W 2013 r Toyota pokazała koncepcyjny samochód ME.WE, w którym tradycyjne materiały zastąpiono lżejszymi i bardziej ekologicznymi, jak np. spieniony polipropylen.

Dzięki temu zabiegowi masa pojazdu zmniejszyła się o 20%, a ME.WE osiągnął redukcję wagi do 750 kg. Co jednak, gdyby zdecydować się na ruch odwrotny i zastąpić w pojazdach poruszających się po naszych drogach wszystkie lekkie elementy wykonane z polimerów, głównie EPP, na ich odpowiedniki ze stali? Jeżeli przyjmiemy, że w typowym współczesnym samochodzie osobowym ważącym 1500 kg znajduje się około 300 kg części z tworzyw (które są nawet trzy razy lżejsze od stali), to po zamianie ich na materiały tradycyjne otrzymamy samochód-bestię o imponującej wadze 2,1 tony…

Zwiększająca się rola tworzyw w produkcji samochodów

Stosowanie polimerów w przemyśle samochodowym nie jest niczym nowym, ale dotychczas było bardzo ograniczone. Jeszcze w latach 50. ubiegłego wieku pojazdy zawierały znikome ilości tworzyw sztucznych. Aż do lat 70. jego udział nie przekraczał 3%. Opracowany w Stanach Zjednoczonych raport Transportation Energy Data Book z 2004 roku wskazywał, że średniej wielkości samochód zawierał około 120 kg plastiku, a jeden kilogram plastiku mógł zastąpić nawet 1,5 kg materiałów tradycyjnych. Z tej samej analizy wynika, że w latach 1977 – 2004 zmieniła się proporcja wykorzystania poszczególnych materiałów. Udział stali spadł z 75% do 53%, natomiast wzrosła zawartość aluminium – z poziomu 2,6% do 8,6%. W przypadku plastiku odnotowano nieznaczny wzrost, z 4,6% do 7,6%, przy czym w Europie poziom ten był nieco większy i wyniósł 11%. Postęp technologiczny sprawił, że stosunek wykorzystania plastiku i innych materiałów uległ dalszej zmianie. Dzięki zwiększającej się atrakcyjności elementów z EPP dla sektora samochodowego waga samochodu zmniejsza się. Obecnie polimery są drugim najczęściej używanym surowcem do produkcji pojazdów i stanowią 20% ich całkowitej masy. Oznacza to, że w samochodzie ważącym 1500 kg można znaleźć około 300 kg polimerowych komponentów, czyli w przybliżeniu 2000 części różnego rodzaju i wielkości. Natomiast według raportu Plastics in Motion with Today’s Trends in Transportation sporządzonego przez Stowarzyszenie Przemysłu Tworzyw Sztucznych w Waszyngtonie, części polimerowe stanowią dziś 50% objętości pojazdów.

Jakie wymierne korzyści przynosi zastosowanie tworzyw?

Jak wynika z badania Automotive Trends Report, przeprowadzonego w 2018 roku przez amerykańską Agencję ds. Ochrony Środowiska, każda wymiana części o łącznej wadze 45 kg na elementy plastikowe przekłada się na wzrost efektywności energetycznej samochodu o 2%. Biorąc pod uwagę, że 100 kg plastikowych części może zastąpić nawet 300 kg stali, będącej obecnie głównym surowcem stosowanym przy produkcji samochodów, oznacza to oszczędność nawet do 750 litrów paliwa na każde 150 000 km oraz redukcję rocznej emisji CO2 o 30 ton i to tylko w Europie. Warto zauważyć, że technologie produkcji metodami wtrysku termoplastycznego i formowania tworzyw sztucznych jak np. EPP, umożliwiają ekonomiczne wytwarzanie części i maksymalny zwrot inwestycji. Ponadto mogą one mieć znacznie lepsze parametry niż ich odpowiedniki z innych materiałów – na przykład plastikowe zderzaki wzmacniane włóknem szklanym są o połowę lżejsze, a pochłaniają nawet pięć razy więcej energii podczas zderzenia.

Wyzwanie wciąż aktualne

Pomimo faktu, że w ostatnim dziesięcioleciu upowszechniło się stosowanie lżejszych materiałów, a zmniejszenie relatywnej masy pojazdów stało się faktem, to od 2004 roku średnia waga pojazdów tak naprawdę utrzymuje się na stałym poziomie. Do takich wniosków doszli autorzy wspomnianego raportu Automotive Trends Report z 2018 roku. Przyczyna jest łatwa do wyjaśnienia. Pomimo stosowania części z lżejszych materiałów, takich jak aluminium czy pianka EPP, konsumenci coraz częściej wybierają duże samochody z bogatym wyposażeniem. Pokazują to na przykład dane z rynku amerykańskiego: w Stanach Zjednoczonych od 1975 roku sprzedaż pojazdów typu sedan i kombi zmniejszyła się o 13%, a modeli pick-up wzrosła o 29%. Konieczny jest więc dalszy rozwój technologiczny, który pozwoli zastąpić jeszcze więcej tradycyjnych materiałów częściami wpływającymi na poprawę wydajności energetycznej i bezpieczeństwa samochodów. Na ten cel skierowane są wysiłki firmy Knauf Industries Automotive.