Anche i nuovi getti pressocolati (strutturali e semi strutturali) devono essere sottoposti spesso a trattamenti termici per rispondere ai requisiti prestazionali: a tal riguardo, è necessaria un’ottimizzazione dei parametri di trattamento, sia per aumentare le performance meccaniche, sia per ridurre la carbon footprint.
La riduzione del global warming potential (GWP) associato ai trasporti gioca un ruolo sempre più rilevante nello sviluppo delle autovetture [1]. I costruttori automotive e, conseguentemente, le aziende che realizzano la relativa componentistica stanno cercando di ridurre il GWP introducendo modifiche sostanziali nei loro prodotti mediante, per esempio, la transizione dai motori a combustione interna (Combustion Internal Engine – CIE) all’alimentazione elettrica (Battery Electrical Vehicle – BEV) con il fine di ridurre le emissioni di gas serra (Greenhouse Gas – GHG) in fase di utilizzo. Oltre agli aspetti ambientali associati al movimento dei mezzi, la produzione di ogni componente del veicolo, spaziando dalla batteria al telaio e dalla trasmissione alla carrozzeria, comporta significative emissioni e necessita, quindi, di essere decarbonizzata [2].
Le emissioni di GHG sono principalmente influenzate dalla domanda di energia del veicolo, strettamente legata alla massa dello stesso [3], e, per quanto riguarda i BEV, dall’intensità di emissione del mix elettrico (percentuale di energia proveniente da fonte rinnovabile) utilizzato per la ricarica [4]: un design alleggerito consente quindi di ridurre significativamente l’impatto ambientale dei mezzi di trasporto su gomma durante il loro movimento.
I materiali leggeri (leghe di alluminio, di magnesio e di titanio e polimeri rinforzati con fibre di carbonio) e i relativi processi di produzione (Figura 1), tuttavia, sono spesso associati a un consumo energetico e a emissioni di gas serra più elevati rispetto ai materiali convenzionali (acciai) [5].
La risposta dell’industria automobilistica
Per rispondere alla crescente esigenza di una “mobilità sostenibile”, l’industria automobilistica ha sempre più l’obiettivo di produrre veicoli che utilizzino materiali leggeri e durevoli per carrozzeria ed elementi strutturali in modo da ridurre il consumo di carburante e le conseguenti emissioni, senza influire sulle prestazioni del veicolo [7]. Gli acciai al carbonio, gli acciai high strenght (HS steel) e quelli ultra high strenght (UHS steel) sono leghe metalliche molto apprezzate nel settore automotive, perché sono caratterizzati da resistenza, durabilità, ottime proprietà plastiche nella formatura a freddo della lamiera e rigidezza della carrozzeria [8]. Questi acciai possono essere sostituiti da metalli “leggeri” come le leghe di alluminio, le leghe di titanio e le leghe di magnesio [7]. In particolare, le leghe di alluminio, grazie alla loro bassa densità (1/3 quella dell’acciaio), rappresentano un’alternativa agli acciai riducendo la massa del veicolo fino a 300-400 Kg senza comprometterne le prestazioni o il livello di sicurezza.
Si presuppone che riducendo la massa del veicolo di 100 kg, il consumo di carburante si riduca di circa 0,4 dm3/100 km e le emissioni di CO2 diminuiscano indicativamente di 7,5 – 12,5 g/km [10] (Figura 2). Gli elementi strutturali dell’autovettura, quando sono realizzati in leghe di alluminio, sono altamente resistenti agli agenti atmosferici, durevoli e garantiscono sicurezza in caso di collisione [11]: anche per questo motivo queste leghe vengono sempre più utilizzate come alternativa all’acciaio. E’ tuttavia importante spostare la produzione di componenti da leghe di alluminio primario (da minerale) verso leghe di alluminio secondario (da riciclo). Quest’ultima modalità di produzione risulta meno costosa e meno dispendiosa in termini energetici (consumo energetico pari a 1/20 di quello necessario per la prima fusione) rispetto alla realizzazione di una nuova lega di alluminio attraverso l’elettrolisi [12]. Inoltre, tra i vantaggi della produzione di alluminio da riciclo rispetto a quella da minerale si riscontrano la conservazione delle risorse naturali e la drastica riduzione dei gas inquinanti, di acqua e di rifiuti solidi evitando la generazione di numerosi scarti tossici dal processo primario, come i “fanghi rossi”, difficili da riciclare. A riguardo, il piano strategico per il prossimo decennio pubblicizzato dalle OEM risulta ambizioso: per esempio Stellantis N.V. [13] intende ridurre le emissioni di anidride carbonica del 50% entro il 2030, per arrivare a zero emissioni entro il 2038, obiettivo raggiungibile anche aumentando l’utilizzo di leghe da riciclo.
Le leghe di alluminio da riciclo presentano, ormai, proprietà meccaniche elevate a livello di resistenza e allungamento a rottura (caratteristica molto rilevante in ambito automotive), paragonabili a quelle delle leghe primarie, il che ne consente l’utilizzo anche per la produzione di parti strutturali. Nel corso degli anni, un grande contributo all’utilizzo di leghe di Al proprio per la realizzazione di dette parti è anche arrivato dallo sviluppo di processi di colata sempre più efficienti, che hanno consentito di aumentare la produzione, ridurre il tempo ciclo e realizzare getti di alta qualità, forma complessa e spessori sottili [14].
