Quaranta anni fa, un’automobile di media categoria aveva una massa di 770 chili ed era spinta da un motore a combustione interna di soli 55CV (Fiat 128). Oggi, serve una potenza di 69 CV per spingere una normale citycar, che peraltro pesa a vuoto oltre 900 chili (Fiat Panda). L’autovettura media (VW Golf VII) pesa almeno 1.235 chili ed è spinta almeno da 86 CV (nonostante un uso già esteso di acciaio ad alte prestazioni, fatto per contenere il peso della vettura), ma la motorizzazione più frequente è maggiore di quella citata.
Per almeno trenta anni l’evoluzione dell’auto è andata nella direzione unica di aumentare insieme massa e potenza dei motori. La massa è aumentata di 20 chili all’anno. La massa aumentava per aumentare i contenuti del prodotto e la potenza installata si aumentava di conseguenza, non solo per migliorare le prestazioni. Questi tempi si sono esauriti. Per una serie di ragioni:
- Tecnologia e sostenibilità economica e ambientale: gli aumenti di massa richiedono aumenti di potenza, che richiedono maggiori consumi di combustibile da parte dei motori a combustione interna che producono maggiori emissioni di CO2. Con l’aumento della motorizzazione, questo tipo di sviluppo diventa insostenibile, sia per ragioni connesse alla disponibilità di carburanti, sia per gli effetti della CO2. Lo sviluppo della motorizzazione sostenibile richiede quindi che si riducano insieme
1Non esiste un dato nazionale aggiornato di confronto: il dato Oecd più recente, relativo al 2007, è di 8.831 addetti, includendo però tutto il personale impiegato anche nell’industria dell’assemblaggio, sia delle auto che dei veicoli industriali.
consumi ed emissioni. La corsa ad aumentare il peso delle auto deve essere invertita. Bisogna cercare di ridurre i pesi, per ridurre i fabbisogni di potenza, ridurre le cilindrate dei motori, ridurre i consumi e quindi le emissioni; per essere convinti della cosa basta un dato: il 75 per cento del consumo di carburante oggi è dovuto al peso dell’auto. Ridurre il peso di un terzo, significa ridurre il consumo di carburante di un quarto.
- Regolamentazioni: alcuni paesi hanno varato regolamentazioni severe in materia di consumi (gli Usa hanno stabilito che il consumo medio delle flotte aziendali entro il 2025 deve scendere sotto le 54,5 miglia per gallone di carburante – CAFE Regulation) e questo non sembra essere possibile senza una riduzione di peso delle automobili. Nell’UE, entro il 2021 il limite di emissioni per le nuove auto sarà di 95 grammi di CO2 per chilometro, che equivalgono a consumi di 4,1 e 3,6 litri di benzina o gasolio ogni 100 chilometri. Anche per assecondare questi limiti i costruttori, soprattutto quelli di auto medie e grandi, dovranno puntare sulle riduzioni della massa. Tutto questo, in termini concreti, comporta che il peso medio delle vetture dovrà scendere di circa il 30-33 per cento entro il 2021, e non è un traguardo da poco (per quanto non impossibile).
- Innovazione: il calo del peso va di pari passo con la motorizzazione elettrica, per due ordini di ragioni, la prima è che bisogna compensare il peso delle batterie (Una Prius ibrida pesa 1.395 chili in ordine di marcia), la seconda ragione è che se si riduce il peso si può notevolmente aumentare l’autonomia dei veicoli elettrici, che è ancora un vero limite e tiene oggi lontani – insieme al costo di acquisto – i consumatori dalla diffusione di massa delle auto elettriche;
- Le preferenze dei consumatori: i consumatori che vogliono prodotti rispettosi dell’ambiente sono il 71 per cento del totale, negli Usa, secondo una survey periodica. Il 7 per cento pone addirittura le caratteristiche ambientali al primo posto nella scelta dei beni di consumo. Dove va la domanda, come è noto, là vanno gli investimenti.
Rendere le auto più leggere non è quindi una sfida futura, bensì piuttosto un programma che tutti i costruttori stanno già sviluppando. Ci sono ovviamente alcune incertezze su come sarà sviluppato. In linea generale, le tecnologie disponibili sembrano essere almeno tre, se non quattro, e sono sviluppabili insieme, ossia possono concorrere tutte ad alleggerire il peso della stessa vettura. A far prendere la decisione è un parametro, ossia il costo sopportato dal costruttore a fronte di un chilogrammo risparmiato. Vediamo quali sono i principali driver del risparmio di peso:
Il primo driver è il risparmio di peso all’origine, ossia la riduzione di componenti o la sostituzione integrale di componenti. Ridurre il peso, in altri termini, in fase di design. In questo caso, le soluzioni possibili sono diverse e vanno dalla ottimizzazione degli spazi dell’autoveicolo, alla adozione di motori con potenze specifiche (per litro) più elevate (tecnica nota come downsizing, di cui si hanno applicazioni nei motori a 2 e 3 cilindri che si sono affacciati sul mercato negli ultimi due anni), alla ottimizzazione dell’impianto elettrico. Sviluppando materiali conduttori innovativi si può scendere dagli attuali cablaggi in rame a sezione 0,21 fino a 0,13. Ma vi
sono progetti che prevedono anche la sostituzione più o meno integrale dei cavi che servono agli azionamenti con azionatori wireless.
Il secondo driver è lo spessore delle lamiere in acciaio. L’acciaio disponibile oggi ha qualità di resistenza fino a 5 volte superiori quelle dell’acciaio di dieci anni fa, ragione per cui le lamiere possono diventare più sottili. La Golf VII (2012) pesa 100 kg. In meno grazie all’uso di questi acciai;
Il terzo driver è la diffusione dell’uso di alluminio, da solo o in lega con il magnesio e il titanio (che sono materiali aereonautici). La crescita dell’alluminio onboard non è nuova. Nel 1990 una automobile di media cilindrata aveva 74 kg. di alluminio a bordo. Oggi, una media cilindrata ne ha circa 180 e saranno 250 entro il 2025. Tenendo conto degli obiettivi, la normale crescita dei componenti in alluminio non è sufficiente, da sola, a realizzare i risultati.
Il quarto driver è la diffusione dell’uso dei materiali compositi, come quelli in fibra di carbonio.
Non vi sono tecnologie che possano presentare, da sole, la chiave vincente di una strategia che probabilmente vedrà un approccio integrato al problema. Ossia, il peso sarà aggredito con tutti gli strumenti e le tecniche possibili con un mix diverso a seconda del segmento della autovettura. Le vetture premium e luxury si avvantaggeranno di tecniche più costose, che non sarà possibile adottare ai livelli base della gamma di prodotto.
Figura 3.4 – L’auto e l’aereo di oggi (2010) e in futuro (2030). Percentuale della massa complessiva secondo il materiale impiegato.
Fonte: McKinsey & Co.
L’approccio “All-Aluminium”, profondamente promosso dai produttori di questo metallo ha indubbi vantaggi, tra i quali l’abbondanza di questo materiale (primario e secondario, data la sua facile riciclabilità), ma ha
9 8 19 20 13 7 52 13 6 8 0 0 11 16 15 38 49 42 5 12 5 9 11,5 9 16 0,5 3 3 A E R O 2 0 1 0 A E R O 2 0 3 0 C A R 2 0 1 0 C A R 2 0 3 0 fibra di vetro fibra carbonio plastica magnesio alluminio acciaio HSS
metalli leggeri (non All e non HSS)
acciaio
anche degli svantaggi, che riguardano le tecnologie di stampaggio e di saldatura, oltre che le tecnologie di riparazione delle autovetture. Le autovetture integralmente di alluminio si diffonderanno nelle fasce di prezzo alte o altissime.
L’approccio delle lamiere sottili di acciaio ultra resistente è quello che vedrà la maggiore diffusione. Negli ultimi dieci anni l’industria dell’acciaio ha eliminato il gap di peso a parità di prestazioni rispetto all’alluminio, quanto meno nella realizzazione delle strutture delle auto, come dimostrano alcuni studi (
http://www.worldautosteel.org/projects/future-steel-vehicle/steel-eliminates-the-weight-gap-with-aluminium-for-car-bodies/)
L’approccio della fibra di carbonio è derivato dalle corse. E’ un approccio che si diffonderà nelle vetture sport-luxury (L’Alfa 4C ha già un telaio di carbonio e diverse parti di carrozzeria in fibra di vetro), ma non sembra adatto alle larghe serie per motivi di costi di industrializzazione (troppe lavorazioni artigianali).
Di qui al 2030 la composizione della massa per materiali delle automobili tenderà sempre di più ad assomigliare a quella di un aereo di oggi: per volare occorre pesare poco, e così anche per muoversi sulla terra con sempre meno kW, e sempre meno combustibili fossili da bruciare.
La filiera nazionale automotive è relativamente ben preparata a lavorare su questo tema. La percentuale di imprese che sta lavorando con materiali innovativi (nelle ultime generazioni dei suoi prodotti) è del 21,4 per cento (un’impresa su cinque), che tuttavia sale al 30 per cento tra i designer, al 40,7 per cento tra gli OEM (ossia i subassemblatori che coprogettano con i costruttori); la percentuale è del 28,6 per cento (quasi un’impresa su tre) tra gli specialisti e scende al 12,5 per cento unicamente tra i subfornitori, che sono del resto coloro che principalmente adottano le innovazioni delle parti più alte della piramide di fornitura. Figura 3.5 – Percentuale di intervistati che sta già lavorando, nei prodotti nuovi, con i nuovi materiali
Fonte: Osservatorio sulla filiera autoveicolare, ed. 2015 30 40,7 28,6 12,5 21,4 23,6 19,8 21,4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
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