|
اتومبيلهايي از خانواده فولادهاي پيشرفته با استحکام بالا
|
|
براي دستيابي به اتومبيلهايي باکارايي قابل توجه، با کمترين يا حتي بدون هزينه اضافي براي کارخانه سازنده و مشتريان، فولاد در مرحله ابداع دوباره خود قرار دارد.
بهمنظور بهبود وسيله نقليه از نقطه نظر حفاظت بيشتر در تصادفات، صرفهجويي اقتصادي در مصرف سوخت و همچنين کاهش کلي انتشار گازهاي گلخانهاي (GHG)، انواع جديدي از فولادهاي استحکام بالاي پيشرفته (AHSS) در طراحي بهينه بدنه خودروها بهکار گرفته ميشوند که موجب کاهش وزن خودرو نيز ميشود.
هدف از ارائه اين مقاله اين است که نشان دهيم چگونه فولادهاي پيشرفته استحکام بالا راهحل مناسبي براي کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي در سرتاسر طول عمر وسيله نقليه هستند.
اگر در ساختار بدنه تمامي خودروهاي توليد شده در دنيا بهجاي فولادهاي سنتي از فولادهاي پيشرفته استحکام بالا استفاده شود، در حدود 156 ميليون تن از انتشار گاز CO2 معادل جلوگيري ميشود.
طبقه جديد فولادها و طراحي بهينه
طراحي فولادهاي پيشرفته استحکام بالاي بهينه شده مزيتهايي از قبيل استحکام و خصوصيات شکلپذيري مطلوبي را در گريد جديد از فولادها به همراه داشته و از اين رو با استفاده از فولادهاي سبکتر، ورقهاي سفيد چند جوشه و بخش هندسي منحصر به فردي که قبلا امکان ساخت آن وجود نداشت، ميتوان خودروهايي با ساختار بدنه مستحکمتر توليد كرد.
مهندسان فولاد و خودرو، فولادهاي پيشرفته استحکام بالا (AHSS) را جايگزين فولادهاي سنتي در بدنه کامل يا اتاق خودروها (BIW) کردهاند که منتج به صرفهجويي 17 الي 25 درصدي در مواد مصرفي شده است. امروزه با حضور گريد فولادهاي پيشرفته استحکام بالا، بهطور معمول در حدود 25 درصد صرفهجويي صورت ميپذيرد که با 9 درصد کاهش در کل وزن وسيله نقليه برابر است.
هنگامي که در خودروهاي رايج پنج سرنشين، اين فولادها بهکار گرفته شوند، وزن کلي وسيله نقليه تا 117 کيلوگرم کاهش مييابد که براساس ارزيابي چرخه حيات (LCA)، اين مقدار برابر با کاهش 2/2 تن انتشار گاز CO2 معادل در طول عمر وسيله نقليه است.
اين صرفهجويي در انتشار گاز CO2 بيشتر از مقدار کل CO2 توليد شده در طي توليد تمام فولاد بهکار رفته در خودرو است.
همچنين مطالعات در اين زمينه نشان داد که براي هر 10 درصد کاهش در وزن خودرو، مصرف سوخت (مصرف هر ليتر سوخت در 100 کيلومتر مسافت طي شده)، تا حدود 9/1 درصد الي 2/8 درصد بهبود مييابد. اين مقدار به سيکل رانندگي، اندازه خودرو و انتخاب موتور بستگي دارد. مقادير 6 تا 8 درصد با تغيير در اندازه موتور براي ايجاد شتاب معادل در موتورهاي گازوئيلي سنتي امکانپذير است.
انتشار گازهاي گلخانه اي در خودرو
تخمين زده ميشود که استفاده از وسايل نقليه جادهاي بالغ بر 10 درصد از انتشار گازهاي گلخانهاي توسط بشر را بهخود اختصاص دهد. از آنجايي که صنايع خودروسازي يکي از بخشهايي است که به سرعت در حال رشد است، اين ارقام نيز در حال افزايش هستند. با توجه به پيامد فزاينده تغييرات آب و هوايي و سهم صنعت حمل و نقل در آن، بهبود در مصرف سوخت خودرو و کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي، از چالشهاي بزرگ پيش روي صنعت است.
در نتيجه، در حال حاضر توجه بسيار بالايي به کاهش مواد مصرفي در ساخت خودرو و تکنولوژيهاي بهبود موتور، براي کاهش مصرف سوخت ميشود. براي هر دوي اين موارد، نوآوريهاي تکنولوژيکي براي کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي بايد با تدوين يک چشمانداز از چرخه حيات، مورد تجزيه و تحليل قرار گيرد تا از افزايش ناخواسته انتشار گاز CO2 در طي فرآيند توليد مواد و پايان عمر مصرف آنها جلوگيري بهعمل آيد.
انعطافپذيري در سيستمهاي نيروي محرکه وسايل نقليه با استفاده از فولادهاي کيفي پيشرفته با استحکام بالا، اين وسايل را قادر خواهد ساخت تا علاوه بر کاهش قابل توجه انتشار کلي گازهاي گلخانهاي در چرخه حيات، رضايت باطني مصرفکنندگان کنوني و آينده را نيز برآورده کند.
کاهش در انتشار گازهاي گلخانهاي
وزن کلي سواريهاي پنچ سرنشين متداول برابر با 1260 کيلوگرم است، با ساخت بدنه خودرو از فولادهاي پيشرفته استحکام بالا (با کمترين هزينه اضافي نسبت به فولادهاي سنتي) صرفهجويي وزني کلي در حدود 117 کيلوگرم يا 9 درصد است. با توجه به اين کاهش وزن، موتور ميتواند کوچکتر شود که عملکرد آن با وسايل نقليه سنتي با ساختارهاي فولادي سنگينتر قابل مقايسه است. نتيجه اين فناوري صرفهجويي 1/5 درصدي در مصرف سوخت است.
اين کاهش وزن به معني اين است که فولاد کمتري براي هر وسيله نقليه مورد نياز است که کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي در فرآيندهاي توليد فولاد را به همراه خواهد داشت. صرفهجويي در مصرف سوخت نيز موجب کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي از خودروهاي روشن ميشود.
به ازاي هر يک کيلوگرم از فولاد پيشرفته استحکام بالا بهکار رفته در يک خودرو، صرفهجويي کلي در چرخه حيات آن در انتشار گازهاي گلخانهاي در حدود 8 کيلوگرم (بر مبناي CO2 معادل) است. اين صرفه جويي منتج به يک کاهش 7/5 درصدي در انتشار گازهاي گلخانه اي در سرتاسر طول عمر وسيله نقليه ميشود.
از اين رو يک صرفهجويي مادامالعمر 2/2 تني در انتشار CO2 معادل به ازاي هر خودرو وجود دارد. اين صرفهجويي حتي بيشتر از ميزان کل CO2 انتشار يافته طي فرآيندهاي توليد فولاد براي کل فولاد بهکار گرفته شده در وسايل نقليه است. اگر ساختار بدنه تمامي خودروهاي توليد شده در سراسر جهان که سال 2008 بيش از 71 ميليون دستگاه بود، بهجاي فولادهاي سنتي از فولادهاي پيشرفته استحکام بالا ساخته شوند، اين امر منتج به 165 ميليون تن کاهش مادام العمر در انتشار گاز CO2 معادل ميشود.
ساختارهاي سبک و سبز
از آنجايي که ما همواره به دنبال کاهش انتشار گازهاي گلخانهاي در جهان هستيم، صنايع خودروسازي به سمت موتورها و منابع سوختي پيشرفتهتر روي آوردهاند و گازهاي گلخانهاي ناشي از توليد اين محصولات بالغ بر يک درصد بيشتري از کل انتشار گازهاي گلخانهاي ميشود. از اين رو انتخاب مواد در صنعت از اهميت بسيار بالايي برخوردار است.
فولاد به طور موفقيتآميزي خود را با نوآوري همراه كرده است. براي يک خودرو خانواده پنج سرنشين با يک موتور احتراق داخلي، گازهاي گلخانهاي منتشره از توليد مواد مصرفي آن، بالغ بر بيش از 9 درصد از کل گازهاي گلخانهاي توليد شده در طي تمام عمر وسيله نقليه است.
فرآيند توليد فولاد به نسبت مواد رقيب خود در صنعت اتومبيلسازي، منجر به انتشار گازهاي گلخانهاي بسيار کمتري ميشود و براي رويارويي با تغييرات مورد نياز، فولادهاي جديد بهطور مستمر در حال تکامل هستند.
موادي که با فولادهاي پيشرفته استحکام بالا از نظر سبک وزني رقابت ميکنند براي محيطزيست ميتوانند گران تمام شوند. بسياري از گازهاي گلخانهاي پرقدرت، از قبيل پرفلوروکربنها (معروفترين PFCهاي رايج) و هگزافلوريد سولفور، داراي تاثيرات گرمايشي جهاني بالاتري نسبت به گاز CO2 بوده که در فرآيندهاي توليد مواد رقيب فولاد در صنعت خودروسازي از قبيل آلومينيوم و منيزيم منتشر ميشوند.
به همين دليل ارزيابي چرخه حيات که شامل تجزيه و تحليل توليد مواد مورد استفاده در صنعت خودروسازي، از لحاظ کاربرد يا از کارافتادگي است، براي مطالعه کامل مراحل اثرات واقعي گازهاي گلخانهاي بر روي محيطزيست و دستيابي به هرگونه بهبود بالقوه در سيستم، ضروري است.
LCA شامل مطالعه اثرات محيطي در طول چرخه حيات بوده و بنابراين روش مثبتي براي بررسي هزينههاي زيستمحيطي و اجراي فناوريهاي موثر و جهاني است. علاوه بر اين ميتواند کمک موثري در انتخاب مواد جديد با توجه به کل اثرات محيطي آن را تضمين كند.
زمانيکه فشارهاي هزينه اي نهايي را در بازار امروزي خودروسازي مورد توجه قرار دهيم، فولادهاي پيشرفته استحکام بالا تنها مواد ايدهآلي هستند که قادر به پاسخگويي کل نيازهاي امروزي از نظر هزينه، محيطزيست و عملکرد خواهند بود.
فولادها کاملا قابل بازيافت بوده و توليد آن در مقايسه با مواد رقيب خود در خودروسازي انرژي کمتري را مصرف ميکند. همچنين فولاد مادهاي ايمن بوده و استفاده از فولادهاي پيشرفته استحکام بالا در خودروهاي امروزي منتج به بهبود حفاظت در تصادفات ميشود.
در نتيجه بهبود ساختار وسايل نقليه، در آينده مجموعهاي از فولادهاي پيشرفته استحکام بالا در سراسر دنيا پديدار خواهند شد و مهندسان و طراحان اين فرصت را پيدا ميکنند تا بدون قرباني کردن نيازهاي ايمني خودرو يا ديگر ملزومات آن، وزن کلي وسيله نقليه طراحي شده را کاهش دهند.
اين دو موضوع، يعني ايمني و ديگر ملزومات، وابستگيهاي فزايندهاي را در طراحيهاي خودروهاي آينده بهوجود خواهند آورد که از آن قبيل ميتوان به ديدگاه مهندسان در بهکارگيري تجهيزات جديد مانند باتريها، موتورهاي الکتريکي و حتي مخازن هيدروژن در خودرو اشاره كرد که به احتمال زياد در ترافيکهاي فشرده و محيطهاي شهري مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
انرژي مصرف شده و گازهاي گلخانهاي منتشر شده از محصولات و بازيافت برخي از مواد جايگزين، با توجه به انتشار آلودگي کمترشان ميتوانند به مقدار زيادي خسارات ناشي از سوختهاي فسيلي را جبران كنند. زماني که بحث ارزيابي چرخه زيستمحيطي مطرح ميشود، نميتوان از فولاد بهعنوان يکي از سبزترين مواد براي توليد وسايل نقليه چشمپوشي کرد.
کمالالدين غفوري
منبع: World Steel Association
|