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减少汽车碳排放 Novelis和Constellium合作开发铝生态系统

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2021年07月01日 09:21:46
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Alumobility是由Novelis和Constellium于2021年1月推出的一个新的非营利组织。作为一个全球生态系统,该组织在主机厂的投入下促进领先的铝制造商和下游技术合作伙伴之间的合作,以促进铝制车身板在汽车工业中的采用。

Novelis和Constellium都是铝板行业的领导者,在汽车领域拥有强大的影响力。因此,两家公司走到一起,开展新的合作是天作之合。从历史上看,铝行业的合作并不像其他材料供应商那样强大,尤其是钢铁行业。

Alumobility 执行董事Mark White(图 1)表示:“根据钢铁行业在整个行业和整个供应基础上开发新钢材的工作,我们制定了一个非常清晰的路线图。”“很明显,我们应该在铝行业做同样的事情。由于主机厂目前专注于电气化和自动驾驶汽车等新发展,现在正是材料供应商加紧提供最新解决方案以用于下一代车型的最佳时机。”Alumobility成立的驱动因素之一是汽车公司本身,他们正在寻求新的铝材料解决方案。Novelis 的 Alumobility总裁兼全球汽车副总裁 Pierre Labat 表示:“这一切都始于我们的客户一直建议我们应该采取更多措施将行业整合在一起,并使铝的采用变得更加容易(图 2)。“每家铝业公司都有自己的解决方案,但这些解决方案之间不一定兼容——这让我们客户的工作变得更加复杂。我认为我们有责任倾听这些担忧并让他们的工作更轻松。”Alumobility是一个很好的论坛,可以解决这些问题,并促进将铝用作下一代汽车开发的关键材料。Constellium的Alumobility副总裁兼首席技术官兼卓越制造高级副总裁Jack Clark(图 3)表示:“铝有望实现更强大、更具协作性、更可持续的移动未来。” “Alumobility 发布的技术工作将加强轻质、可持续铝的重要作用,特别是对于电动汽车,同时在整个生命周期中增加回收利用并减少碳排放。”

汽车趋势

总体而言,Alumobility认为汽车业务强劲,目前对铝的需求良好。“我们在所有地区都看到了COVID之后的强劲反弹,”Pierre Labat 说。

根据Alumobility的说法,汽车行业目前和即将出现许多趋势,包括电气化、网联和自动驾驶——因为这些领域是汽车制造商继续大力投资的领域。主要讨论点之一是自主互联电动共享(ACES) 汽车(也称为CASE)的概念,该汽车旨在由多方拥有和运营。MarkWhite指出。“因为它转移了汽车制造商的注意力。如果他们开始考虑汽车可以行驶多少英里,而不是汽车能卖多少钱,那么耐用性和腐蚀将成为他们选择材料以及使用寿命的关键因素。显然,铝是这方面的首选材料。”

另一个关键的行业因素是推动降低CO2排放量。“在欧洲,甚至在美国,人们越来越关注CO2,”JackClark说。“仅在今年,我们就对减少CO2的必要性有了更高的认识。铝比钢轻,可以支持汽车市场减少CO2,对于配备内燃机的车辆,这意味着可以用较小的发动机来驱动汽车。对于电动汽车,它会产生更长的续航里程,因此您可以摆脱里程焦虑,让电动汽车对消费者更具吸引力。”

电动汽车

全线汽车制造商都在提供电动汽车车型,其中一些汽车制造商计划在未来几年内实现生产线转型。JaguarLand Rover已经拥有多款混合动力和电动车车型(图4),到2025年,将推出6款全新的全电动路虎车型。沃尔沃汽车已承诺逐步淘汰内燃机汽车,目标是到2030 年成为一家全电动汽车公司。通用汽车还朝着全电动未来迈进,承诺到2025 年生产30 款新的全球电动汽车。

图4.全电动车型JaguarI-Pace,在车身和电池结构中使用了Novelis 的铝板。

“许多主机厂现在非常重视汽车的电气化,”MarkWhite解释说。“我们看到几乎所有被要求与之合作的OEM都推出了新的电动汽车项目。作为这些电动汽车项目的一部分,主机厂非常重视轻量化,以抵消电池带来的重量性能损失,同时实现车辆性能和续航里程。”

由于电气化,铝的所有形式的需求都在增加,从轧制产品到挤压件和铸件。由于在电池盒设计以及各种车身结构中的使用,挤压件的需求尤其增加。“我们认为所有的铝制工艺都是互补的,而不是相互竞争,”MarkWhite说。“虽然板材将在封闭件、车身结构、车顶板和底板等方面占据主导地位,但显然仍有空间用于挤压型材、结构铸件、滚压成型和其他方法。最终,主机厂感兴趣的是尽可能减轻车辆的重量,而不是着眼于哪种单独的技术。”

然而,应该指出的是,电气化预计不会一下子到来。“我认为我们不会在未来五年甚至十年内看到大规模转向电动汽车,”MarkWhite指出。“短期内将会有电动、混合动力和内燃机模型的混合。因此,从燃油经济性和低排放的角度来看,企业仍然需要内燃机汽车的轻量化。”

全生命周期

随着对燃油经济性和CO2排放的关注,汽车行业正在扩大其范围,考虑其车辆内所用材料的整个生命周期。对于铝,这包括原材料生产对环境影响的担忧,以及金属在使用结束时如何加工和回收。

“在各个行业有很多关于生命周期和CO2的讨论,”MarkWhite说。“对这些事情保持透明真的很重要。在Alumobility,我们希望阐明有关铝生命周期的事实和数据,使用真实或精心设计的示例来说明为什么铝是可持续发展的首选材料。我们如何通过减少各个层面的CO2来尽可能降低未来车辆的碳足迹——不仅仅是在单个车辆使用阶段、制造阶段或生命周期结束阶段,而是考虑整体的整体方法”

铝生态系统

Alumobility是一个全球性组织,旨在以最小的管理结构运营。其目的是有效地将来自不同公司和行业的合作伙伴聚集在一起,共同开展旨在突出铝对汽车行业价值的推广和研究项目

随着Alumobility的发展,该组织的目标是包括更多具有下游专业知识的成员公司,例如连接、成型和其他有助于汽车使用铝的专业制造工艺。

“我们称之为生态系统,因为我们不想只包括铝生产商,”MarkWhite说。“我们希望包括从铝生产商到一级供应商的完整价值链。我们也不想假装我们生活在一个一切都由铝制成的理想世界中。我们生活在现实世界中,我们必须接受主机厂也将使用钢和复合材料以及铝。我们希望提供允许他们使用混合材料的技术解决方案,例如将其他材料与铝结合的能力,以便向最轻的解决方案过渡。”

大部分研究工作将基于项目,侧重于汽车行业感兴趣的特定领域。正如MarkWhite解释的那样,“一个项目可能只包括两到三个合作伙伴,而另一个可能涉及七到八个。通过这种方式,他们将能够带来项目所需的技术资源,以填补知识空白并克服障碍。”

值得注意的是,由于Alumobility对共享信息的开放态度,许多项目得以实现。通过该组织开发的技术和知识产权将提供给所有项目参与者。

研究重点

Alumobility将开展的各种项目不是专注于单个OEM,而是旨在解决整个汽车行业面临的挑战、问题和障碍。因此,该组织将研究范围广泛的车辆类型,并利用各种研究和模拟技术来解决车身及其部件的全部问题。重点领域包括新材料等级(包括回收等级)、先进工艺或制造技术、结构系统、成型和连接技术,以及大量旨在为行业提供解决方案的其他主题。

Alumobility开展的首批联合项目之一是将量产的C级SUV乘客车门从钢制转换为铝制,以实现经济实惠的轻量化解决方案。结果表明,通过经过验证的设计修改,新的铝门设计(图5)可将重量减轻多达45%。

图 5.Alumobility SUV铝制车门研究项目,与钢制车门相比,减重可高达45%。

“无论是内燃机还是电动,SUV仍然是汽车中销量增长最快的部分,”MarkWhite解释说。“因此,通过专注于SUV,我们选择了车门,该项目展示了用于生产车门的连接技术,以及使用铝材在减重和性能方面带来的益处。”

另一个预计将于2021年秋季完成的项目是考虑高顶顶盖或电动汽车的上半部分。“由于电池很重,电动汽车的重量分布与普通内燃机汽车不同,”PierreLabat指出。“从碰撞安全的角度来看,这带来了某些挑战。因此,我们正在开展一项新的设计研究,研究铝在这些安全问题方面可为电动汽车带来哪些好处。”

结论

随着Alumobility的研发向前推进,它将继续发展其汽车铝生态系统,以便通过整体方法展示铝技术。“我们正在做的是跟随趋势并听取主机厂的意见,以便提出项目,使我们能够结合我们的力量并将我们的技术资源应用于开发现成的解决方案,”JackClark说。“我们让主机厂全面了解铝的功能以及它如何最好地服务于汽车市场。”

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