Durante décadas, el acero ha sido el material tradicional elegido para aplicaciones automotrices y ahora puede ser la opción sostenible para la movilidad futura. Esto se demuestra mejor con el programa Steel E-Motive de WorldAutoSteel, que ha desarrollado uno de los primeros conceptos de estructura de carrocería de vehículo eléctrico con batería totalmente autónomos del mundo para viajes compartidos, que cumple plenamente con los estándares globales de accidentes a alta velocidad.
Steel E-Motive es la culminación de un programa de investigación de tres años dirigido por WorldAutoSteel en asociación con la firma global de ingeniería Ricardo. Desde que se destacaron los resultados del programa en agosto, ha habido un interés considerable en su capacidad transformadora de sostenibilidad, especialmente su potencial para reducir las emisiones totales de gases de efecto invernadero (GEI) del ciclo de vida hasta en un 86%.
La cifra se basa en una comparación con un vehículo eléctrico de batería (BEV) de 2022 de referencia y una fecha de producción prevista para Steel E-Motive de entre 2030 y 2035. Se determinó mediante el análisis del ciclo de vida (ACV) realizado por los expertos en ACV de Ricardo. El análisis se centró en las emisiones de GEI y el consumo total de energía durante las fases de fabricación y montaje del vehículo, uso del vehículo y fin de vida útil/reciclado. Los detalles completos sobre el análisis se pueden encontrar en el Informe de ingeniería Steel E-Motive, que se puede descargar gratuitamente en steelemotive.world .
Mientras la industria se reúne en EuroCarBody, la conferencia internacional de evaluación comparativa de carrocerías que se llevará a cabo del 17 al 19 de octubre en Bad Nauheim, Alemania, George Coates, director técnico de WorldAutoSteel y Neil McGregor, ingeniero jefe de Ricardo Automotive, darán un discurso de apertura sobre Steel E-Motive. credenciales de ingeniería y sostenibilidad. Steel E-Motive aprovecha el hecho de que el acero avanzado de alta resistencia (AHSS) es el único material automotriz que puede tener un impacto ambiental reducido en las tres fases clave del ciclo de vida del vehículo: fabricación, uso y final de vida útil.
Fabricar arquitecturas de vehículos seguras, eficientes y económicas.
El diseño del vehículo utilizando acero avanzado de alta resistencia (AHSS) aporta varios beneficios de sostenibilidad. Steel E-Motive se puede producir utilizando los recursos de fabricación y suministro globales existentes, lo que elimina la necesidad de construir nuevas plantas y maquinaria para producirlos. El diseño y la ingeniería de Steel E-Motive se centran en gran medida en minimizar el espesor del material, reducir la cantidad de material que requiere y maximizar la utilización del material a través de procesos de fabricación eficientes que reducen los desechos. El uso por parte de Steel E-Motive de una estructura de carrocería AHSS, diseñada específicamente para vehículos eléctricos, logra una reducción de masa del 27% en la estructura de la carrocería, de un vehículo de referencia de acero esperado de 374 kg a 282 kg, una masa que es competitiva con múltiples vehículos. vehículos materiales. Esto no sólo significa menos emisiones durante el uso, debido a que el vehículo es más liviano, pero, en primer lugar, menos producción material y menos emisiones. Otros ahorros de peso provienen del empaque inteligente de baterías que es un 37 % más liviano que las estructuras promedio de paquetes de baterías de referencia y con un costo un 27 % menor. AHSS también garantiza la seguridad: el diseño de Steel E-Motive está diseñado para cumplir con las regulaciones globales sobre accidentes a alta velocidad que pueden alcanzar la calificación "Bueno" del IIHS. En total, Steel E-Motive tiene siete innovaciones estructurales de acero avanzado de alta resistencia que brindan arquitecturas de vehículos seguras, eficientes y económicas.(Nota del editor para ver la lista completa).
El acero ya eficiente avanza hacia la descarbonización
La industria automotriz se centra cada vez más en la etapa de fabricación de sus materiales para reducir las emisiones totales durante la vida útil de sus vehículos. El acero ya obtiene buenos resultados en su producción primaria: los materiales alternativos tienen emisiones que son entre seis y 17 veces mayores en esta etapa. La siderurgia, que ya es una industria muy eficiente, está avanzando lo más rápido posible hacia la descarbonización, y hay muchos esfuerzos en marcha. Un ejemplo es el uso de técnicas como el hierro de reducción directa (DRI), que utiliza hidrógeno como agente reductor en lugar de coque a base de carbón para reducir químicamente el mineral de hierro a hierro metálico. Combinando un proceso DRI que utiliza hidrógeno "verde" (producido por electrólisis de agua alimentada por electricidad renovable), con producción de acero en horno de arco eléctrico (EAF) que utiliza porcentajes más altos de acero reciclado, proporciona el mejor potencial general para la producción de acero descarbonizado, según el Informe de ingeniería de Steel E-Motive. Actualmente hay en funcionamiento un pequeño número de instalaciones de producción piloto de DRI, y muchas plantas de mayor escala están en construcción o se prevé que entren en funcionamiento dentro del plazo previsto por Steel E-Motive. Para 2035, se espera que una proporción significativa del acero utilizado en la construcción de un vehículo se fabrique utilizando métodos de producción descarbonizados.
Beneficios de la electricidad verde y la suavización del ciclo de conducción
Las emisiones derivadas de la generación de energía gastada durante la fase de uso de un vehículo son una consideración importante, y Ricardo modeló varios escenarios diferentes para estos impactos energéticos para el ACV de Steel E-Motive. Ricardo utilizó las predicciones de World Energy Outlook (WEO) de la Agencia Internacional de Energía (AIE) sobre diferentes fuentes de electricidad y proyectó tendencias futuras en sus cálculos de ACV. La ecologización de la red eléctrica representará el cambio más importante y la mayor reducción de emisiones.
Si bien la electricidad verde es un factor clave, los vehículos autónomos también aportan otro potencial de reducción de emisiones. Un elemento importante se conoce como suavizado del ciclo de conducción. La recopilación avanzada de datos de los vehículos les permite optimizar la aceleración y desaceleración, por ejemplo, prediciendo las señales de tráfico y ajustando la velocidad en consecuencia. Esto significa que utilizan menos energía para cubrir la misma distancia, con una reducción prevista en el consumo de energía de alrededor del 15%.
Steel E-Motive está diseñado para la movilidad como servicio (MaaS), donde una de las ventajas clave es aumentar las tasas de ocupación de pasajeros, lo que significa que se necesitarán menos vehículos para transportar el mismo o mayor número de personas. La versión conceptual urbana de Steel E-Motive tiene capacidad para hasta cuatro pasajeros por vehículo; una versión interurbana tiene capacidad para siete pasajeros. La autonomía también ayuda: sin conductor, hay más espacio para los pasajeros. El acero de alta resistencia, junto con la eficiencia del diseño, también significa que el interior se puede maximizar en relación con la huella del vehículo, brindando a los diseñadores de interiores el mayor margen para hacerlo lo más atractivo posible para que las personas compartan viajes. Esto puede reducir significativamente las emisiones de CO 2 por pasajero-kilómetro.
"Los consumidores deben sentirse lo suficientemente cómodos para utilizar este medio de transporte, cuya capacidad máxima se alcanza periódicamente, para lograr el mayor impacto en la reducción total de emisiones", señala Russ Balzer, Director Técnico de WorldAutoSteel, LCA. "Es por eso que un vehículo altamente resistente a los choques, espacioso y La cabina abierta del vehículo, como demuestra Steel E-Motive, es clave para lograr la confianza del consumidor y, en última instancia, las ambiciones Net Zero”.
MaaS requerirá que los vehículos tengan una vida útil más larga, al menos el doble de la vida útil de los vehículos conducidos por consumidores, lo que Steel E-Motive hará posible gracias a las propiedades de fatiga y durabilidad de AHSS junto con el diseño del vehículo, que permite un fácil reemplazo de los módulos de batería.
El acero infinitamente reciclable ofrece ventajas incomparables al final de su vida útil.
Lo que sucede al final de la vida útil de un vehículo también es importante dentro del ciclo de vida. Con una infraestructura de reciclaje de acero ya establecida en todo el mundo, el acero ofrece importantes ventajas de sostenibilidad. El mayor uso previsto de EAF aumentará el uso y la demanda de acero reciclado, que es infinitamente reciclable sin pérdida de calidad.
Balzer concluye: “El concepto Steel E-Motive demuestra que el acero es completamente adecuado para su propósito en el futuro panorama de la movilidad. El acero debe desempeñar un papel en el debate sobre la reducción de emisiones. Steel E-Motive muestra lo que los vehículos autónomos basados en acero y de transporte compartido utilizados dentro de una red verde pueden hacer para reducir significativamente las emisiones de CO 2 ”.
Los conceptos de Steel E-Motive se pueden estudiar libremente a través del informe de ingeniería, adoptados por empresas emergentes para una comercialización más rápida y sus numerosas innovaciones aplicadas a los vehículos eléctricos actuales y futuros. Las revisiones de diseño asistidas por computadora están disponibles a través de las empresas miembros de WorldAutoSteel (consulte steelemotive.world/meet-the-team para obtener una lista de miembros).
Steel E-Motive es la última de una serie de demostraciones de la industria del acero durante los últimos 25 años que muestra nuevas aplicaciones de AHSS para estructuras automotrices. WorldAutoSteel, que comprende 18 productores mundiales de acero, es el grupo automotriz de la Asociación Mundial del Acero. WorldAutoSteel lideró el proyecto Steel E-Motive, trabajando en estrecha colaboración con Ricardo, quien administró el diseño de ingeniería general, las pruebas y el desarrollo.
Especificaciones del vehículo
El programa Steel E-Motive destaca dos conceptos virtuales diseñados para su implementación en 2030-35+: SEM1, un transporte urbano de cuatro pasajeros, y SEM2, un vehículo extraurbano de seis pasajeros, ambos diseñados para una autonomía de nivel 5 sin dirección. o caja de pedales. Otras especificaciones incluyen:
- Tamaño compacto con voladizos delanteros y traseros cortos
- Resistencia media a la tracción de la estructura de la carrocería = 1259 MPa.
- Escalón de baja altura y puertas de tijera que encierran el pilar B virtual para lograr un amplio acceso a la puerta para facilitar la entrada y salida.
- Interior flexible y abierto. Diseñado para ocupantes delanteros orientados hacia atrás para una mejor experiencia de viaje.
- Independiente de la batería: diseñado para un volumen máximo de batería.
- Adaptable para transportar carga en horas valle.
- Dirección en las 4 ruedas para círculos de giro cerrados para circular por carreteras del centro de la ciudad.
- Producción de alto volumen >250.000.
Innovaciones en acero
Utilizando los grados de acero y procesos de fabricación más nuevos, la cartera de Steel E-Motive permite personalizar las propiedades del vehículo que logran importantes ventajas en seguridad, costo y comodidad con siete innovaciones clave que solo son posibles utilizando acero:
1. La estructura de carrocería abierta de una sola caja, sin pilares B, proporciona una apertura de puerta más amplia para facilitar la entrada/salida, el acceso para discapacitados y facilita los servicios de entrega.
2. La zona de protección extendida de pasajeros AHSS brinda una excelente protección contra intrusiones para los pasajeros que miran hacia atrás.
3. La estructura de la zona de choque frontal corto cumple con los requisitos de choque globales más estrictos. Los espacios en blanco soldados a medida de fase dual (DP) permiten un diseño eficiente.
4. El haz de mirada de colisión con desplazamiento pequeño minimiza la intrusión en la cabina y reduce el pulso de colisión al mismo tiempo que preserva el anillo de la puerta y la batería en simulaciones de barrera rígida de superposición pequeña de 64 km/h.
5. Los absorbedores de energía de viga hexagonal (balancín), fabricados de acero DP laminado, son de bajo costo, compactos y eficientes en términos de masa, minimizan la intrusión por choques laterales y logran una protección superior de la batería.
6. Los pilares B virtuales están integrados en las puertas, creando una sección compacta para una mejor visibilidad y acceso de los pasajeros. La superficie de calidad Clase A del acero Bake Hardenable combinada con un diseño de puerta de tijera permite la eliminación completa del lado exterior de la carrocería para ahorrar masa y costos.
7. El marco de soporte de batería, el primero en la industria, elimina la caja de batería convencional, utiliza el piso existente como cubierta superior y cuenta con una cubierta inferior de triple capa AHSS que sella la batería y brinda protección contra los desechos del camino y los errores de elevación. Estas eficiencias dan como resultado un ahorro masivo del 37 % (-27 % menos de costo) y se pueden ensamblar fuera de línea para una integración eficiente del vehículo.