Τα προηγμένα υλικά είναι απαραίτητα για την ενίσχυση της οικονομίας καυσίμου των σύγχρονων αυτοκινήτων, διατηρώντας παράλληλα την ασφάλεια και την απόδοση. Επειδή απαιτείται λιγότερη ενέργεια για την επιτάχυνση ενός ελαφρύτερου αντικειμένου από ένα βαρύτερο, τα ελαφριά υλικά προσφέρουν μεγάλες δυνατότητες για αύξηση της απόδοσης του οχήματος. Μια μείωση κατά 10% στο βάρος του οχήματος μπορεί να οδηγήσει σε βελτίωση της οικονομίας καυσίμου κατά 6%-8%. Η αντικατάσταση εξαρτημάτων από χυτοσίδηρο και παραδοσιακό χάλυβα με ελαφριά υλικά όπως χάλυβας υψηλής αντοχής, κράματα μαγνησίου (Mg), κράματα αλουμινίου (Al), ανθρακονήματα και σύνθετα πολυμερή μπορεί να μειώσει άμεσα το βάρος του αμαξώματος και του πλαισίου ενός οχήματος έως και 50 τοις εκατό και επομένως μειώνουν την κατανάλωση καυσίμου ενός οχήματος. Η χρήση ελαφρών εξαρτημάτων και κινητήρων υψηλής απόδοσης που ενεργοποιούνται από προηγμένα υλικά στο ένα τέταρτο του στόλου των ΗΠΑ θα μπορούσε να εξοικονομήσει περισσότερα από 5 δισεκατομμύρια γαλόνια καυσίμου ετησίως έως το 2030.
Χρησιμοποιώντας ελαφριά δομικά υλικά, τα αυτοκίνητα μπορούν να μεταφέρουν επιπλέον προηγμένα συστήματα ελέγχου εκπομπών, συσκευές ασφαλείας και ενσωματωμένα ηλεκτρονικά συστήματα χωρίς να αυξάνουν το συνολικό βάρος του οχήματος. Ενώ κάθε όχημα μπορεί να χρησιμοποιήσει ελαφριά υλικά, είναι ιδιαίτερα σημαντικά για υβριδικά ηλεκτρικά, plug-in υβριδικά ηλεκτρικά και ηλεκτρικά οχήματα. Η χρήση ελαφρών υλικών σε αυτά τα οχήματα μπορεί να αντισταθμίσει το βάρος των συστημάτων ισχύος, όπως οι μπαταρίες και οι ηλεκτροκινητήρες, βελτιώνοντας την απόδοση και αυξάνοντας την αμιγώς ηλεκτρική αυτονομία τους. Εναλλακτικά, η χρήση ελαφρών υλικών θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα την ανάγκη μιας μικρότερης και χαμηλότερης μπαταρίας, διατηρώντας παράλληλα σταθερή την πλήρως ηλεκτρική γκάμα των βυσματούμενων οχημάτων.
Η έρευνα και η ανάπτυξη ελαφρών υλικών είναι ουσιαστικής σημασίας για τη μείωση του κόστους τους, την αύξηση της ικανότητας ανακύκλωσής τους, την ενσωμάτωσή τους στα οχήματα και τη μεγιστοποίηση των οφελών τους στην οικονομία καυσίμου.
Το Γραφείο Τεχνολογιών Οχημάτων (VTO) εργάζεται για τη βελτίωση αυτών των υλικών με τέσσερις τρόπους:
Αύξηση της κατανόησης των ίδιων των υλικών μέσω της μοντελοποίησης και της υπολογιστικής επιστήμης υλικών
Βελτίωση των ιδιοτήτων τους (όπως αντοχή, ακαμψία και ολκιμότητα)
Βελτίωση της κατασκευής τους (κόστος υλικού, ρυθμός παραγωγής ή απόδοση)
Ανάπτυξη κραμάτων προηγμένων υλικών
Βραχυπρόθεσμα, η αντικατάσταση εξαρτημάτων από βαρύ χάλυβα με υλικά όπως σύνθετα πολυμερή ενισχυμένα με ίνες γυαλιού, χάλυβα υψηλής αντοχής, αλουμίνιο ή γυαλί μπορεί να μειώσει το βάρος των συστατικών κατά 10-60 τοις εκατό. Οι επιστήμονες έχουν ήδη κατανοήσει τις ιδιότητες αυτών των υλικών και τις σχετικές διαδικασίες κατασκευής. Οι ερευνητές εργάζονται για να μειώσουν το κόστος τους και να βελτιώσουν τις διαδικασίες σύνδεσης, μοντελοποίησης και ανακύκλωσης αυτών των υλικών.
