スクラップから持続可能な板金へ: 自動車リサイクルの徹底的な見直しに 200 万ドルの取り組み

先進的な素材と電動パワートレインへの世界的な移行により、車両のリサイクル方法を再評価する必要があります。

作者: ジム・リンチ

2021年4月20日

専門家

よりクリーンな輸送部門に向けて進む中、ミシガン大学の新たな 200 万ドルのプロジェクトは、リサイクル可能な軽量の自動車板金をより簡単で費用対効果の高い方法で開発することを目的としています。

このプロジェクトは、大手自動車メーカーが軽量の小型トラックに注目し、航続距離を延ばすためにより軽量なコンポーネントを必要とする内燃機関から電気自動車に移行する中、重要な取り組みとなっている。

「クリーン シート プロジェクト」と名付けられたこの取り組みは、新しい設計ツールを開発し、生産の最初から最後までリサイクルに重点を置いた材料生産者や自動車メーカー向けのベスト プラクティスを確立することを目指しています。 同グループは当初、エネルギー集約型のアルミニウムや先進的な高張力鋼板の自動車板金に重点を置くが、最終的にはプラスチック、ポリマー、電気自動車（EV）のバッテリーなど、あらゆる種類の材料に関するガイドラインを含める可能性がある。

「私たちは今後、車両生産による環境への影響を減らす必要があり、そのための方法の 1 つは、リサイクル材料からのこれらの軽量板金の生産を増やすことです」と、機械工学のダニエル・クーパー助教授は述べています。プロジェクトの主任研究員。 「これは自動車の生産プロセスからの排出量を削減するだけでなく、原材料の破壊的な採掘を制限するのにも役立ちます。」

「私たちはこれらの新しい車両に使用される材料の多くをすでにリサイクルしていますが、それがうまくできていません」とクーパー氏は語った。 「鋼とアルミニウムをアーク炉またはガス炉に入れて、新しい金属を鋳造する必要があります。」

現在、溶解するための純粋な原料を入手することが不可能ではないにしても困難であるため、リサイクルされた金属製品は高品質ではありません。 そして米国では、これらの汚染された金属スクラップの需要はほとんどないため、材料はしばしば他の国に輸送され、そこで低賃金の労働者が手作業で選別している。

自動車の耐用年数が終了すると、リサイクル業者は機械式ハサミを使用して、さまざまな金属をバラバラにして積み重ね、別々に炉に送ろうとします。 しかし、自動車にはさまざまな金属合金が含まれており、それらは分解されるときに混ざり合います。また、自動車のアルミニウムパネルには、磁石を使っても取り除くのが難しい鋼製リベットが付いていることがよくあります。

金属を分離するというこの作業は、ますます困難になるばかりです。 たとえば、電気自動車では電子機器にさらに多くの銅配線が使用されており、リサイクルされた鋼材に含まれる銅が 0.1% 程度でも製造中に亀裂が生じる可能性があります。

通常、リサイクルされた金属は、エンジンブロックのアルミニウム鋳物や鉄筋など、性能要件が低い場所で使用されることになります。

フォード・リサーチ・アンド・アドバンス・エンジニアリングのスタンピングおよび合金開発マネージャーのジョージ・ラッキー氏は、「自動車の設計に分解の容易さ、材料の分離の改善、業界全体での共通化が含まれていれば、材料の再利用とリサイクルが増加する大きなチャンスがあると考えている」と述べた。 フォードは、この取り組みに関与するいくつかの民間資金パートナーの1つである。

「クリーンシートプロジェクトはこれらの洞察を提供するものであり、私たちはミシガン大学や他のパートナーが参加することに興奮しています」とラッキー氏は述べた。 「この取り組みは、CO2排出量の削減、循環経済とカーボンニュートラルな未来の発展に対するフォードの取り組みを強力にサポートするものです。」

2 つの強力な要因は、今がより持続可能な実践を一般的なものにする方法を確立する時期であることを示唆しています。

1 つ目は、2021 年に大手自動車メーカーから電気自動車製造に対する新たな取り組みが定期的に行われており、その傾向は今後も続く可能性が高いということです。 今月初め、UBS投資銀行は、2010年末までに新車販売全体の40％を電気自動車が占めると推定した。 2番目の要因は、今後数年間で、アルミニウムシートを大量に使用する自動車の波が耐用年数を迎え、スクラップヤードに向かうだろうとクーパー氏の以前の研究が示している。

アルミニウムは、車両の重量を抑えるのに役立つ低密度のおかげで、最も人気のある EV 材料の 1 つになりました。

「これには、このような高価値の材料をリサイクルまたはリメイクして新しい車両を製造する方法の再発明が必要です」とクーパー氏は述べた。 「アルミニウムは、性能を落とさずにリサイクルするのが難しいことで知られており、私たちがどこへ向かうのかについて一部の人々が不安になっている理由がわかります。EVに切り替えるということは、おそらく高品質のアルミニウムに対する需要がさらに高まることを意味します」そして現在低品質のリサイクル金属を大量に使用している内燃機関市場の損失だ。」

クリーンシートプロジェクトの統合的アプローチ

EVの部品をより容易にリサイクルできるようにするこれまでの取り組みは一定の成功を収めてきたが、材料生産者やリサイクル業者から自動車メーカーやスクラップ処理業者に至るまで、業界全体にわたる統合的なアプローチの欠如がその取り組みに悪影響を及ぼしている。

「私たちの方法論が全面的に画期的な進歩をもたらすことを願っています」とクーパー氏は語った。

この方法論には、混合金属をどの程度適切にリサイクルできるかを決定する統合計算材料工学として知られるコンピューター モデリング アプローチが含まれています。 これらのモデルは、研究者がよりリサイクルしやすい新素材を発見し、アルミニウム製車体などの高品質部品にリサイクル素材をより多く使用できる方法を決定するのに役立ちます。 追加のモデリングでは、どのような材料がどこに使用されるかなど、車両の設計オプションが評価されます。

研究者らはまた、古い車両を処分し、材料を分別するための新しい技術も分析する予定だ。 このプロジェクトは、リサイクルツールの新しい設計スイートと業界全体の技術ロードマップを提供します。

クリーン シート チームは現在、高品質の金属板リサイクルを増やす機会について業界の専門家から学ぶために、自動車用金属板の設計、生産、製造、リサイクルに関する分野横断的なワークショップを開催しています。

プロジェクト資金の約半分は、産業における持続可能な技術の導入を促進する官民パートナーシップである米国エネルギー省の REMADE Institute から提供されています。 フォードに加えて、追加の資金提供パートナーには、ノベリス、スクラップリサイクル産業協会、アルミニウム協会、軽金属コンサルタント、アルゴンヌ国立研究所が含まれます。

ジェームズ・リンチ

研究ニュースおよび特集ライター

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探索: 高度な製造、先端材料、機械工学の研究、輸送、持続可能性