Олекване

Подложени на натиск, производителите развиват технологиите за олекотяване на колите

          Алуминият издигна Audi до премиум марка

Последните години поставиха автомобилната индустрия под засилващ се натиск за промяна в начина, по който проектира и произвежда колите. Фактори, като увеличаващият се акцент върху безопасността при удар с пешеходец или конкурентния натиск, водещ към глобализация и свиване на производствените разходи, придобиват все по-голямо значение. Да не говорим за постоянно обсъждания политически натиск в Европа и Северна Америка, насочен към намаляване на въглеродните емисии, влияещ директно върху цялата верига на доставките. 

Прякото последствие е, че все повече и повече автомобили включват компоненти, ориентирани към намаляване на теглото, консолидиране на необходимите за намаляване на производствената себестойност компоненти и по-ефективно рециклиране на влаганите материали. Нуждата от подобряване на общата енергийна ефективност създава мощна тенденция към спад в теглото. Употребата на материали с високи показатели, като високоякостните стомани и алуминия, е в подем, докато традиционните чугун и стомана се избягват навсякъде, където е възможно.

Един от подходящите примери за приложение на техники за олекотяване е седмото поколение на Volkswagen Golf, свалил цели 100 килограма в сравнение с предишната генерация. Една от техниките е предлаганият като опция при спортните модификации покрив от въглеродни влакна. Прилагането му носи икономия на тегло от 9 кг., подобряваща както скоростните показатели, така и тези за разход на гориво. То ни напомня и за степента на навлизане на въглерода в масовото автомобилно производство – това вече не е запазената територия на скъпите коли. Приблизителната печалба на тегло от каросерията се оценява на 37 килограма спрямо предходния модел – постижение, дължащо се на употребата на нови материали и производствени процеси, като дистанционното лазерно заваряване или лепенето. BASF пък помагат на инженерите от Волфсбург в замяната на структруни компоненти, обикновено изработвани от стоманизиран полипропилен, с такива от усилен със стъклени влакна полиамид.

Следващата генерация модели ще свалят още: концертуалният Ford Mondeo тежи 1195 кг., което е еквивалент на актуалната дизелова Fiesta. Следващото му поколение включва карбонови седалки, алуминий и високоякостни стомани, както и композитни пружини на предните амортисьори. Крайният резултат от подобни мерки е по-бързо ускорение и подобрена енергийна ефективност в сравнение със сегашния модел. 

Междувременно в името на ползите от олекотяването употребата на стомани с висока якост, включително закаляваните с бор, расте. По тази причина в бъдеще ще виждаме все по-леки стоманени автомобили, особено в чувствителните на тема себестойност А, В и С сегменти.

Въпреки, че изработването на каросерийни панели и най-различни други модули по традиция е работа на производителите, все по-голяма част от това производство се изнася. Стратегиите в това отношение са различни и зависят от съотношението между икономиите от аутосрсинга в Източна Европа например и съображенията за контрол на качеството и щетимостта при транспортиране. 

Пластмасите 

          Структура на пчелна пита от шприцована пластмаса, фиксирана 
          върху усиленото с въглеродни влакна полимерно шаси на BMW i3

И докато процесите по въвеждането на алуминия, магнезия и различните класове стомана са в процес на оптимизация според различни фактори, то употребата на пластмасите бележи решителен ръст през последното десетилетие. Тенденцията към все по-интензивното им приложение във външни, структурни, функционални и силови компоненти е подпомогната от напредъка в материалите и технологиите за формоване и боядисване, които подобриха значително показателите и стойността им. Пластмасите дават голяма свобода на дизайнерите, което също обуславя разширената им употреба. Те не само позволяват производството на части, които не могат да бъдат изпълнени от други материали, но дават възможност за интеграция на няколко компонента в едно цяло с оглед намаляване на себестойността му. 

Най-новите пластмаси са в състояние да издържат в горещата и корозионна среда на двигателния отсек, което обуславя широкото им навлизане и под капака. Походът на пластмасите е и в каросерията: структурни компоненти като подови плочи и опорни греди, както и неструктурни, като външни панели, въздуховоди, светлини, резервоари за различни течности, капаци на клапани и елементи от задвижването ги правят практически незаменими. Автомобилните инженери споделят, че за момента пластмасовите структурни елементи са трудни за интеграция със стоманата, поради което употребата им все пак е ограничена до компоненти, които се добавят след изработването на металната структура. Това се дължи и на ограниченията, налагани от надеждността и пригодността за ремонтиране, които са неделими от живота на колата. 

Органичните материали 

Автомобилната им употреба не е новост: от доста време доставчици и производители са концентрирани върху въвеждането на екологичните технологии във всички производствени процеси. 

Кокосовите влакна в подложките на седалките са хубав например. Те се използват както с оглед постигането на икономически и екологични цели, така и заради приноса им в устойчивото производство. В някои свои модели Mercedes-Benz влагат не само кокосови влакна в седалките, но дървени стърготини и дори натрошени маслинени костилки. 

Toyota пък използва пластмаси от различни растителни култури в Prius. Позната като екологична пластмаса, пяната на растителна основа и формованите компоненти, откриваме на най-различни места в колите, включително изолационни панели и най-разнообразни видове тапицерии и уплътнения. Пластмасите от растителен произход заместват конвенционалните, извилачни от петрохимикали, намалявайки въглеродните емисии за целия живот на продукта – от производството до рециклирането, с което редуцират и употребата на петрол. Уточнение: екологичните пластмаси изхвърлят по малко CO₂ за целия си жизнен цикъл, защото по-голямата част от въглеродния двуокис, използван при рециклирането им, се компенсира от фотосинтезата, съпътстваща отглеждането на изходната култура. 

Цената на олекотяването 

Когато попитате производителите за цената на олекотяването, обикновено отговорът е, че самите те биха искали да я знаят. Те разбира се я знаят, но конкретните числа са различни за различните производители и различните моделни линии на една марка. 
Разходите са в пряка зависимост от етапа на развойния процес: ако към края на разработката на даден модел тегловите цели не са постигнати, компенсирането на недостига става много скъпо. И обратното – изпълнението им в по-ранните етапи сваля разходите. Това произточа от присъщите на процеса на разработка целеви тегла, които по правило са трудни за постигане. Борбата с килограмите е част от всеки етап на разработката на нов модел, което прави стойността на отнемането му различна във всеки един от тях.

Експертите в производствения процес очертават основните фактори, влияещи върху цената на олекотяването в следните посоки:

1. Каква е цената на алтернативите за сваляне на въглеродния отпечатък, като развитието на задвижващите системи? Тя е променлива заради развитието на технологиите и законодателната динамика.

2. Какви са другите ползи (подобрената пътна динамика, да кажем)? Производител на суперспортни автомобили има по-голяма склонност към допълнителни разходи в намаляване на теглото, заради високата му добавена стойност.

3. Какви са другите фактори за увеличаване на теглото (системи за сигурност и хибридизация), влияещи на ценовия алгоритъм?

4. Какви биха били пазарните последици от малко повече тегло в даден модел? Биха ли могли да бъдат компенсирани от друг модел в гамата, или се разчита само на този?

5. Какви са съпътстващите икономии? В един електромобил например приемливата цена на свалянето на теглото би била по-висока, заради ползите от синергията (необходими са по-евтини батерии), водещи до значителни крайни икономии.

6. Каква е добавената стойност от гледна точка комуникация или ценностите на марката? Как алуминият помогна на Audi при трансформацията им в премиум марка е пример от библиотека „Световна класика“. 

          Дистанционното лазерно заваряване дава нови възможности

Отговорите на тези въпроси са различни за всеки производител, но общото впечатление е, че очакваният сценарий за ескалация на разходите не се сбъдна. Свалянето на тегло определено има цена, но част от скъпите решения намериха по-евтини алтернативи в развитието на конвенционалните задвижващи системи и гумите.

Информационно-развлекателните системи също предлагат леко решение. Основният потенциал там е материалът, от който се изработват магнитите на говорителите. В моделите от висок клас неодимът масово замества ферита, а автомобилната индустрия плаща с готовност премията за спестяване на тегло. 

Приключваме темата за олекотяването на колите с думите на вицепрезидента по технологиите на Magna International Свами Котагири: „Балансът на инвестиционните разходи в задвижващи системи и леки материали е факторът, който ни дава възможност да постигаме бъдещите въглеродни цели. Производителите са внимателни и разглеждат най-оптимизираните решения, тъй като разходите се поемат от крайния потребител.“

Сп. "Тема" 

Горивната клетка на Toyota

Превземайки медиите, японците събудиха и вълна от съмнения

Агитката на алтернативните автомобилни технологии прие представения на изложението в Лос Анджелис автомобил, базиран на горивна клетка - Mirai с радостни подвиквания от типа „край на играта“. Те побързаха да заключат и че електромобилите са в задънена улица. 

В лагера на електромобилистите пък се чудят как е възможно Toyota – в по-малка степен Honda и Hyundai – да пропилеят толкова време и пари в технология, обречена заради стратосферни производствени разходи, нуждата от редки суровини (платина), проблеми със сигурността и липсата на зарядна инфраструктура. 

На същото изложение Volkswagen запяха във водородния хор с концептуалния Golf SportWagen Hymotion, а роднините от Audi свалиха сатена на A7 h-tron. Водородните беемвета са вече във фурната в Мюнхен; с подобна съдба са моделите и на повечето от останалите големи производители. 

С аргументи за технологични ограничения и страх от пробега от лагера на електромобилните критици лъха на мухъл и прозаичност, докато в стана на електромобилистите жилото е по-остро - диригентът на Tesla Елън Мъск излезе с прословутото: „Горивните клетки са пълна глупост – водородът става за ракети, не и за коли.“ 

Циниците като мен се опитват да обясняват големите японски инвестиции в горивни клетки със стремежа на правителствата на угодят на религиозния гласоподавателски натиск за зелени инвестиции.  В качеството си на дренки от същия дол автомобилните производители искат да се покажат като привърженици на зелените технологии, въпреки че прекрасно си дават сметка какви са реалистичните шансове пред част от тях. Подобни разходи често са в пълно противоречие с реалната вероятност от търсене на новите автомобилни технологии, подлежащи на раздвижване от автосалоните само с подкрепата на обилни количества пари на данъкоплатците. 

Ако има плоскост за съгласие по повод наследниците на двигателя с вътрешно горене, то тя е в заключението, че в обозримо бъдеще не се очертава приемущество на една технология. Трибуквеното съкращение ще господства вероятно в следващия половин век, освен ако изкопаемите горива не свършат внезапно преди това. 

Горивните клетки почти не се класират 

По отношение на по-близкото бъдеще поредният доклад на IHS Automotive е приеман от мнозина в сектора. В него се казва, че към 2020 г. обикновените и зарядните хибриди ще имат 5% от световните продажби, за разлика от под процент дял за традиционните електромобили. Към 2025-а електромобилите ще са напреднали бавно до 1.5%, докато хибридите едва ще са минали 6. За разлика от тях горивните клетки ще бъдат едва забележими, така че приблизително 92.5% от колите ще разчитат на изкопаемите горива. 

Старшият лектор в Училището за отношенията между труда и капитала към бръшляновия университет „Корнел“ Арт Уитън: „Не виждам доказателства, опровергаващи прогнозите на IHS – горивните клетки ще имат много малък дял.“ Той е съгласен, че вътрешното горене ще е предпочитано в следващите петдесет години, или до изчерпването на изкопаемите запаси. Той смята електромобилите за несъвършени, но не вижда много потенциал и в горивните клетки. Според него: „Повечето автомобилни експерти не вярват, че електромобилите са дългосрочният отговор. Те имат същите проблеми, които имаха и преди 115 години - батериите им са тежки и скъпи, липсва им и пробег.“ 

Сложни и тежки 

„Тойота“ и останалите производители не са сигурни в заместителя на конвенционалния двигател. Заради сложното си допълнително задвижване хибридите са тежки; проблемът на горивните клетки е в това, че обуздаването на водорода не е нито просто, нито евтино. 

Въпросът защо при това положение „Тойота“ и останалите тичат зад него е напълно естествен. Заради държавните субсидии, е простият отговор. Уитън смята, че „Политиката, не търсенето, кара Toyota и другите да разработват електромобили и хибриди. Горивните клетки са смятани за дългосрочното бъдеще на автомобилната индустрия, но стойността на развитието е възпиращо висока, което прави оцеляването им краткосрочно и обвързано със субсидии.“ 

Петер Шмид, редактор на британското издание Automotive Industry Data пък вярва, че автомобилите с горивни клетки като цяло и Toyota Mirai в частност ще довършат електромобилите. В статия, озаглавена „Задвижваният с горивна клетка Mirai на Toyota – пирон в електрическия ковчег?“ авторът споделя, че в компанията вече са решили да не се занимават с електромобили в полза на хибридите: „Да, бъдещият търговски успех на Mirai е напълно зависим от водородната дистрибуция. За този проблем японските визионери, вече преминали хибридния тест, имат приложим план. Това действително е лош ден за заложилите всичко на електромобилите – не случайно Daimler продадоха акциите си в Tesla.“ 
 

Пояснявам: при представянето на Mirai, което на японски означава бъдеще, „Тойота“ обявиха и плановете си за начало на развиването на водородна зарядна инфраструктура в сътрудничество с други производители, а преди малко повече от два месеца „Даймлер“ продадоха акциите си в „Тесла“, уверявайки, че продължават съвместните проекти. 

Скептиците се групират 

„Клетъчните“ скептици се групират около отговора на въпроса за бъдещето на водородните коли. 

В статия, озаглавена „Горивни или глупави клетки?“ базираният в Лондон аналитик от Evercore ISI Арнд Елингхорст е озадачен от плановете на Toyota за Mirai предвид успеха на електрически проекти, като Tesla: „Заради постиженията на електромобилите имаме проблем с разбирането на обосновката зад горивните клетки.“ Авторът не разбира защо потребителите ще предпочетат автомобили с горивни клетки пред електромобилите. Горивните клетки са скъпи и губещи за производителите си, а себестойността на водородното зареждане е много по-висока от електрическото: „След дълбоко потапяне в клетъчната технология преобладаващото ни заключение е, че с изключение на времето за презареждане, горивните клетки нямат явни преимущества. От гледна точка себестойност на притежаването независимите изследвания показват, че към 2020-2025 г. автомобилите с горивни клетки ще предлагат недостатъчни преимущества пред електромобилите и ще са по-малко ефективни“ – обобщава Елингхорст.

Професорът по химия на материалите от Масачузетския технологичен институт и експерт по батериите, Доналд Садоуей е още по-радикален: „Това е технология в задънена улица и производителите глупаво си губят времето. Откъде ще взимат водорода? Пълна лудост! Кой ще инсталира инфраструктурата - това да не е газ да го пуснеш по тръби? Трябва ти напълно нова инфраструктура – необяснимо е, няма никакъв смисъл.“ 

Садоуей обаче е заинтересована страна: в екип с д-р Кичао Ху двамата работят върху технологичния стартъп SolidEnergy – компания, разработваща технология за удвояване на капацитета на смартфони и компютри, криеща потенциал за пренасяне и в електромобилите. 

Подобрението касае литиевите батерии, които ще могат да работят сигурно в по-висок температурен режим. Така себестойността и теглото им ще спаднат, а животът им ще се удължи. Всичко това произтича от отсътвието на сложните охладителни системи в сегашните йонно-литиеви батерии. „Две иновации правят тази батерия по-добра от йонно-литиевата – литият в отрицателния електрод и полимерната мембрана, действаща едновременно като електролит и сепаратор. Това увеличава неимоверно енергийната й плътност.“ 

Ако технологията се окаже автомобилно приложима, Садоуей предрича радикална промяна в привлекателността на електромобилите: „Тя може да окаже голямо влияние върху себестойността и живота им, което да направи електромобилите много по-популярни. В момента те пасват на ранните последователи, а Tesla е за свръхбогатите. Ще има толкова силен последващ ефект, че би могла да намали търсенето и цената на петрола.“ 

Междувременно, без подобни технологични пробиви, прогнозата на IHS Automotive ми изглежда сигурна. 

Мрачно 

„Допускайки само развитие на настоящата технология с очакван напредък, като гигазавода на Tesla, който би могъл да свали себестойността на батериите с до 30%, пазарният ефект ще е минимален. С радикален пробив обаче можете да изхвърлите тези прогнози.“ 

Садоуей вижда едно по-мрачно и заплашително препятствие – опасната същност на водорода: „Първата катастрофа между автомобили с горивни клетки – тя ще е краят им.“