Bilindustrien endrer seg. Det passer Hydro godt

En av de beste virkemidlene i bilprodusentenes jakt på lavere forbruk er å gå løs på vekten. Jo mindre vekt, jo mindre rullemotstand.

Selvfølgelig er aerodynamikken svært viktig, spesielt når hastigheten går opp, men her er mye av potensialet tatt ut. Det er en grunn til at en Tesla og andre biler ser ut som de gjør.

Med vekt derimot, er det mye å gå på for mange biler. Stål er det tradisjonelle konstruksjonsmaterialet i bilindustrien. Et materiale som har tjent industrien vel fra den spede begynnelsen på slutten av 1800-tallet.

Lenge har fremskrittene i motor- og transmisjonsteknologi mer enn kompensert for økningen i bilenes økende vekt. Nye krav til sikkerhet og komfort har økt vekten på gjennomsnittsbilen med mange hundre kilo. Likevel forbruker de langt mindre drivstoff. Men det er en grense for alt, og selv om det fremdeles er mulig å forbedre forbrenningsmotoren litt nærmer vi oss en grense.

Nå må bilene på slankekur.

• Klar for racing: Å fjerne 500 kg gjorde Tesla-en nøyaktig så kjapp som Musk kalkulerte

Ut med stålet

Når vi nå ønsker å skru igjen krana mest mulig, enten den leverer flytende drivstoff eller elektroner, er stålets tetthet på nesten åtte kilo/liter en ulempe, selv om det er gjort store fremskritt med høyfaste stållegeringer med tynnere dimensjoner.

Da fremstår aluminium med 2,7 kg/liter som et særdeles attraktivt alternativ.

Men aluminium kan ikke erstatte stål i volumforholdet 1:1. Aluminium har andre fysiske egenskaper, men grovt sett kan man halvere vekten når men bytter fra stållegeringer til aluminiumslegeringer, selv om tettheten skulle tilsi 1:3.

Det er grunnen til at den gjennomsnittlige europeiske bilen nå inneholder fra 100 til 150 kilo aluminium. Mye av dette finner vi i motor, gearboks og felger, men nå står resten av karosseriet for tur.

• Bilindustrien skriker etter aluminium: Hydro klarer ikke å levere nok

Tidlig ute

– Audi var pionerer på dette området. De begynte å ta i bruk aluminium i premiumbiler allerede på 70-tallet i samarbeid med vår konkurrent Alcoa. Dagens premiummodeller inneholder rundt 500 kilo aluminium, selv om biler som Tesla stort sett er helt konstruert i det lette metallet, sier teknologidirektør i Hydro, Hans Erik Vatne.

Bilindustrien er under et voldsomt press for å få ned energiforbruket. Vekt fremstår som en åpenbar løsning. Derfor forventes det at forbruket av aluminium i gjennomsnittsbilen vil øke i årene fremover.

Det er en utvikling som passer den norske aluminiumsprodusenten godt.

Selv om Hydro fremstiller rent aluminium er det legeringer de selger til bilindustrien. Materialer til felger inneholder rundt 10 prosent silisium og to prosent magnesium. Plater har lite legeringsmetaller, og i legeringsfamilien Hydro kaller 6000-legeringer brukes typisk bare mellom en halv og en prosent silisium og magnesium.

Slike begrensede tilsetninger danner små herdende partikler som gir et jevnt og rent utseende til bilens ytre som skal lakkeres. En annen legeringsfamilie, 5000-legeringer, har opptil fem prosent magnesium. Den brukes blant annet innvendig i dører hvor overflateutseende ikke er så viktig.

– Legeringene, og egenskapene de har i form av styrke, formbarhet, jevnhet og utseende, er viktige konkurranseparametere og vi samarbeider med NTNU og Sintef for å utvikle nye varianter, sier Vatne.

• Gigantisk teknologisprang med dobbel gevinst: Her er de i gang med å bygge en av de største investeringene i norsk fastlandsindustri

Dyrere enn stål

Selv om bruken av aluminium kan erstatte stål, og halvere vekten, så koster det. Det er mye dyrere å fremstille det lette materialet enn stål.

Aluminiumprisen varierer mye, men koster for tiden mellom 1800 og 1900 dollar per tonn, mens stål ligger på rundt 350 dollar per tonn. En bil som eksempelvis trenger et tonn stål trenger 500 kg aluminium til rundt 950 dollar. I en industri som leter høyt og lavt etter kostnader er 600 dollar ekstra mye penger.

– Vi har gjort en studie av en e-Golf og fant ut at vi kunne halvere vekten ved å erstatte nesten alt stålet med aluminium, sier Vatne.

Bilindustrien har skjønt budskapet og nå vil de øke andelen aluminium i bilene. Fordelene oppveier kostnadene.

• Sebrastripene skjuler verdier til milliarder av kroner: Nå strides eksperter om mønsteret fungerer

Sikrere biler

– Deformasjonsegenskapene til aluminium er bedre enn med stål målt kilo for kilo, og er med å gjøre bilene sikrere. Dessuten er aluminium helt resirkulerbart og korrosjonsegenskapene er veldig gode. I mange markeder peker man på at aluminiumsproduksjonen forårsaker store utslipp av CO₂ fordi den er så kraftkrevende. På verdensbasis er utslippene fra kraftgenerering flere ganger større enn utslippene fra aluminiumsproduksjonen, men det gjelder ikke oss. Her i landet er all aluminium fremstilt av fornybar vannkraft, sier Vatne.

I tillegg viser han til at Hydro er spesielt fordi selskapet er vertikalt integrert. De kontrollerer hele verdikjeden fra bauxittproduksjon til valsede plater. Det gir sporbarhet og mulighet til å optimalisere gjennom hele produksjonskjeden.

– Det gir oss fordeler andre har vanskelig å konkurrere med, sier han.

Mange peker på at karbonfiberarmert plast kan utfordre aluminium og bli et enda lettere material til bilproduksjon. Ulempen med dette er at det er svært kostbart og ikke resirkulerbart. Aluminium derimot er særdeles resirkulerbart. 75 prosent av all aluminium som noen gang er produsert er fremdeles i bruk.

• Euro NCAP om nye Mustang: Kundene bør være bekymret

Materialkonkurranse

Det er konkurranse på alle nivåer i bilmarkedet, også på materialer, mener Vatne. Aluminium vil få konkurranse fra nye stållegeringer og kompositter.

Det finnes ikke et enkelt material som kan løse alt i fremtidsbilen, men han tror aluminium er sikret en svært stor andel.

Hybride anvendelser av materialer, der komponenter består av flere ulike materialer med hver sine optimale egenskaper vil også øke i anvendelse. Aluminium kan ikke brukes til alt, men kan få en rolle i slike hybride sammenstillinger.

Hydro jobber tett med bilindustrien for å modellere og optimalisere materialet til kundenes behov og sørge for at det ikke oppstår korrosjon når man setter sammen ulike materialer. Kundene er bilprodusentene direkte og all industrien som leverer komponenter til den.

– Vi sørger for å ha stor kompetanse på anvendelser av aluminium og på evnen til å modellere produktene kundene vil ha før de settes i produksjon. Det er stor konkurranse, og i tillegg til pris er dette svært viktig for å få et godt forhold til kundene. Selvfølgelig må vi også ha svært god produktkvalitet. Det må være formbart og ha lite overflatefeil. Det skal lite til før defekter skinner gjennom plater selv om man legger lakk oppå, sier han.

• Kjøretøyet sendes i riktig retning: Dette «rullende autovernet» skal avverge alvorlige ulykker

Stål taper terreng

Alle, inklusive bilindustrien, peker på at bruken av aluminium vil vokse svært raskt fremover. Om noen år vil bruken i gjennomsnittsbilen ha doblet innholdet av materialet til rundt 300 kilo, men en betydelig vektreduksjon som resultat.

Men det er ikke bare aluminium som vokser. Det samme gjør nye typer høyfaste stål som kan gjøres mye tynnere. Den store taperen er det tradisjonelle stålet.

– Bruken av aluminium i det som kalles «body In white», som er det man kaller det nakne karosseriet når det er dyppet i grunning eller sinkbad, er ventet å få en vekst på 15 prosent årlig vekst mellom 2012 og 2022. I tillegg kommer alt som hektes på som dører, panser og bagasjelokk, som det også er naturlig å utforme i aluminium. Jeg tror vi vil se mange nye biler som er helt utformet i aluminium i denne perioden.

Egen fabrikk

Hydro er i ferd med å åpne en produksjonslinje i Tyskland som skal fremstille aluminiumsplater til den europeiske bilindustrien.

Den vil bidra til at selskapet leverer nesten en million tonn aluminium årlig til bilindustrien over hele verden. Fordelt på 150 kg aluminium i hver bil holder det til en produksjon på 6,3 millioner biler årlig.

Vatne peker på at selv om overgangen til aluminium i bilindustrien er spennende nok så skjer dette i svært mye av transportindustrien og Hydro har tenkt å være med.

Også andre markeder ser med interesse på det lette materialet. Bygg og emballasje vokser raskt, men også aluminium til elkraftforsyning og forbrukerelektronikk øker hurtig.

• Veier en femtedel av aluminium: Hyperloop skal bestå av et nytt supermateriale som er ti ganger sterkere enn stål