Geavanceerde materialen zijn essentieel voor het verhogen van het brandstofverbruik van moderne auto's met behoud van de veiligheid en prestaties. Omdat het minder energie kost om een lichter object te versnellen dan een zwaarder object, bieden lichtgewicht materialen een groot potentieel voor het verhogen van de voertuigefficiëntie. Een vermindering van het voertuiggewicht met 10% kan resulteren in een brandstofbesparing van 6% tot 8%. Het vervangen van gietijzeren en traditionele stalen componenten door lichtgewicht materialen zoals hoogwaardig staal, magnesium (Mg) legeringen, aluminium (Al) legeringen, koolstofvezel en polymeercomposieten kan het gewicht van de carrosserie en het chassis van een voertuig direct met wel 50% verminderen. procent en daarmee het brandstofverbruik van een voertuig verminderen. Het gebruik van lichtgewicht componenten en hoogefficiënte motoren, mogelijk gemaakt door geavanceerde materialen, in een kwart van de Amerikaanse vloot zou tegen 2030 jaarlijks meer dan 5 miljard liter brandstof kunnen besparen.
Door gebruik te maken van lichtgewicht structurele materialen kunnen auto’s aanvullende geavanceerde emissiecontrolesystemen, veiligheidsvoorzieningen en geïntegreerde elektronische systemen vervoeren zonder dat het totale gewicht van het voertuig toeneemt. Hoewel elk voertuig lichtgewicht materialen kan gebruiken, zijn ze vooral belangrijk voor hybride elektrische, plug-in hybride elektrische en elektrische voertuigen. Het gebruik van lichtgewicht materialen in deze voertuigen kan het gewicht van energiesystemen zoals batterijen en elektromotoren compenseren, waardoor de efficiëntie wordt verbeterd en het volledig elektrische bereik wordt vergroot. Als alternatief zou het gebruik van lichtgewicht materialen ertoe kunnen leiden dat er een kleinere en goedkopere batterij nodig is, terwijl het volledig elektrische bereik van plug-in voertuigen constant blijft.
Onderzoek naar en ontwikkeling van lichtgewicht materialen is van essentieel belang om de kosten ervan te verlagen, hun recycleerbaarheid te vergroten, hun integratie in voertuigen mogelijk te maken en hun brandstofbesparingsvoordelen te maximaliseren.
Het Bureau Voertuigtechnologieën (VTO) werkt op vier manieren aan het verbeteren van deze materialen:
Het vergroten van het begrip van de materialen zelf door middel van modellering en computationele materiaalkunde
Verbetering van hun eigenschappen (zoals sterkte, stijfheid en ductiliteit)
Verbetering van hun productie (materiaalkosten, productiesnelheid of opbrengst)
Het ontwikkelen van legeringen van geavanceerde materialen
Op de korte termijn kan het vervangen van zware stalen componenten door materialen zoals hoogwaardig staal, aluminium of glasvezelversterkte polymeercomposieten het gewicht van de componenten met 10-60 procent verminderen. Wetenschappers begrijpen de eigenschappen van deze materialen en de bijbehorende productieprocessen al. Onderzoekers werken eraan om hun kosten te verlagen en de processen voor het verbinden, modelleren en recyclen van deze materialen te verbeteren.
