Session 19 Bo Carlsson

Transportforum 2009Sektion 19: Fordon och energieffektivitet

Linköping, 8 januari 2009

Material i fordon anpassade efter våra framtida samhällens behov

Fi t Ph li d l l

Bo Carlsson

Fiat Phylia med solpaneleroch litiumbatterier

Bo Carlsson Naturvetenskapliga institutionen, Högskolan i Kalmar

VINNOVA projekt dnr 2008-00234Kravprofiler för material i fordon anpassade efter våra framtida samhällens behov – En idépromemoria omframtida samhällens behov En idépromemoria om forskningsbehov

ProjektdeltagareBo Carlsson, Högskolan i Kalmar (Projektledare)Lars Nyborg, Material och tillverkningsteknik, Chalmers Tekniska HögskolaÅ åÅke Nylinder, Hovås Komposit ABMagnus Palm, SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

R fReferensgruppJonas Adolfsson, Volvo 3PStaffan Ek, Volvo Car CooperationPeter Eriksson Chalmers Tekniska HögskolaPeter Eriksson, Chalmers Tekniska HögskolaLars-Olof Hellgren, SAAB Automobile AB Hans Reich, Chalmers Tekniska HögskolaGunnar Tornmalm Scania CVGunnar Tornmalm, Scania CV

Hur skall olika framtidsscenarier för prisökningar på drivmedel och råvaror

Priset på råoljaprisökningar på drivmedel och råvaror bedömas vad avser realism?Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta kraven på reducering av bränsleförbrukning och

24 $ /fat år 2000

26 $/fat år 2002kraven på reducering av bränsleförbrukning och vikt i framtidens fordon?

Vilka begränsningar kommer de ökande

41 $ /fat år 2005

74 $ /fat år 2006

98 $ /f t å 2007 ktVilka begränsningar kommer de ökande råvarupriserna och nya lagkraven på återanvändning och återvinning att ställa på olika materiallösningar för framtidens bilar?

98 $ /fat år 2007 okt

147 $ /fat år 2008 maj

119 $ /f t å 2008 j iolika materiallösningar för framtidens bilar?

Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till

119 $ /fat år 2008 juni

42 $ /fat år 2008 dec

?? $ /fat år 2020driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon?

Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i fö håll d till d ift k i id tf i

?? $ /fat år 2020

förhållande till driftsekonomi vid utformningen av framtiden bilar?

H t b t d l få lå tid k hHur stor betydelse får långtidsegenskaperna och livslängden för materialen i framtidens fordon?

Hur skall olika framtidsscenarier för prisökningar på drivmedel och råvaror bedömas vad avser

Tidigare låg efterfrågan men många lösningar p

realism?

Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta k å d i b ä l fö b k i h

finns sedan tidigt att klara av kravet 0,5 liter/mil för personbilar motsvarande

kraven på reducering av bränsleförbrukning och vikt i framtidens fordon?


en koldioxid emission på 120 g/km (EU krav 2015).

EUs mål för nya bilar påVilka begränsningar kommer de ökande råvarupriserna och nya lagkraven på återanvändning och återvinning att ställa på olika materiallösningar för framtidens bilar?

EUs mål för nya bilar på 95 g/km 2020 motsvarar 0,4 l/mil

V d ä k t 2030?olika materiallösningar för framtidens bilar?

Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till

Vad är kravet 2030?

Vad är bensinpriset 2030?

10% minskning i vikt gerdriftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon?

Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i fö håll d till d ift k i id tf i

10% minskning i vikt ger minskning på mellan 6-7 % i bensinförbrukning

förhållande till driftsekonomi vid utformningen av framtiden bilar?

H t b t d l få lå tid k h

Reducering i vikt lönsammare än elektrisk hybridteknik !?

Hur stor betydelse får långtidsegenskaperna och livslängden för materialen i framtidens fordon?

70

60

70

av

nsin

driv

en

BensinbilarDieselbilar BensinhybridbilarDieselhybridbilar

40

50m

insk

ning

aat

ivt e

n be

n00

(%)

Dieselhybridbilar Vätebränslecellsbil

20

30

entia

l för

mru

knin

g re

labi

l år 2

00

10

20

Pote

räns

lefö

rbr

01995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035

År

br

Uppskattad potential för minskning av bränsleförbrukning relativt en bensindriven från år 2000 (Uppgifter från rapport IEA/SMP Model Documentation and Reference Case Projection)Documentation and Reference Case Projection)


I många fall en konfliktmellan kravet på använd-p

realism?

Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta kraven på reducering av bränsleförbrukning och vikt i

ning av lågviktsmaterialoch krav på återvinnings-bara material speciellt i



fallet med polymerkompo-siter

K å åt i ia beg ä s ga o e de ö a deråvarupriserna och nya lagkraven på återanvändning och återvinning att ställa på olika materiallösningar för framtidens

Krav på återvinnings-barhet till följd av stigande råvarupriser kommer att väga mycket tyngre ipå olika materiallösningar för framtidens

bilar?

Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre

väga mycket tyngre i framtiden och priset på återvunna materialkommer att öka väsentligtfunktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till

driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon?

Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i

kommer att öka väsentligt.

Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i förhållande till driftsekonomi vid utformningen av framtiden bilar?



Något tillspetsat har det varit kraven på ökad p

realism?


krocksäkerhet och funktionalitet som gjort att utvecklingen under senare



tid lett till tyngre fordon snarare än lättare.

T ä t k lig g

råvarupriserna och nya lagkraven på återanvändning och återvinning att ställa på olika materiallösningar för framtidens bilar?

Tvärvetenskapliga framtidsscenarios bör utgöra grund för att for-mulera krav på funktiona

Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande

mulera krav på funktiona-litet, kostnadseffektivitet, tillförlitlighet och lång-tidsprestanda ekologisktill driftsekonomi vid utformningen av framtidens

fordon?

Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i

tidsprestanda, ekologisk riktighet och återvin-ningsbarhet

Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i förhållande till driftsekonomi vid utformningen av framtiden bilar?



Nya mer miljöanpassade och småskaliga tekniker p

realism?


för ytbehandling finns som borde kunna garantera tillfredsstäl-lande



estetiskt utseende och öppna upp för ytbe-handling i mindre fabriker

h dä d i kg g


och därmed minska transportbehov.

SMART bilen använderHur kommer på krocksäkerhet och allt högre funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon?

SMART bilen använder t.ex. infärgning som ytbehandlingsmetod


Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i förhållande till driftsekonomi vid utformningen avförhållande till driftsekonomi vid utformningen av framtiden bilar?



Ökande energi och råvarupriser borde logiskt p

realism?


sett leda till krav på högre teknisk livslängd.



Men, marknadslivs-längden sätts dock nu som i framtiden av att ständiga

d ktfö bätt i blig g


produktförbättringar blir avgörande såvida man inte i framtiden kan utveckla helt ”uppgraderbara fordon”

Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon?

”uppgraderbara fordon”.


Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i fö håll d till d ift k i id tf iförhållande till driftsekonomi vid utformningen av framtiden bilar?

Hur stor betydelse får långtidsegenskapernaHur stor betydelse får långtidsegenskaperna och livslängden för materialen i framtidens fordon?

Projektupplägg-Tre tänkbara framtidsscenarier Extrapolation av dagens situation

Samhälle med främst kollektiva transporterHelt kretsloppsanpassat samhälleHelt kretsloppsanpassat samhälle

- Benchmarksstudier: Lätta material och ytbehandling Ny teknik finns, men …..

- Tekniska och marknadsmässiga barriärer Kostnad, tröghet och kunskapsbrist

- Färdplan för användning av nanomaterial Nya intressanta koncept finns, men …

Behov av forsknings- och utvecklingsinsatser ur ett systemperspektiv

Lärandeprojekt eller utmaningsprojekt bör initieras för att underlätta implementering av ny teknik

Dessa bör kännetecknas av helhetstänkande och utgå från de förutsättningar som ges av befintliga högvolymsproduktions-resurser

Intressanta områden för lärandeprojekt är undersökningar av olika hybridlösningar för lättviktskonstruktioner

Modulsystem som ett lärandeprojekt skulle kunna fokusera är golv, glasning, dörr, tak och bakrygg till lastbil.

Motiverade forskningsinsatser skall identifieras utgående frånMotiverade forskningsinsatser skall identifieras utgående från förväntade ekonomiska och miljömässiga fördelar hos ett modulkoncept i förhållande till tekniska och marknadsmässiga hinder som är förenade med dettahinder som är förenade med detta

Utmaningar och sammanhängande teknologiska mål för fordonsmaterial

Teknologiska mål 10 20 års sikt

funktionsprestanda Förbättrade -Flerfunktionella materiallösningar baserade

på avancerad nanoteknologi men även på

Teknologiska mål 10-20 års sikt

tillförlitlighet/långtidsprestanda

ghybridteknologi med mer traditionella material;

- Moduler som tillåter högvolymsproduktion och med integration av många komponent-

miljöprestanda

utvecklingsegenskaper

med integration av många komponentfunktioner och med förbättrade möjligheter för återanvändning;

Lätt ikt ikt k t kti dg g p

minskad totalkostnad

- Lättviktsviktskonstruktioner med samma funktionsprestanda som dagens men som möjliggör förbättrad bränsleekonomi och minskning av totalkostnad;minskning av totalkostnad;

- Klimatanpassade materiallösningar base-rade på biomaterial men med hög funktionskvalitet;

- Förbättrade fogningstekniker avseende hållfasthet och ”end-of-life” egenskaper;g p ;


Teknologiska mål 10 20 års siktfunktionsprestanda -Lättare och mer hållfasta material i

krocksäkra konstruktioner;


tillförlitlighet/långtidsprestandaFörbättrade

- Uppgraderbara fordon med moduler medvetet designade för att minska avfall

miljöprestanda

t kli k

och förlänga den tekniska livslängdenhos hela fordonet;



Teknologiska mål 10 20 års sikt


funktionsprestanda


- Miljöanpassade material där långtidsegenskaper noga utredda före


iljö t d


Förbättrade

g g gmarknadsintroduktion;

- Helt kretsloppsanpassade produktlivs-cykelsystem optimerade avseende avfalls-miljöprestanda


cykelsystem optimerade avseende avfallsoch energiminimering;

- Kostnadseffektiva material för nya b ä l t k l i i fö bätt d

g g p

minskad totalkostnad bränsleteknologier som i förbättrade batterier för elektricitet, lagring av vätgas;

- Modullösningar designade för återvinning som medger materialseparation vid demontering;


Teknologiska mål 10 20 års siktfunktionsprestanda


- Materiallösningar som medger stor variation i kundanpassning genom


miljöprestanda

tillförlitlighet/långtidsprestanda g gmodultänkande;

- Lågvolymsproduktion till rimliga investeringskostnader i tillverkningsresurser

utvecklingsegenskaper Förbättrade

investeringskostnader i tillverkningsresurser för större flexibilitet och kundanpassning(mikrofabriker);



Teknologiska mål 10 20 års siktfunktionsprestanda - Medveten design av uppgraderbara fordon

för att optimera materialanvändning och


miljöprestanda

tillförlitlighet/långtidsprestanda g

livscykelkostnad;

- Produkttjänstesystem för minimering av miljöprestanda


totalkostnaden för produktfunktionssystem.

Minskad totalkostnad

Halvdagsseminarium:

Materialen i våra fordon år 2020– en revolution eller evolution?

En diskussion mellan fordonsindustrin, akademin och VINNOVA

Onsdagen den 28 januari, 2009Lokal Ascom & CatellaChalmers Kårhus

VÄLKOMNA !!

Några tänkbara framtidsscenarier för fordonsområdet inom 15 till 20 års sikt

Alternativ IAlternativ I • Samhälle som främst utgår från dagens situation vad gäller privatbilism och

godstransporter

• Bensinkostnad på 45 SEK/mil tvingar fram utveckling av mycket lätta fordon• Bensinkostnad på 45 SEK/mil tvingar fram utveckling av mycket lätta fordon

• Eldrivna fordon dominerar i tätorterna medan hybriddiesel fordon eller i ett längre tidsperspektiv bränslecellsdrivna fordon används för transporter utanför våra tätorter

• Främst lågvolymsproduktion av fordon med brett utbud av konsumentalternativ.• Centraliserad produktion av fordonsmoduler kopplad till decentraliserad infrastrutur för

sammansättning• Vid materialval för fordon prioriteras främst tillförlitlighet, material- och tillverkningskostnad,

komfortegenskaper och avancerad funktionell teknik inom de lagmässiga ramar som då gäller avseende säkerhet, hälsovådliga ämnen och partiklar, emission av växthusgaser samt materialåtervinningsamt materialåtervinning

Alternativ IIAlternativ II• Samhälle som är uppbyggt kring främst kollektiva transporter av människor och gods

• Bensinkostnad på 45 SEK/mil gör bensindrivna fordon mindre attraktiva framför fordon som dri s med energi från förn bara energikällor men t eckling a m cket lätta fordonsom drivs med energi från förnybara energikällor men utveckling av mycket lätta fordon är nödvändigt

• Eldrivna fordon dominerar i tätorterna som i form av s.k. ”flimsy vehicles” erbjuds privatpersoner genom leasingprivatpersoner genom leasing

• Anpassning av fordon till integrerade transportsystem• Mellan tätorter dominerar kollektiva transporter av människor och gods helt. Behov

fi i ib fö lä t tfinns av minibussar för längre transporter• Främst produktion av lågkostnadsfordon med begränsat utbud av konsumentalternativ• Centraliserad produktion• Komponentintegration och långt drivet modultänkande i fordonsdesign anpassat för

hög grad av återvändning och återvinning

• Vid materialval för fordon prioriteras främst miljöanpassning, långtidsprestanda och livscykelkostnad (bränsleekonomi) inom de lagmässiga ramar som då gäller avseende säkerhet, hälsovådliga ämnen och partiklar, emission av växthusgaser samt materialåtervinning

Alternativ IIIAlternativ III• Samhälle som utvecklats mycket långt i riktning mot kretsloppsanpassning • Bensinkostnad på 45 SEK/mil gör att bensindrivna fordon ersatts helt med lätta

eldrivna fordoneldrivna fordon • Anpassning av fordon till integrerade transportsystem där kollektiva lösningar

dominerar över privata speciellt vad avser längre transporter• Huvuddelen av alla fordon ingår i system för produktförsäljning där en aktör ansvarar• Huvuddelen av alla fordon ingår i system för produktförsäljning där en aktör ansvarar

för hela fordonets livscykel• Fordon har utformats för att vara helt uppgraderbara och designade i moduler helt

anpassade för återanvändning och materialåtervinning till nästan 100%p g g %• Främst produktion av lågkostnadsfordon med begränsat utbud av konsumentalternativ• Decentraliserad produktion• Vid materialval för fordon prioriteras livscykelkostnad och graden av• Vid materialval för fordon prioriteras livscykelkostnad och graden av

kretsloppsanpassning av hela fordonskonstruktionen

Rapporten heter:Rapporten heter:

Kravprofiler för material i fordon anpassade efter våra framtida samhällens behov. En idépromemoria om forskningsbehov.

Rapport för VINNOVA projekt dnr 2008-00234

Bo Carlsson, Lars Nyborg, Åke Nylinder, Magnus Palm m.fl.o Ca sso , a s ybo g, e y de , ag us a

Documents

Session 19 Bo Carlsson