Los materiales avanzados son esenciales para aumentar la economía de combustible de los automóviles modernos manteniendo al mismo tiempo la seguridad y el rendimiento. Debido a que se necesita menos energía para acelerar un objeto más liviano que uno más pesado, los materiales livianos ofrecen un gran potencial para aumentar la eficiencia de los vehículos. Una reducción del 10% en el peso del vehículo puede resultar en una mejora del ahorro de combustible del 6% al 8%. Reemplazar los componentes de hierro fundido y acero tradicionales con materiales livianos como acero de alta resistencia, aleaciones de magnesio (Mg), aleaciones de aluminio (Al), fibra de carbono y compuestos poliméricos puede reducir directamente el peso de la carrocería y el chasis de un vehículo hasta en un 50. por ciento y, por tanto, reducir el consumo de combustible del vehículo. El uso de componentes livianos y motores de alta eficiencia habilitados con materiales avanzados en una cuarta parte de la flota estadounidense podría ahorrar más de 5 mil millones de galones de combustible anualmente para 2030.
Al utilizar materiales estructurales livianos, los automóviles pueden llevar sistemas avanzados de control de emisiones, dispositivos de seguridad y sistemas electrónicos integrados adicionales sin aumentar el peso total del vehículo. Si bien cualquier vehículo puede utilizar materiales livianos, son especialmente importantes para los vehículos híbridos eléctricos, híbridos enchufables y eléctricos. El uso de materiales livianos en estos vehículos puede compensar el peso de los sistemas de energía como baterías y motores eléctricos, mejorando la eficiencia y aumentando su autonomía totalmente eléctrica. Alternativamente, el uso de materiales livianos podría resultar en la necesidad de una batería más pequeña y de menor costo, manteniendo constante la autonomía totalmente eléctrica de los vehículos enchufables.
La investigación y el desarrollo de materiales livianos son esenciales para reducir su costo, aumentar su capacidad de reciclaje, permitir su integración en los vehículos y maximizar sus beneficios de economía de combustible.
La Oficina de Tecnologías del Vehículo (VTO) trabaja para mejorar estos materiales de cuatro formas:
Aumentar la comprensión de los propios materiales a través del modelado y la ciencia computacional de los materiales.
Mejorar sus propiedades (como resistencia, rigidez y ductilidad)
Mejorar su fabricación (costo de material, tasa de producción o rendimiento)
Desarrollo de aleaciones de materiales avanzados
A corto plazo, reemplazar componentes de acero pesados con materiales como acero de alta resistencia, aluminio o compuestos de polímeros reforzados con fibra de vidrio puede disminuir el peso de los componentes entre un 10 y un 60 por ciento. Los científicos ya conocen las propiedades de estos materiales y los procesos de fabricación asociados. Los investigadores trabajan para abaratar su coste y mejorar los procesos de unión, modelado y reciclaje de estos materiales.
