Massa är viktigt

Lättare fordon minskar användningen av energi i ett fordon. Vikt påverkar hur mycket energi som krävs för att övervinna däckets rullmotstånd. Det påverkar också hur mycket energi som krävs för att accelerera eller komma upp för en backe. Mindre vikt kan också möjliggöra att minska förbränningsmotorns storlek och genom det också öka energieffektiviteten totalt.

För elbilar kan också mindre vikt ge fördelen att det behövs mindre mängd batteri för att nå samma räckvidd. Mindre batteri är samma sak som en billigare elbil.

Eldrivna fordon har dock också egenskapen att den kan återvinna en del av energin när den bromsas. Det innebär att en del energi som t ex har använts för att accelerera upp en tyngre bil kan återföras till batteriet dvs problemet med ett tyngre fordon mildras lite med ett fordon som har ett batteri och egenskapen att bromsåtervinna.

Lättvikts-EU-projektet ALLIANCE H2020 har sammanfattat uppfattningen i branschen att den ökade användningen elfordon kommer göra att lättvikt som strategi för att minska utsläpp kommer minska i betydelse, men att det fortfarande kommer vara viktigt för att lägre vikt kan ge mer räckvidd med samma storlek av batteri [1]. Den uppfattning delas inte av alla. Lovins anser att viktreduktion fortfarande är en mycket viktig växthusgas-strategi även med mycket elfordon [2]. En brittisk studie visar också att viktsreduktion i hela bilflottan kan få större betydelse än elfordon för att minska växthusgasutsläppen från den brittiska bilflottan under ganska lång tid [3].

Många har arbetat med att få ner vikten på fordon länge. Ford byggde t ex en sedan delvis i aluminum redan 1923 [4].  

Det finns dock utmaningar att minska vikten av fordon. Den som oftast nämns är att vid byte av material som är lättare så ökar ofta kostnaden vid inköp, men det finns fler.

Olika strategier att få ner vikten av fordon

ALLIANCE H2020 har delat upp att det finns två tillvägasätt att minska vikten av ett fordon [1].  

Det ena är materialsubstitution. Det innebär att traditionella konstruktionsmaterial blir utbytta till material som kan väga mindre, men ha liknande konstruktionsegenskaper. En allt vanligare metod är också byta till kombinationer av material så kallade multimaterial. Tanken är att även om det nya materialet kan vara dyrare i inköp, så sparar det bränsle och genom det minskar kostnaden under användningen av fordonet.  

Den andra metoden är genom bättre design av fordonet minska behovet av vikt. Ofta kombineras i praktiken bättre design och materialsubstitution [1].

Ett tredje alternativ är givetvis att minska storleken av fordonet, men då är utmaningen att få kunden att vilja ha ett mindre fordon.

Trender lättviktsmaterial för personbilar

ALLIANCE H2020 sammanfattar trenderna med att relativt mycket lättviktsmaterial har införts i bilar de senaste tjugo åren.  

Men det har inte inneburit att vikten av själva bilen har minskat. Vikten av själva bilkonstruktionen har legat konstant sen 1980. Samt den totala vikten av bilar har ökat. Det beror på att nya funktioner har tillförts. Vikten av mer säkerhetsutrustning, mer nöjesutrustning och mer avgasrening har ökat vikten per medelbil [1].

Det material som har införts mest är avancerat stål. Omkring 60 vikts-% av bilstrukturen består idag av avancerat stål [1]. Plast har också ökat. Plast består idag av ungefär 50% av volymen av en bil, men endast 10% av vikten [1].

Det har också varit en snabb utveckling av stålsorter som bilindustrin kan köpa. Det fanns 5 olika sorters stål att köpa 1960 och numera finns det omkring 175 sorter [4]. Det möjliggör att det är enklare att med olika sorters stål balansera vikt, kostnad och säkerhet [4].  

Vägfordonsindustrin är också den helt dominerande köparen av lättviktsmaterial. Branschen står för nästan 90% av inköpen [1].

Utmaningar för att införa lättviktsmaterial

Lättviktsmaterial kostar ofta mer. Många verkar också anse att kostnaden att minska vikten med lättvikt inte ökar linjärt dvs det är dyrare relativt att minska vikten med 10% än 5% [5].

Det finns också andra utmaningar. CAR Center for Automotive Research har sammanfattat några baserat på intervjuer med branschen. Utmaningarna är t ex att fordonsbranschen går mer och mer mot globala plattformar och det gör det svårare att införa ändringar med avseende på nya konstruktionsmaterial. En annan utmaning kan vara att en del lättviktsmaterial ändrar egenskaper negativt som slutkunden vill ha [4].  

Lovins och ICCT anser dock att utmaningarna är överdrivna [2,8].

En stor utmaning är också styrmedel för växthusgasutsläpp

I EU är ett viktigt styrmedel kravet på g CO2/km för personsbilsflottan. Styrmedlet är gjort så att viktsreduktionen delvis inte gynnas lika mycket som andra åtgärder för att minska växthusgasutsläpp [3]. 

Även i Kina är styrmedlen gjorda så att det inte gynnar åtgärder inom lättvikt [7].   

Frågeställningar inom lättvikt  

ALLIANCE H2020 har också sammanställt några frågeställningar om viktsreduktion inför framtiden.  

• Det första är att en del lättviktsmaterial har stor potential att minska vikten, men kan vara svåra att återvinna. Det kan bli en avvägningen mellan olika samhällsmål.
• Tyngre fordon är efterfrågade delvis för att de kan vara trafiksäkrare.
• Den finns en stark trend att kunderna vill ha bilar som är större. Det är svårt att kombinera med att bilarna i medel ska bli lättare. 

Trender om livscykelanalys och lättvikt

Ett argument för lättviktsmaterial är att de kan spara fossilt bränsle under användningsfasen. Många av lättvikstmaterialen kan dock ge upphov till mer växthusgaser under produktionen i jämförelse med de traditionella materialen. Idéen har varit att bränslebesparingens minskning av växthusgaser skulle vara större än de relativt ökade utsläpp vid produktion av lättviktsmaterial.

Det finns dock trender som elektrifiering, bättre bränsleförbrukning även för förbränningsmotorsbilar och mer användningen av biobränsle, som gör att utsläppen under användningsfasen minskar.

Det innebär att det kommer bli viktigare för de som tillverkar lättviktsmaterial att också minska sina utsläpp av växthusgaser på sikt för att det totalt ska kunna gå att räkna hem en växthusgasvinst [5].

Egna kommentarer 

Sverige har LIGHTer, som är ett strategiskt innovationsprogram (SIP) inom lättvikt. Om ni vill veta mer om lättvikt, så följ deras arbete här.

Jag rekommenderar också att ni läser slutrapporten från ALLIANCE H2020 projektet, så får ni mer detaljer om statusen för lättvikt än vad jag fått med nu [1]. 

I min läsning av olika rapporter och artiklar hade jag gissat att fler skulle ta upp möjligheten att minska fordonsvikt om fordonen får mer aktiv säkerhet. Jag hittade dock inte så mycket om detta.  

För elfordon så är argumentet att använda lättviktsmaterial är att det kan vara ett billigare sätt att få räckvidd än med större batterier. Batterier blir dock billigare och billigare. Jag försökte hitta någon artikel eller rapport som hade räknat på den utvecklingen och jämfört kostnad för lättvikt och batterier, men hittade inget.

Referenser

[1] A VISION ON THE FUTURE OF AUTOMOTIVE LIGHTWEIGHTING Accelerating the decarbonisation of automotive mobility by means of lightweighting. Slutrapport från ALLIANCE H2020 projekt. länk

[2]  Lovins, A., ”Reframing Automotive Fuel Efficiency,” SAE J. STEEP 1(1):59-84, 2020, https://doi.org/10.4271/13-01-01-0004. (SAE artikel ej bakom betalvägg) 

[3] Serrenho, A.C., Norman, J.B. and Allwood, J.M., 2017. The impact of reducing car weight on global emissions: the future fleet in Great Britain. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 375(2095), p.20160364. länk

[4] Baron, J., 2016. Identifying Real World Barriers to Implementing Lightweighting Technologies and Challenges in Estimating the Increase in Costs. CAR Center for Automotive Research, 2016. länk (pdf)  

[5] Kawajiri, K., Kobayashi, M. and Sakamoto, K., 2019. Lightweight materials equal lightweight greenhouse gas emissions?: A historical analysis of greenhouse gases of vehicle material substitution. Journal of Cleaner Production, p.119805. länk (bakom betalvägg)

[6] Zoepf, S.M., 2011. Automotive features: mass impact and deployment characterization (Master of Science, Massachusetts Institute of Technology). länk (pdf)

[7] Hao, H., Wang, S., Liu, Z. and Zhao, F., 2016. The impact of stepped fuel economy targets on automaker’s light-weighting strategy: The China case. Energy, 94, pp.755-765. länk (pdf)

[8] Isenstadt, A., German, J., Bubna, P., Wiseman, M., Venkatakrishnan, U., Abbasov, L., Guillen, P., Moroz, N., Richman, D. and Kolwich, G., 2016. Lightweighting technology development and trends in US passenger vehicles. International Council on Clean Transportation working paper, 25. länk  

[9] Lightweighting technology development and trends in U.S. passenger vehicles. ICCT. 2016. länk

[10] Stadsjeepar kan slå ut fördelarna med elbilar. Sveriges Radio. 1 nov 2019. länk

[11] Study shows that light weight does not benefit EVs. Electrive. 22 april 2020. länk