La casa automobilistica Porsche sta sfruttando i vantaggi dei materiali organici nelle applicazioni di produzione automobilistica. La nuova 718 Cayman GT4 Clubsport presenta parti della carrozzeria realizzate con materiali compositi in fibra naturale sviluppati nel Centro applicativo per la ricerca sulla fibra di legno HOFZET, che fa parte dell'Istituto Fraunhofer per la ricerca sul legno, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, insieme all'Istituto per le bioplastiche e i biocompositi IfBB della Hannover University of Applied Sciences and Arts.

Le statistiche di immatricolazione indicano che le nuove auto stanno progressivamente diventando più pesanti, grazie ad esempio a funzioni di sicurezza migliorate e a più apparecchiature elettroniche. Questo aumento di peso significa anche maggiori livelli di consumo di carburante, aspetti contrari all'obiettivo generale di riduzione della CO ₂ emissioni. Anche il peso è un fattore importante per le auto elettriche, poiché richiedono batterie più grandi e quindi più pesanti per massimizzare l'autonomia, un criterio di vendita decisivo. Di conseguenza, i nuovi sviluppi nel design leggero sono un prerequisito assoluto per auto elettriche veramente efficienti. Secondo uno studio dei consulenti aziendali di McKinsey, la quota di parti leggere nelle automobili dovrà aumentare dal 30 al 70% entro il 2030 per compensare l'aumento di peso del veicolo derivante da azionamenti e motori elettrici.

Finora la soluzione preferita in questo caso sono stati gli acciai leggeri e le plastiche rinforzate con fibra di carbonio. Ma questa soluzione ha anche i suoi svantaggi:prima di tutto, comporta notevoli sfide nella lavorazione, riparazioni e riciclaggio. In secondo luogo, la produzione di questi materiali è ad alta intensità energetica, sottraendo all'aspetto ambientale positivo della riduzione del peso.

Buon complemento alle fibre di carbonio

I ricercatori del Fraunhofer WKI si sono quindi posti la questione se altri materiali fibrosi potessero essere utilizzati o meno per ridurre il peso dei componenti, utilizzando solo fibre di carbonio in quei luoghi in cui rappresentano un vantaggio strutturale. Hanno studiato vari materiali ecologici prontamente disponibili in termini di proprietà tecniche, disponibilità ed efficienza dei costi, poiché una soluzione praticabile per l'industria deve avere aspetti tecnici positivi, impatti ecologici ed economici.

La plastica rinforzata con fibre naturali si è rivelata la risposta. Come componenti in compositi organici, le fibre vegetali sono un'alternativa sostenibile per le carrozzerie leggere. Il componente biogenico migliora l'impatto ecologico dei materiali compositi industriali ad alte prestazioni durante la produzione, uso e smaltimento.

Economicamente parlando, l'uso di materie prime rinnovabili è vantaggioso perché il lino naturale, canapa, le fibre di legno e iuta sono meno costose delle fibre di carbonio e richiedono meno energia per la produzione. Quindi i vantaggi della riduzione del peso non hanno un prezzo proibitivo.

E ci sono ulteriori vantaggi nella lavorazione industriale e nelle applicazioni nel veicolo:la struttura naturale dei compositi organici conferisce ai materiali proprietà di smorzamento acustico e riduce le scheggiature, che è importante in caso di collisione.

Porsche inizia la produzione in serie

Questi argomenti erano abbastanza convincenti per Porsche. Unendo le forze con Porsche Motorsport, gli scienziati del Fraunhofer WKI hanno prima testato materiali organici per la preparazione alla serie in condizioni estreme su una Porsche Cayman GT4 Clubsport utilizzando il laboratorio di sviluppo mobile del team di corse tedesco "Four Motors".

"La terza generazione della "Bioconcept-Car" è in pista dal 2015. I test combinano il vantaggio dello stress estremo con un veicolo che è anche legale su strada dopo le modifiche. La partnership con Porsche AG consente inoltre lo sviluppo nelle condizioni realistiche di una casa automobilistica, "dice Ole Hansen, project manager presso il Fraunhofer WKI Application Center for Wood Fiber Research HOFZET. "Siamo stati in grado di migliorare continuamente le proprietà dei materiali negli ultimi quattro anni".

Il Ministero Federale Tedesco per l'Alimentazione e l'Agricoltura BMEL ha riconosciuto i potenziali benefici delle fibre naturali fin dall'inizio e ancora oggi accompagna il progetto come partner strategico. Il BMEL promuove lo sviluppo di componenti biogenici leggeri nel programma di finanziamento "Risorse rinnovabili" con l'agenzia centrale di coordinamento per le risorse rinnovabili, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. FNR.

Gli anni di esperienza con la "Bioconcept-Car" sono stati integrati nello sviluppo dei materiali per le parti della nuova 718 Cayman GT4 Clubsport, la prima vettura prodotta in serie con parti della carrozzeria realizzate in un materiale composito di fibre naturali. Le porte del guidatore e del passeggero, così come l'alettone posteriore, sono realizzate utilizzando una miscela di fibre organiche. E il Cayman è un vero peso leggero, con un peso di soli 1320 chilogrammi. Un fattore qui è il risparmio di peso del 60 percento derivante dall'uso di materiali compositi organici invece dell'acciaio nelle porte.

Il materiale composito è costituito da un sistema a matrice polimerica termoindurente rinforzata con fibre organiche. Viene utilizzata una rete in fibra organica perché le materie prime sono facilmente disponibili, presenta un'elevata resistenza alla trazione, ed è particolarmente bello, omogeneo e drappeggiabile, forme delle parti facilmente adattabili. La facilità con cui può essere prodotto a dimensioni precise facilita la lavorazione e la garanzia della qualità, anche in combinazione con altri componenti di fabbricazione convenzionale.

Base per la produzione ad alto volume

Questi aspetti sono un prerequisito importante per la produzione ad alto volume. Fraunhofer WKI ha preso in considerazione anche altri fattori nelle sue indagini, compresi i concetti per il riciclaggio o il riutilizzo a fine vita e approcci di scalabilità per le parti che devono essere prodotte in quantità maggiori.

"Dopo numerosi test in condizioni estreme in pista, abbiamo continuato a valutare le nostre parti, che alla fine ha portato alla conclusione che questi materiali organici ecologicamente benefici soddisfano i criteri per la produzione in serie, " aggiunge Ole Hansen.

Smudo, front-man del popolare gruppo rap tedesco "Fantastische Vier" e pilota permanente della Four Motors "Bioconcept-Car, " ha testato la sua fattibilità pratica, così come un passeggero speciale che ha fatto un giro di prova sul circuito del Nürburgring lo scorso agosto:il ministro federale tedesco per l'alimentazione e l'agricoltura, Julia Klockner.