De la chatarra a la hoja de metal sostenible: un esfuerzo de $ 2 millones para revisar el reciclaje automotriz

El movimiento global hacia materiales avanzados y sistemas de propulsión eléctricos requiere una reevaluación de cómo reciclamos los vehículos.

Escrito por: Jim Lynch

20 de abril de 2021

EXPERTO

A medida que avanzamos hacia un sector de transporte más limpio, un nuevo proyecto de $ 2 millones en la Universidad de Michigan tiene como objetivo desarrollar formas más fáciles y rentables de fabricar láminas metálicas automotrices livianas reciclables.

El proyecto es un esfuerzo clave ya que los principales fabricantes de automóviles buscan camiones livianos y se alejan de los motores de combustión interna hacia automóviles eléctricos que requieren componentes más livianos para aumentar la autonomía del vehículo.

Apodado "The Clean Sheet Project", el esfuerzo busca desarrollar nuevas herramientas de diseño y establecer mejores prácticas para productores de materiales y fabricantes de automóviles con un enfoque en el reciclaje de principio a fin en la producción. Si bien el enfoque inicial del grupo será el aluminio de alto consumo energético y las láminas metálicas automotrices de acero de alta resistencia avanzadas, eventualmente podría incluir pautas para todo tipo de materiales, incluidos plásticos, polímeros y baterías para vehículos eléctricos o EV.

"Necesitamos reducir los impactos ambientales de la producción de vehículos en el futuro, y una de las formas de hacerlo es impulsar la producción de estas láminas de metal liviano a partir de materiales reciclados", dijo Daniel Cooper, profesor asistente de ingeniería mecánica de la UM y el investigador principal del proyecto. "Eso no solo reducirá las emisiones del proceso de producción de automóviles, sino que también ayudará a limitar la minería destructiva de materias primas".

"Ya reciclamos muchos de los materiales que se utilizan en estos nuevos vehículos, pero no lo hacemos bien", dijo Cooper. "Requiere poner el acero y el aluminio en hornos de arco eléctrico o de gas, y luego fundir metal nuevo".

Los productos de metal reciclado no son de alta calidad porque hoy en día es difícil, si no imposible, obtener material de origen puro para fundir. Y en los EE. UU., hay poca demanda de esta chatarra contaminada, por lo que los materiales a menudo se envían a otros países donde los trabajadores mal pagados los clasifican a mano.

Al final de la vida útil de un vehículo, los recicladores utilizan cizallas mecánicas para tratar de romper y apilar los diferentes metales para enviarlos por separado a los hornos. Pero los vehículos contienen muchas aleaciones de metales diferentes que se mezclan a medida que se rompen, y los paneles de aluminio de los automóviles a menudo tienen remaches de acero que son difíciles de quitar, incluso con imanes.

Esta tarea de separar los metales solo se está volviendo más difícil. Los vehículos eléctricos, por ejemplo, utilizan aún más cableado de cobre en sus componentes electrónicos y el acero reciclado puede agrietarse durante la fabricación si contiene tan solo un 0,1 % de cobre.

Por lo general, el metal reciclado termina usándose en lugares con requisitos de bajo rendimiento, como piezas de fundición de aluminio en bloques de motor y barras de refuerzo de acero.

"Vemos una gran oportunidad para aumentar la reutilización y el reciclaje de materiales si los diseños de los vehículos incluyen facilidad de desmontaje, separación mejorada de materiales y homogeneización en toda la industria", dijo George Luckey, gerente de estampado y desarrollo de aleaciones en Ford Research and Advances Engineering. Ford se encuentra entre varios socios financieros privados involucrados en el esfuerzo.

"El Proyecto Hoja Limpia proporcionará estos conocimientos y estamos entusiasmados de unirnos a la Universidad de Michigan y otros socios para participar", dijo Luckey. "Este trabajo respalda firmemente los compromisos de Ford para reducir las emisiones de CO2, desarrollar una economía circular y un futuro neutral en carbono".

Dos factores poderosos sugieren que ahora es el momento de establecer cómo hacer comunes las prácticas más sostenibles.

La primera es que los nuevos compromisos con la fabricación de vehículos eléctricos provienen regularmente de los principales fabricantes de automóviles en 2021, y es probable que esa tendencia continúe. A principios de este mes, UBS Investment Bank estimó que los vehículos eléctricos representarían el 40% de todas las ventas de automóviles nuevos para fines de la década. El segundo factor es que en los próximos años, una ola de vehículos intensivos en láminas de aluminio llegarán al final de su vida útil y se dirigirán a los depósitos de chatarra, según ha demostrado la investigación anterior de Cooper.

El aluminio se ha convertido en uno de los materiales para vehículos eléctricos más populares gracias, en parte, a su baja densidad, que ayuda a mantener bajo el peso de los vehículos.

"Esto requiere una reinvención de cómo estos materiales de alto valor pueden reciclarse o rehacerse para producir vehículos nuevos", dijo Cooper. "El aluminio es conocido por ser difícil de reciclar sin pérdida de rendimiento, y se puede ver por qué algunas personas se ponen nerviosas acerca de hacia dónde nos dirigimos. Si cambiamos a vehículos eléctricos, eso probablemente signifique una demanda aún mayor de aluminio de alta calidad". y una pérdida del mercado de motores de combustión interna que actualmente utiliza una gran cantidad de metal reciclado de baja calidad".

El enfoque integrado del Proyecto Hoja Limpia

Los esfuerzos anteriores para hacer que los componentes de los vehículos eléctricos sean más fácilmente reciclables han tenido cierto éxito, pero la falta de un enfoque integrado en toda la industria, desde los productores y recicladores de materiales hasta los fabricantes de automóviles y los procesadores de chatarra, ha perjudicado el esfuerzo.

"Con suerte, nuestra metodología podría proporcionar un gran avance en todos los ámbitos", dijo Cooper.

Esa metodología incluye un enfoque de modelado por computadora conocido como ingeniería computacional integrada de materiales que determinará qué tan bien se pueden reciclar los metales mezclados. Estos modelos pueden ayudar a los investigadores a descubrir nuevos materiales que sean más fáciles de reciclar y determinar cómo se pueden usar más materiales reciclados en componentes de alta calidad, como carrocerías de automóviles de aluminio. El modelado adicional evaluará las opciones de diseño del vehículo, como qué materiales se utilizan y dónde.

Los investigadores también analizarán nuevas tecnologías para deshacerse de vehículos viejos y separar los materiales. El proyecto ofrecerá un nuevo conjunto de diseños para herramientas de reciclaje y hojas de ruta tecnológicas para toda la industria.

El equipo de Clean Sheet está organizando actualmente un taller intersectorial sobre diseño, producción, fabricación y reciclaje de láminas de metal para automóviles con el fin de aprender de los expertos de la industria sobre las oportunidades para aumentar el reciclaje de láminas de metal de alta calidad.

Aproximadamente la mitad de la financiación del proyecto proviene del Instituto REMADE del Departamento de Energía de EE. UU., una asociación público-privada que promueve la adopción de tecnología sostenible para las industrias. Junto con Ford, los socios de financiación adicionales incluyen: Novelis, The Institute of Scrap Recycling Industries, The Aluminium Association, Light Metal Consultants y Argonne National Laboratories.

james lynch

Redactor de artículos y noticias de investigación

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