I materiali avanzati sono essenziali per aumentare il risparmio di carburante delle automobili moderne, mantenendo al contempo sicurezza e prestazioni. Poiché è necessaria meno energia per accelerare un oggetto più leggero rispetto a uno più pesante, i materiali leggeri offrono un grande potenziale per aumentare l’efficienza del veicolo. Una riduzione del 10% del peso del veicolo può comportare un miglioramento del risparmio di carburante del 6%-8%. La sostituzione dei tradizionali componenti in ghisa e acciaio con materiali leggeri come acciaio ad alta resistenza, leghe di magnesio (Mg), leghe di alluminio (Al), fibra di carbonio e compositi polimerici può ridurre direttamente il peso della carrozzeria e del telaio di un veicolo fino a 50 per cento e quindi ridurre il consumo di carburante del veicolo. L’utilizzo di componenti leggeri e motori ad alta efficienza abilitati da materiali avanzati in un quarto della flotta statunitense potrebbe far risparmiare più di 5 miliardi di galloni di carburante all’anno entro il 2030.
Utilizzando materiali strutturali leggeri, le auto possono trasportare ulteriori sistemi avanzati di controllo delle emissioni, dispositivi di sicurezza e sistemi elettronici integrati senza aumentare il peso complessivo del veicolo. Sebbene qualsiasi veicolo possa utilizzare materiali leggeri, questi sono particolarmente importanti per i veicoli ibridi elettrici, ibridi elettrici plug-in ed elettrici. L’utilizzo di materiali leggeri in questi veicoli può compensare il peso dei sistemi di alimentazione come batterie e motori elettrici, migliorando l’efficienza e aumentando la loro autonomia completamente elettrica. In alternativa, l’uso di materiali leggeri potrebbe comportare la necessità di una batteria più piccola e di costo inferiore, mantenendo costante l’autonomia completamente elettrica dei veicoli plug-in.
La ricerca e lo sviluppo di materiali leggeri sono essenziali per ridurne i costi, aumentarne la capacità di riciclo, consentirne l’integrazione nei veicoli e massimizzare i vantaggi in termini di risparmio di carburante.
Il Vehicle Technologies Office (VTO) lavora per migliorare questi materiali in quattro modi:
Aumentare la comprensione dei materiali stessi attraverso la modellazione e la scienza dei materiali computazionali
Migliorare le loro proprietà (come resistenza, rigidità e duttilità)
Migliorare la loro produzione (costo del materiale, tasso di produzione o resa)
Sviluppo di leghe di materiali avanzati
Nel breve termine, la sostituzione di componenti pesanti in acciaio con materiali quali acciaio ad alta resistenza, alluminio o compositi polimerici rinforzati con fibra di vetro può ridurre il peso dei componenti del 10-60%. Gli scienziati comprendono già le proprietà di questi materiali e i processi di produzione associati. I ricercatori stanno lavorando per ridurre i costi e migliorare i processi per unire, modellare e riciclare questi materiali.
