1. Transportforum 2009
Sektion 19: Fordon och energieffektivitet
Linköping, 8 januari 2009
Material i fordon anpassade efter
våra framtida samhällens behov
Fiat Ph li
Fi t Phylia med solpaneler
d l l
och litiumbatterier
Bo Carlsson
Naturvetenskapliga institutionen, Högskolan i Kalmar

2. VINNOVA projekt dnr 2008-00234
Kravprofiler för material i fordon anpassade efter våra
framtida samhällens behov – En idépromemoria om
forskningsbehov
Projektdeltagare
Bo Carlsson, Högskolan i Kalmar (Projektledare)
Lars Nyborg, Material och tillverkningsteknik, Chalmers Tekniska Högskola
Åke
Å Nylinder, Hovås Komposit AB
å
Magnus Palm, SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut
Referensgrupp
R f
Jonas Adolfsson, Volvo 3P
Staffan Ek, Volvo Car Cooperation
Peter Eriksson, Chalmers Tekniska Högskola
Eriksson
Lars-Olof Hellgren, SAAB Automobile AB
Hans Reich, Chalmers Tekniska Högskola
Gunnar Tornmalm, Scania CV
Tornmalm

3. Hur skall olika framtidsscenarier för Priset på råolja
prisökningar på drivmedel och råvaror
bedömas vad avser realism? 24 $ /fat år 2000
Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta 26 $/fat år 2002
kraven på reducering av bränsleförbrukning och 41 $ /fat år 2005
vikt i framtidens fordon?
74 $ /fat år 2006
Vilka begränsningar kommer de ökande 98 $ /f t å 2007 okt
/fat år kt
råvarupriserna och nya lagkraven på
återanvändning och återvinning att ställa på 147 $ /fat år 2008 maj
olika materiallösningar för framtidens bilar? 119 $ /f t år 2008 j i
/fat å juni
Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre 42 $ /fat år 2008 dec
funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till
driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon? ?? $ /fat år 2020
Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i
förhållande driftsekonomi vid utformningen av
fö håll d till d ift k i id tf i
framtiden bilar?
Hur t b t d l får långtidsegenskaperna och
H stor betydelse få lå tid k h
livslängden för materialen i framtidens fordon?

4. Hur skall olika framtidsscenarier för prisökningar Tidigare låg efterfrågan
p
på drivmedel och råvaror bedömas vad avser men många lösningar
realism? finns sedan tidigt att klara
av kravet 0,5 liter/mil för
Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta personbilar motsvarande
kraven på reducering av b ä l fö b k i och
k å d i bränsleförbrukning h en koldioxid emission på
vikt i framtidens fordon? 120 g/km (EU krav 2015).
Vilka begränsningar kommer de ökande EUs mål för nya bilar på
råvarupriserna och nya lagkraven på 95 g/km 2020 motsvarar
återanvändning och återvinning att ställa på 0,4 l/mil
olika materiallösningar för framtidens bilar? Vad är kravet 2030?
V dä k t
Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre Vad är bensinpriset 2030?
funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till
driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon? 10% minskning i vikt ger
minskning på mellan 6-7
Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i % i bensinförbrukning
förhållande driftsekonomi vid utformningen av
fö håll d till d ift k i id tf i Reducering i vikt
framtiden bilar? lönsammare än elektrisk
hybridteknik !?
Hur t b t d l får långtidsegenskaperna och
H stor betydelse få lå tid k h
livslängden för materialen i framtidens fordon?

5. 70
nsindriven
Bensinbilar
60 Dieselbilar
Bensinhybridbilar
ential för minskning av
ativt en ben
a Dieselhybridbilar
50 Vätebränslecellsbil
bil år 200 (%)
40
00
rukning rela
m
30
Pote
20
ränsleförbr
10
br
0
1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035
År
Uppskattad potential för minskning av bränsleförbrukning relativt en
bensindriven från år 2000 (Uppgifter från rapport IEA/SMP Model
Documentation and Reference Case Projection)

6. Hur skall olika framtidsscenarier för prisökningar I många fall en konflikt
p
på drivmedel och råvaror bedömas vad avser mellan kravet på använd-
realism? ning av lågviktsmaterial
och krav på återvinnings-
Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta bara material speciellt i
kraven på reducering av bränsleförbrukning och vikt i fallet med polymerkompo-
framtidens fordon? siter
Vilka beg ä s ga kommer de ö a de
a begränsningar o e ökande
Krav på åt
K å återvinnings-
i i
råvarupriserna och nya lagkraven på barhet till följd av stigande
återanvändning och återvinning att ställa råvarupriser kommer att
på olika materiallösningar för framtidens väga mycket tyngre i
bilar? framtiden och priset på
återvunna material
Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre
kommer att öka väsentligt
väsentligt.
funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till
driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon?
Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i
förhållande till driftsekonomi vid utformningen av
framtiden bilar?
Hur stor betydelse får långtidsegenskaperna och
livslängden för materialen i framtidens fordon?

7. Hur skall olika framtidsscenarier för prisökningar Något tillspetsat har det
p
på drivmedel och råvaror bedömas vad avser varit kraven på ökad
realism? krocksäkerhet och
funktionalitet som gjort att
Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta utvecklingen under senare
kraven på reducering av bränsleförbrukning och vikt i tid lett till tyngre fordon
framtidens fordon? snarare än lättare.
Vilka begränsningar kommer de ökande
g g
råvarupriserna och nya lagkraven på Tvärvetenskapliga
T ä t k li
återanvändning och återvinning att ställa på framtidsscenarios bör
olika materiallösningar för framtidens bilar? utgöra grund för att for-
mulera krav på funktiona
funktiona-
Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre litet, kostnadseffektivitet,
funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande tillförlitlighet och lång-
till driftsekonomi vid utformningen av framtidens tidsprestanda,
tidsprestanda ekologisk
riktighet och återvin-
fordon?
ningsbarhet
Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i
förhållande till driftsekonomi vid utformningen av
framtiden bilar?
Hur stor betydelse får långtidsegenskaperna och
livslängden för materialen i framtidens fordon?

8. Hur skall olika framtidsscenarier för prisökningar Nya mer miljöanpassade
p
på drivmedel och råvaror bedömas vad avser och småskaliga tekniker
realism? för ytbehandling finns som
borde kunna garantera
Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta tillfredsstäl-lande
kraven på reducering av bränsleförbrukning och vikt i estetiskt utseende och
framtidens fordon? öppna upp för ytbe-
Vilka begränsningar kommer de ökande
g g handling i mindre fabriker
råvarupriserna och nya lagkraven på och dä
h därmed minska
d i k
återanvändning och återvinning att ställa på transportbehov.
olika materiallösningar för framtidens bilar?
SMART bilen använder
Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre t.ex. infärgning som
funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till ytbehandlingsmetod
driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon?
Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i
förhållande till driftsekonomi vid utformningen av
framtiden bilar?
Hur stor betydelse får långtidsegenskaperna och
livslängden för materialen i framtidens fordon?

9. Hur skall olika framtidsscenarier för prisökningar Ökande energi och
p
på drivmedel och råvaror bedömas vad avser råvarupriser borde logiskt
realism? sett leda till krav på högre
teknisk livslängd.
Hur stor är beredskapen idag för att kunna möta
kraven på reducering av bränsleförbrukning och vikt i Men, marknadslivs-
framtidens fordon? längden sätts dock nu som
Vilka begränsningar kommer de ökande
g g i framtiden av att ständiga
råvarupriserna och nya lagkraven på produktförbättringar bli
d ktfö bätt i blir
återanvändning och återvinning att ställa på avgörande såvida man inte
olika materiallösningar för framtidens bilar? i framtiden kan utveckla helt
”uppgraderbara fordon”
fordon”.
Hur kommer på krocksäkerhet och allt högre
funktionalitet i fordon att prioriteras i förhållande till
driftsekonomi vid utformningen av framtidens fordon?
Hur tungt skall estetiska aspekter värderas i
förhållande driftsekonomi vid utformningen av
fö håll d till d ift k i id tf i
framtiden bilar?
Hur stor betydelse får långtidsegenskaperna
och livslängden för materialen i framtidens
fordon?

10. Projektupplägg
-Tre tänkbara framtidsscenarier Extrapolation av dagens situation
Samhälle med främst kollektiva transporter
Helt 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 …

11. 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 från
förväntade ekonomiska och miljömässiga fördelar hos ett
modulkoncept i förhållande till tekniska och marknadsmässiga
hinder som är förenade med detta

12. Utmaningar och sammanhängande teknologiska mål för fordonsmaterial
Teknologiska mål 10 20 års sikt
10-20
Förbättrade -Flerfunktionella materiallösningar baserade
funktionsprestanda på avancerad nanoteknologi men även på
g
hybridteknologi med mer traditionella material;
tillförlitlighet/långtidsprestanda
- Moduler som tillåter högvolymsproduktion och
med integration av många komponent-
komponent
miljöprestanda funktioner och med förbättrade möjligheter för
återanvändning;
g g p
utvecklingsegenskaper
- Lätt ikt ikt k
Lättviktsviktskonstruktioner med samma
t kti d
funktionsprestanda som dagens men som
minskad totalkostnad
möjliggör förbättrad bränsleekonomi och
minskning av totalkostnad;
- Klimatanpassade materiallösningar base-
rade på biomaterial men med hög
funktionskvalitet;
- Förbättrade fogningstekniker avseende
hållfasthet och ”end-of-life” egenskaper;
g p ;

13. Utmaningar och sammanhängande teknologiska mål för fordonsmaterial
Teknologiska mål 10 20 års sikt
10-20
funktionsprestanda -Lättare och mer hållfasta material i
krocksäkra konstruktioner;
Förbättrade
tillförlitlighet/långtidsprestanda - Uppgraderbara fordon med moduler
medvetet designade för att minska avfall
och förlänga den tekniska livslängden
miljöprestanda hos hela fordonet;
utvecklingsegenskaper
t kli k
minskad totalkostnad

14. Utmaningar och sammanhängande teknologiska mål för fordonsmaterial
Teknologiska mål 10 20 års sikt
10-20
funktionsprestanda - Miljöanpassade material där
långtidsegenskaper noga utredda före
g g g
tillförlitlighet/långtidsprestanda
marknadsintroduktion;
Förbättrade - Helt kretsloppsanpassade produktlivs-
cykelsystem optimerade avseende avfalls-
avfalls
miljöprestanda
iljö t d
och energiminimering;
- Kostnadseffektiva material för nya
utvecklingsegenskaper
g g p
bränsleteknologier
b ä l t k l i som i fö bätt d förbättrade
minskad totalkostnad batterier för elektricitet, lagring av vätgas;
- Modullösningar designade för
återvinning som medger materialseparation
vid demontering;

15. Utmaningar och sammanhängande teknologiska mål för fordonsmaterial
Teknologiska mål 10 20 års sikt
10-20
funktionsprestanda - Materiallösningar som medger stor
variation i kundanpassning genom
gg
tillförlitlighet/långtidsprestanda
modultänkande;
miljöprestanda - Lågvolymsproduktion till rimliga
investeringskostnader i tillverkningsresurser
Förbättrade för större flexibilitet och kundanpassning
(mikrofabriker);
utvecklingsegenskaper
minskad totalkostnad

16. Utmaningar och sammanhängande teknologiska mål för fordonsmaterial
Teknologiska mål 10 20 års sikt
10-20
funktionsprestanda - Medveten design av uppgraderbara fordon
för att optimera materialanvändning och
g
tillförlitlighet/långtidsprestanda livscykelkostnad;
- Produkttjänstesystem för minimering av
miljöprestanda
totalkostnaden för produktfunktionssystem.
utvecklingsegenskaper
Minskad totalkostnad

17. Halvdagsseminarium:
Materialen i våra fordon år 2020
– en revolution eller evolution?
En diskussion mellan fordonsindustrin, akademin och VINNOVA
Onsdagen den 28 januari, 2009
Lokal Ascom & Catella
Chalmers Kårhus
VÄLKOMNA !!

18. Några tänkbara framtidsscenarier för fordonsområdet inom 15 till 20 års sikt
Alternativ 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
• 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 materialåtervinning

19. Alternativ 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 utveckling a m cket lätta fordon
drivs förnybara t eckling av mycket
är nödvändigt
• Eldrivna fordon dominerar i tätorterna som i form av s.k. ”flimsy vehicles” erbjuds
privatpersoner genom leasing
• Anpassning av fordon till integrerade transportsystem
• Mellan tätorter dominerar kollektiva transporter av människor och gods helt. Behov
finns av minibussar fö lä
fi i ib för längre t
transporter
t
• 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

20. Alternativ III
• Samhälle som utvecklats mycket långt i riktning mot kretsloppsanpassning
• Bensinkostnad på 45 SEK/mil gör att bensindrivna fordon ersatts helt med lätta
eldrivna 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
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
kretsloppsanpassning av hela fordonskonstruktionen

21. 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