diferencia en la producción global de emisiones de GEI para producir un kilogramo de cada material junto con la cantidad de reducción de masa que normalmente se puede lograr con cada material. Debido a la menor energía necesaria para fabricar acero, claramente tiene una ventaja.
Instituto de Desarrollo del Mercado del Acero
La diferencia en la masa del vehículo ligero frente a la línea de base también reducirá el consumo de combustible y, por lo tanto, las emisiones del tubo de escape. Sin embargo, se ha demostrado que aligerar la carrocería y los cierres de un vehículo con aluminio solo alcanza una mejora de 0.5 MPG. Esta pequeña diferencia requiere que el vehículo esté en la carretera por lo menos 10-12 años o más para compensar la diferencia significativa en la fase de producción de materiales de emisiones de GEI.
Reciclabilidad
La fase de finalización de la vida útil de un vehículo completa la historia del ciclo de vida. El acero es el material automotriz más reciclado del mundo. Es fácil de clasificar por imanes y se puede volver a fundir en cualquiera de los más de 200 grados disponibles en la actualidad en la industria automotriz, así como en cualquier otro producto de acero fabricado en la actualidad. El aluminio debe clasificarse o degradarse cuando se vuelve a fundir para uso automotriz, y el CFRP se elimina principalmente, pero se puede cortar y usar para otras aplicaciones.
Los estudios revisados por expertos de SMDI / SRI muestran claramente que el aligeramiento con acero logra las emisiones de GEI totales más bajas al mejor costo para el consumidor. Cuando se enfoca solo en las emisiones del tubo de escape, los resultados de los vehículos de peso ligero con materiales alternativos pueden llevar a un aumento involuntario de las emisiones totales de GEI a lo largo del ciclo de vida de un vehículo. ¿Deberíamos realmente pagar más por los vehículos que empeoran el medio ambiente?
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