PERSPECTIVA: Transición de EV para potenciar la innovación en plásticos con EE. UU. como centro clave

Jan 09, 2024

jose chang

19-abr-2023

TROY, Michigan (ICIS) – La transición del vehículo eléctrico (EV) impulsará la innovación y la inversión en plásticos para aligerar peso, resistencia al calor para componentes críticos y para reducir el ruido y la vibración. Y EE. UU. se convertirá en un centro para nuevas inversiones masivas en el sector, con la Ley de Reducción de la Inflación de EE. UU. (IRA) como motor impulsor.

¿Qué hace que el sector de los vehículos eléctricos sea un semillero de innovación? Por supuesto, sigue siendo una industria emergente con solo alrededor del 7% de participación de mercado en los EE. UU. en términos de ventas de vehículos de pasajeros, según el Centro de Investigación Automotriz (CAR).

Pero un aspecto clave relacionado con ser una industria relativamente nueva es la falta de estandarización de autopartes y sistemas para vehículos eléctricos, tanto en diseño como en materiales.

Para la industria del plástico, esto ofrece una gran oportunidad para innovar y ofrecer nuevos componentes de resolución de problemas destinados a vehículos eléctricos, en forma de compuestos hechos de polipropileno (PP), poliamida (nylon), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), policarbonato (PC). ), polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE), tereftalato de polietileno (PET) y más.

Los productores de plásticos y los proveedores de repuestos discutieron ideas y exhibieron nuevos productos y conceptos en la Conferencia sobre plásticos en vehículos eléctricos y autónomos (EAV) organizada por la Society of Plastics Engineers (SPE) en Troy, Michigan, EE. UU.

ENFOQUE EN EL PAQUETE DE BATERÍAUn área particular de atención es el paquete de baterías EV: un sistema enorme con múltiples componentes que requieren varios niveles de resistencia a alta temperatura y alto voltaje junto con otras propiedades.

El uso de PP como resina principal en los paquetes de baterías de vehículos eléctricos debería conducir a un aumento del consumo global de PP en vehículos livianos de alrededor de 61 kilogramos (kg) por vehículo hoy, a 99 kg por vehículo para 2050, dijo Kevin Swift, economista senior de productos químicos globales en ICIS.

En términos de volúmenes, el consumo mundial de PP de los vehículos ligeros aumentaría de 2,57 millones de toneladas anuales a 10,3 millones de toneladas anuales en el mercado de 2050, añadió.

Esto tiene en cuenta una mayor penetración mundial de vehículos eléctricos del 10 % en 2021 al 61 % para 2050 en su escenario base. Otros materiales que se beneficiarán incluyen poliuretanos y policarbonato (PC).

Desde bandejas de baterías hasta cubiertas de gabinetes, cubiertas de barras colectoras y carcasas de módulos, "hay tantas oportunidades para nosotros en este espacio", dijo Dave Sullivan, gerente senior de marketing de electrificación de vehículos, América en SABIC.

"No hay mucha estandarización en esta área", agregó.

SABIC ha estado trabajando con el fabricante de compuestos Sanko Gosei en la producción de una cubierta de batería de PP reforzado con fibra de vidrio de 1,6 metros (5,2 pies) de largo con retardantes de llama para el CRV híbrido enchufable EV (PHEV) de Honda que se produce en China. El componente moldeado por inyección pesa alrededor de 6 kg y está destinado a brindar protección a los pasajeros contra la fuga térmica en un paquete de baterías que provoca incendios, entre otras propiedades.

PROTECCIÓN CONTRA FUGA TÉRMICA"Cuando ocurren incendios, los vehículos eléctricos con baterías de iones de litio se queman más rápido, más rápido y son más difíciles de extinguir", explicó Sullivan.

Por lo tanto, la gestión y protección del calor es una oportunidad crítica en los vehículos eléctricos para el sector de los plásticos.

La poliamida también se está utilizando para abordar los desafíos de fugas térmicas en los vehículos eléctricos, dijo Kai Becker, líder mundial de aplicaciones en Ascend Performance Materials.

La poliamida 6,6 (PA66) de Ascend con retardantes de llama puede extender significativamente el punto de fusión de PA66, haciéndolo adecuado para barras colectoras para mantener la conexión de aislamiento eléctrico durante un evento térmico, dijo Becker.

También se puede usar en gabinetes de módulos de batería para proteger contra la propagación del fuego de un módulo al siguiente, agregó.

Estos son solo algunos de los ejemplos en los que se pueden utilizar compuestos plásticos innovadores para resolver desafíos exclusivos de los vehículos eléctricos.

LA PARTICIPACIÓN DEL MERCADO DE VE DE EE. UU. AUMENTARÁ CON IRALas ventas de vehículos eléctricos (EV) en EE. UU. están a punto de aumentar al 41% para 2030, impulsadas por los incentivos de la Ley de Reducción de la Inflación (IRA) de EE. UU. y un gran aumento en las inversiones relacionadas con EV por parte de OEM y proveedores, según el director. del Centro de Investigaciones de Automoción (CAR).

La IRA de EE. UU. proporciona créditos fiscales de hasta $7500 por pasajero EV para vehículos fabricados en América del Norte y umbrales para componentes de batería y minerales críticos provenientes de América del Norte y países que tienen acuerdos de libre comercio (TLC) con EE. UU.: 50 % para componentes de batería y 40% para minerales críticos a partir del 18 de abril de 2023, aumentando a 60% y 50% para 2024 y más en años posteriores.

También ofrece incentivos para vehículos eléctricos usados ​​y comerciales, así como para proveedores de componentes y minerales.

Los OEM automotrices están liderando la carga con inversiones récord en América del Norte, con inversiones en EV y baterías de EV que representan el 87% del total de $ 134 mil millones en proyectos anunciados en toda la región desde 2019-2023 hasta la fecha, dijo Alan Amici, presidente y Director General de CAR.

2022 fue un año récord para la inversión automotriz anunciada en América del Norte con más de $ 50 mil millones en proyectos, según CAR.

"Como proveedor, esto reduce su riesgo, ya que los OEM están invirtiendo mucho dinero en vehículos eléctricos. La transición a los vehículos eléctricos está ocurriendo, no hay vuelta atrás", dijo Amici.

Para los proveedores de automóviles rastreados, entre 2020 y 2023, se anunciaron inversiones por $82.300 millones, de las cuales el 75 % se destinó a la electrificación, dijo.

La previsión de que EE. UU. alcance el 41 % de la cuota de mercado de vehículos eléctricos, que incluyen vehículos eléctricos con batería (BEV) y vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV), es superior al 30 % en 2019 antes de la pandemia. Durante la pandemia y antes de la IRA , el pronóstico se redujo a solo 21% por una mayor incertidumbre económica, señaló Amici.

Hoy en día, los vehículos eléctricos representan solo alrededor del 6,9 % de las ventas de automóviles, según CAR.

EV LIGHTWEIGHTING MÁS CRÍTICOSi bien el porcentaje de plásticos y compuestos en la composición de los materiales de los vehículos se ha mantenido relativamente estable durante cinco años en un 8,9 %, existe "una excelente oportunidad" en este espacio, ya que los plásticos desempeñan un papel clave en el desafío de reducir el peso, dijo Amici.

Un EV de pasajeros es típicamente 500-1,000 kg (1,100-2,200 lb) más pesado que un vehículo ICE (motor de combustión interna) tradicional, creando una serie de desafíos más allá del rango de conducción: composición y diseño de neumáticos, frenado, características de choque y geometría de suspensión, él señaló

BATALLA POR EL ALCANCE EV"La batalla por la autonomía de los vehículos eléctricos ha aumentado significativamente la importancia de los plásticos", dijo Jamie Brewer, ingeniero jefe ejecutivo de los SUV Ultium Upscale del fabricante de automóviles estadounidense GM.

"El impulso a los vehículos eléctricos ha obligado a todos los fabricantes de equipos originales a reflexionar sobre dónde están todas las oportunidades para aprovechar la innovación futura", agregó.

El uso de termoplásticos en los sistemas de refrigeración de vehículos eléctricos puede ofrecer un alto rendimiento y también un peso un 60 % más ligero que los sistemas de mangueras de goma tradicionales, señaló el ejecutivo.

Otras aplicaciones para los plásticos en los vehículos eléctricos incluyen el anillo conector del motor (alta temperatura), el sistema de la compuerta levadiza, el panel de instrumentos, el alerón de flujo continuo, la iluminación delantera exterior, las hojas de las luces traseras y los paneles delanteros (parrilla), dijo Brewer.

Si bien muchas de las aplicaciones también se pueden usar en vehículos ICE tradicionales para que sean livianos, el mayor peso de los vehículos eléctricos y la búsqueda de un mayor rango de manejo por carga está impulsando una mayor innovación en esta área, dijo.

GM está invirtiendo $ 35 mil millones en vehículos eléctricos y vehículos autónomos (AV) hasta 2025 con el objetivo de lanzar 30 nuevos vehículos eléctricos a nivel mundial para 2025. También está invirtiendo $ 750 millones para respaldar la construcción de infraestructura de carga.

SISTEMAS DE OPTIMIZACIÓN No es solo el aligeramiento lo que puede aumentar la autonomía EV. Celanese está trabajando en un proyecto ambicioso para diseñar una nueva estructura de batería de mayor densidad de energía que ocupará menos espacio y proporcionará más energía, dijo Pat Granowicz, ingeniero de aplicaciones de baterías EV de la compañía.

El enfoque 3 en 1 de Celanese para un paquete más eficiente involucra un sistema de enfriamiento compuesto por material reforzado con vidrio de poliftalamida (PPA), interconexiones eléctricas que usan aluminio adherido a un marco de nailon y un marco estructural de PPA, señaló.

La nueva estructura permitiría a los fabricantes de equipos originales agregar más celdas de bolsa de batería al paquete, lo que aumentaría significativamente el rango, dijo Granowicz.

HUELLA DE CARBONOSi bien los vehículos eléctricos en sí contribuirán en gran medida a reducir las emisiones de carbono, los fabricantes de automóviles también están considerando la sostenibilidad de los materiales que se utilizan en el vehículo para cumplir objetivos ambiciosos.

El mayor impacto en la sostenibilidad y la huella de carbono de un vehículo se produce en las primeras etapas del desarrollo del producto a través del concepto y el diseño, dijo un ejecutivo del fabricante estadounidense de vehículos eléctricos (EV) Rivian.

"Rivian está incorporando activamente el diseño para la sostenibilidad en el proceso de desarrollo de productos", dijo Dean Stevenson, director senior de interiores de Rivian.

Parte de esto es considerar la intensidad de carbono de los insumos con énfasis en materiales reciclados o de base biológica. La compañía tiene como objetivo crear una cadena sostenible de proveedores con ambiciones de sostenibilidad, así como proveedores locales para una logística eficiente siempre que sea posible, agregó.

Rivian utiliza el análisis del ciclo de vida (LCA) para evaluar materiales alternativos en las primeras etapas de diseño.

Por ejemplo, para una determinada pieza de automóvil, en lugar de un conjunto de alambre y estampado, utilizó un soporte de nailon moldeado por inyección con un 50 % de contenido reciclado que redujo las emisiones de CO2 equivalente en más de un 30 %, señaló Stevenson.

La empresa evalúa tanto las emisiones de carbono en la fabricación como en el uso (por ejemplo: ahorro de energía).

Para la estructura de los cojines de los asientos traseros, Rivian reemplazó la estructura tradicional tubular y de acero estampado con una estructura de PP expandido, lo que redujo las emisiones de CO2 equivalente en más del 30 % y redujo el peso del vehículo en 10 kg (22 lb), dijo Stevenson.

Rivian también diseñó la sustentabilidad en sus sistemas NVH (ruido, vibración y aspereza), utilizando algodón y 70 % de PET reciclado en lugar del tradicional EPDM (monómero de etileno propileno dieno). Esto resultó en un 70% menos de emisiones de CO2 equivalente y una reducción de peso de alrededor de 4 kg, dijo el ejecutivo.

"Estamos dispuestos a pagar un costo para obtener más PCR (material reciclado posconsumo) en los vehículos, pero con el tiempo, eso será neutral en cuanto a costos", dijo Stevenson.

Artículo de información dejose chang

La plataforma de suscripción brinda acceso a nuestra gama completa de noticias y análisis de última hora Contáctenos ahora para obtener más información

Ahora, más que nunca, los conocimientos dinámicos son clave para navegar en mercados de materias primas complejos y volátiles. El acceso a los conocimientos de expertos sobre los últimos desarrollos de la industria y el seguimiento de los cambios del mercado son vitales para tomar decisiones comerciales sostenibles. ¿Quiere saber cómo podemos trabajar juntos para brindarle información procesable y respaldar sus decisiones comerciales?

¿Necesitas ayuda?