Le nuove opportunità della transizione sostenibile per la manifattura

Aziende che siamo abituati a conoscere come emblematiche della fornitura automotive tradizionale, quali Mahle, Marelli e Comau, sgomitano per trovare spazi in nuovi settori con motori elettrici, inverter, fuel cell

La transizione alla manifattura sostenibile non manca quasi mai di novità interessanti mese dopo mese, ma queste spiccano molto quando coinvolgono o aziende italiane oppure quando hanno come protagonisti campioni storici dell’industria tradizionale, di cui sono stati in certi casi sinonimo.

Mahle, partner anche di case italiane incluso per componenti ad altissime ad altissime prestazioni come quelli delle Ferrari F.1, ha anticipato nei giorni scorsi una novità che sarà presentata ad addetti ai lavori e pubblico per la prima volta il prossimo settembre in occasione della fiera specializzata IAA Transportation ad Hannover.

Il fornitore automobilistico tedesco ha sviluppato infatti quello che afferma essere un motore elettrico a flusso radiale che svetta nell’offerta attuale per resilienza e resistenza. La sua particolarità secondo la nota stampa in lingua inglese è che, grazie a un nuovo concetto di raffreddamento, la tecnologia SCT (Superior Continuous Torque) dovrebbe essere in grado di lavorare con prestazioni elevate per un periodo di tempo illimitato.

In ambito di tecnologia di raffreddamento Mahle si accredita nella comunicazione ufficiale di un “salto tecnologico”: si tratta di un sistema di raffreddamento dell’olio integrato che non solo prende il controllo del raffreddamento stesso, ma consente anche l’uso del calore di scarto risultante nel sistema complessivo del veicolo.

Secondo gli ultimi dati di laboratorio, l’SCT dovrebbe raggiungere una potenza continua di oltre il 90% della potenza di picco. Di solito, la potenza continua è inferiore perché l’azionamento si surriscalda a carichi elevati e la potenza deve essere ridotta.

I colleghi della testata tedesca Electrive.net al riguardo hanno ricordato come il motore elettrico di un BEV come la BMW i4 M50 abbia una potenza di picco di 400 kW, ma in effetti risulti una potenza continua di 125 kW nei suoi documenti di omologazione.

Mahle sottolinea che il suo SCT avrà anche doti di compattezza e leggerezza, secondo quanto dichiarato da Martin Berger, Head of Group Research and Advance Development in Mahle, con vantaggi per situazioni come vetture chiamate a ripetute accelerazioni o veicoli commerciali sottoposti a percorsi impegnativi abituali.

Di base il motore elettrico Mahle è un PSM, motore a magneti permanenti sincroni, con magneti permanenti con neodimio installati nel rotore. Ma tenendo presente eventuali istanze di indipendenza dai prezzi delle materie prime e dagli sviluppi geopolitici, l’SCT potrà essere ordinato senza magneti e quindi senza terre rare, su richiesta del cliente. In quei casi Mahle utilizzerà quindi la tecnologia presentata nel 2021 per motori elettrici altamente efficienti e privi di magneti.

Quasi nelle stesse giornate, Marelli ha presentato una nuova piattaforma inverter da 800 volt con tecnologia al carburo di silicio, che ha consentito netti miglioramenti in termini di dimensioni, peso e soprattutto efficienza.

Inverter di questa generazione sono sviluppati per aiutare i veicoli elettrici a raggiungere maggiore autonomia e per supportare tempi di ricarica più rapidi e una migliore accelerazione, rispetto alle più diffuse soluzioni a 400 Volt basate su IGBT (transistor bipolari a gate isolato).

Nella sua nota Marelli ha sottolineato le ben note proprietà del carburo di silicio (come le sue eccellenti prestazioni alle alte temperature e ai livelli di alta tensione), che consentono componenti più piccoli, leggeri ed efficienti.

La nuova piattaforma inverter da 800 volt avrà una struttura termica ottimizzata: grazie a una “struttura innovativa e alla progettazione del canale di raffreddamento”, la resistenza termica tra componenti SiC e il fluido di raffreddamento è stata drasticamente ridotta, favorendo in applicazioni ad alte prestazioni la dissipazione del calore del modulo di potenza.

Come noto nei veicoli elettrici gli inverter convertono la corrente continua dalla batteria in corrente alternata necessaria ai motori elettrici. La conversione efficiente nell’inverter consente di prelevare meno energia dalla batteria per rilasciare la stessa potenza nel motore elettrico. Se durante una conversione più efficiente viene generato meno calore di scarto, cala anche la necessità di raffreddamento, riducendo il consumo energetico complessivo.

“La nuova piattaforma di inverter basata sulla nostra tecnologia del modulo di potenza in carburo di silicio da 800 Volt consente di servire applicazioni in cui il consumo energetico è ottimizzato, le prestazioni sono massimizzate e l’efficienza è notevolmente migliorata”, ha detto Razvan Panati, responsabile Power Electronics Technology della Divisione Elettrificazione Veicoli di Marelli.

Un’altra azienda italiana, Comau (che appartiene al gruppo Stellantis) dispone di ampie e note competenze tecnologiche su automazione ed assemblaggio per la produzione di veicoli passeggeri e commerciali, ma anche nelle linee delle batterie, e ora si muove anche nella produzione di linee e componenti per celle a combustibile ed elettrolizzatori.

Un mercato che Comau stima possa crescere in modo esponenziale, da poche migliaia di unità di celle a combustibile dispiegate nel 2020 a 1,2 milioni di unità entro il 2030, equivalenti a oltre 100 GW di energia a idrogeno, con grande richiesta per la versione sostenibile green.

Ora Comau sta sviluppando un portafoglio di soluzioni proprietarie per automatizzare le fasi chiave del processo, tra cui la preparazione e l’impilamento delle celle a combustibile, i test di tenuta e altro ancora, come parte del suo impegno a ridurre il prezzo della produzione di stack fuel cell e di elettrolizzatori. Aiutando a industrializzare l’ambiente di produzione, secondo la nota istituzionale Comau prevede di ridurre i costi di produzione specifici fino al 20%.

In Cina l’azienda italiana sta collaborando con Shanghai Hydrogen Propulsion Technology (per brevità SHPT, una divisione che appartiene a SAIC Motor, storico partner Volkswagen e GM), produttore di celle a combustibile a idrogeno, per fornire una linea di produzione avanzata per le linee da cui escono i suoi stack.

Tra i vari progetti di manifattura collegata a produzione sostenibile in via di sviluppo, l’azienda sta perseguendo opportunità per progettare, produrre e vendere soluzioni a idrogeno per veicoli leggeri e pesanti e un progetto pilota di produzione di elettrolizzatori nella regione EMEA e opportunità in Oceania.

Tutti questi progetti mirano a industrializzare un ambiente di produzione finora in gran parte manuale, che aumenterà i volumi di produzione e aumenterà la qualità del processo ad alta precisione. La collaborazione di Comau con SHPT per la manifattura di stack di celle a combustibile rappresenta il primo progetto dell’azienda in Cina nel campo dell’idrogeno più sostenibile.

Nell’ambito del progetto, Comau svilupperà e implementerà la sua tecnologia proprietaria di impilamento multi-asse ad alta velocità e alta precisione per eseguire contemporaneamente una serie di operazioni di impilamento dei pezzi dei pali.

Con la consegna prevista per la fine del 2022, la soluzione gestisce il ritiro, la scansione del codice, il posizionamento secondario e il caricamento della shell, il tutto entro 4 secondi. Pertanto, Comau aiuterà SHPT a raggiungere molti dei suoi obiettivi di produzione, tra cui il miglioramento della sua capacità di produzione annuale di stack, attraverso le stazioni di impilamento completamente automatizzate.

Credito foto di apertura: ufficio stampa Mahle