تعتبر المواد المتقدمة ضرورية لتعزيز الاقتصاد في استهلاك الوقود في السيارات الحديثة مع الحفاظ على السلامة والأداء. ونظرًا لأن تسريع جسم أخف وزنًا يتطلب طاقة أقل مقارنة بجسم أثقل، فإن المواد خفيفة الوزن توفر إمكانات كبيرة لزيادة كفاءة السيارة. يمكن أن يؤدي تخفيض وزن السيارة بنسبة 10% إلى تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود بنسبة 6%-8%. إن استبدال مكونات الحديد الزهر والفولاذ التقليدية بمواد خفيفة الوزن مثل الفولاذ عالي القوة وسبائك المغنيسيوم (Mg) وسبائك الألومنيوم (Al) وألياف الكربون ومركبات البوليمر يمكن أن يقلل بشكل مباشر من وزن جسم السيارة وشاسيه بنسبة تصل إلى 50%. بالمئة وبالتالي تقليل استهلاك السيارة للوقود. إن استخدام مكونات خفيفة الوزن ومحركات عالية الكفاءة مدعومة بمواد متقدمة في ربع أسطول الولايات المتحدة يمكن أن يوفر أكثر من 5 مليارات جالون من الوقود سنويًا بحلول عام 2030.
ومن خلال استخدام مواد هيكلية خفيفة الوزن، يمكن للسيارات أن تحمل أنظمة إضافية متقدمة للتحكم في الانبعاثات، وأجهزة أمان، وأنظمة إلكترونية متكاملة دون زيادة الوزن الإجمالي للمركبة. في حين أن أي مركبة يمكن أن تستخدم مواد خفيفة الوزن، إلا أنها مهمة بشكل خاص للسيارات الكهربائية الهجينة، والكهربائية الهجينة، والمركبات الكهربائية. إن استخدام مواد خفيفة الوزن في هذه المركبات يمكن أن يعوض وزن أنظمة الطاقة مثل البطاريات والمحركات الكهربائية، مما يحسن الكفاءة ويزيد من نطاقها الكهربائي بالكامل. وبدلاً من ذلك، قد يؤدي استخدام مواد خفيفة الوزن إلى الحاجة إلى بطارية أصغر حجمًا وأقل تكلفة مع الحفاظ على ثبات المدى الكهربائي بالكامل للمركبات الكهربائية.
يعد البحث والتطوير في المواد خفيفة الوزن أمرًا ضروريًا لخفض تكلفتها، وزيادة قدرتها على إعادة التدوير، وتمكين دمجها في المركبات، وتعظيم فوائد الاقتصاد في استهلاك الوقود.
يعمل مكتب تقنيات المركبات (VTO) على تحسين هذه المواد بأربع طرق:
زيادة فهم المواد نفسها من خلال النمذجة وعلوم المواد الحسابية
تحسين خصائصها (مثل القوة والصلابة والليونة)
تحسين التصنيع (تكلفة المواد، معدل الإنتاج، أو العائد)
تطوير سبائك من مواد متقدمة
على المدى القصير، يمكن أن يؤدي استبدال مكونات الفولاذ الثقيلة بمواد مثل الفولاذ عالي القوة أو الألومنيوم أو مركبات البوليمر المقواة بالألياف الزجاجية إلى تقليل وزن المكونات بنسبة 10-60 بالمائة. ويفهم العلماء بالفعل خصائص هذه المواد وعمليات التصنيع المرتبطة بها. ويعمل الباحثون على خفض تكلفتهم وتحسين عمليات الانضمام والنمذجة وإعادة تدوير هذه المواد.
