De la ferraille à la tôle durable : un effort de 2 millions de dollars pour refondre le recyclage automobile

Le passage mondial aux matériaux avancés et aux groupes motopropulseurs électriques nécessite une réévaluation de la façon dont nous recyclons les véhicules.

Écrit par : Jim Lynch

20 avril 2021

EXPERT

Alors que nous nous dirigeons vers un secteur des transports plus propre, un nouveau projet de 2 millions de dollars à l'Université du Michigan vise à développer des moyens plus simples et plus rentables de fabriquer des tôles automobiles légères et recyclables.

Le projet est un effort clé alors que les principaux constructeurs automobiles se tournent vers les camions légers légers et abandonnent les moteurs à combustion interne pour les voitures électriques qui nécessitent des composants plus légers pour augmenter l'autonomie du véhicule.

Surnommé "The Clean Sheet Project", l'effort vise à développer de nouveaux outils de conception et à établir les meilleures pratiques pour les producteurs de matériaux et les constructeurs automobiles en mettant l'accent sur le recyclage du début à la fin de la production. Alors que le groupe se concentrera initialement sur l'aluminium à forte consommation d'énergie et les tôles automobiles en acier à haute résistance avancé, il pourrait éventuellement inclure des directives pour toutes sortes de matériaux, y compris les plastiques, les polymères et les batteries de véhicules électriques, ou EV.

"Nous devons réduire les impacts environnementaux de la production de véhicules à l'avenir, et l'un des moyens d'y parvenir est de stimuler la production de ces tôles légères à partir de matériaux recyclés", a déclaré Daniel Cooper, professeur adjoint de génie mécanique à l'UM et le chercheur principal du projet. "Non seulement cela réduira les émissions du processus de production automobile, mais cela contribuera également à limiter l'exploitation minière destructrice des matières premières."

"Nous recyclons déjà bon nombre des matériaux qui entrent dans ces nouveaux véhicules, mais nous ne le faisons pas bien", a déclaré Cooper. "Cela nécessite de mettre l'acier et l'aluminium dans des fours à arc électrique ou à gaz, puis de couler du nouveau métal."

Les produits métalliques recyclés ne sont pas de haute qualité car il est difficile, voire impossible, aujourd'hui d'obtenir une matière première pure à fondre. Et aux États-Unis, il y a peu de demande pour ces ferrailles contaminées, de sorte que les matériaux sont souvent expédiés vers d'autres pays où des travailleurs mal rémunérés les trient à la main.

En fin de vie d'un véhicule, les recycleurs utilisent des cisailles mécaniques pour essayer de décomposer et d'empiler les différents métaux pour les envoyer séparément vers les fours. Mais les véhicules contiennent de nombreux alliages métalliques différents qui sont mélangés au fur et à mesure qu'ils sont brisés, et les panneaux de voiture en aluminium ont souvent des rivets en acier difficiles à retirer, même avec des aimants.

Cette tâche de séparation des métaux devient de plus en plus difficile. Les véhicules électriques, par exemple, utilisent encore plus de câbles en cuivre dans leurs composants électroniques et l'acier recyclé peut se fissurer lors de la fabrication s'il ne contient que 0,1 % de cuivre.

En règle générale, le métal recyclé finit par être utilisé dans des endroits où les exigences de performance sont faibles, comme les pièces moulées en aluminium dans les blocs moteurs et les barres d'armature en acier.

"Nous voyons une formidable opportunité pour une réutilisation et un recyclage accrus des matériaux si la conception des véhicules inclut la facilité de démontage, une meilleure séparation des matériaux et une standardisation à l'échelle de l'industrie", a déclaré George Luckey, responsable du développement de l'emboutissage et des alliages chez Ford Research and Advances Engineering. Ford fait partie de plusieurs partenaires financiers privés impliqués dans l'effort.

"Le projet Clean Sheet fournira ces informations et nous sommes ravis de rejoindre l'Université du Michigan et d'autres partenaires pour y participer", a déclaré Luckey. "Ce travail soutient fortement les engagements de Ford en matière de réduction des émissions de CO2, de développement d'une économie circulaire et d'un avenir neutre en carbone."

Deux facteurs puissants suggèrent que le moment est venu de déterminer comment banaliser des pratiques plus durables.

La première est que de nouveaux engagements dans la fabrication de véhicules électriques arrivent régulièrement des principaux constructeurs automobiles en 2021, et cette tendance devrait se poursuivre. Plus tôt ce mois-ci, UBS Investment Bank a estimé que les véhicules électriques représenteraient 40 % de toutes les ventes de voitures neuves d'ici la fin de la décennie. Le deuxième facteur est qu'au cours des prochaines années, une vague de véhicules à forte intensité de tôle d'aluminium atteindra leur fin de vie et se dirigera vers les parcs à ferraille, comme l'ont montré les recherches précédentes de Cooper.

L'aluminium est devenu l'un des matériaux les plus populaires pour les véhicules électriques grâce, en partie, à sa faible densité, qui contribue à réduire le poids des véhicules.

"Cela nécessite une réinvention de la façon dont ces matériaux de grande valeur peuvent être recyclés ou refaits pour produire de nouveaux véhicules", a déclaré Cooper. "L'aluminium est connu pour être difficile à recycler sans perte de performances, et vous pouvez comprendre pourquoi certaines personnes s'inquiètent de savoir où nous nous dirigeons. Si nous passons aux véhicules électriques, cela signifie probablement une demande encore plus grande pour de l'aluminium de haute qualité. et une perte du marché des moteurs à combustion interne qui utilise actuellement une grande partie du métal recyclé de mauvaise qualité."

L'approche intégrée du Clean Sheet Project

Les efforts antérieurs visant à rendre les composants des véhicules électriques plus facilement recyclables ont connu un certain succès, mais l'absence d'une approche intégrée dans l'ensemble de l'industrie, des producteurs de matériaux et des recycleurs aux constructeurs automobiles et aux transformateurs de ferraille, a nui à l'effort.

"Espérons que notre méthodologie pourrait fournir une percée à tous les niveaux", a déclaré Cooper.

Cette méthodologie comprend une approche de modélisation informatique connue sous le nom d'ingénierie informatique intégrée des matériaux qui déterminera dans quelle mesure les métaux mélangés peuvent être recyclés. Ces modèles peuvent aider les chercheurs à découvrir de nouveaux matériaux plus recyclables et à déterminer comment davantage de matériaux recyclés peuvent être utilisés dans des composants de haute qualité comme les carrosseries en aluminium. Une modélisation supplémentaire évaluera les options de conception des véhicules, telles que les matériaux utilisés et où ils sont utilisés.

Les chercheurs analyseront également les nouvelles technologies d'élimination des vieux véhicules et de séparation des matériaux. Le projet fournira une nouvelle suite de conceptions d'outils de recyclage et de feuilles de route technologiques pour l'ensemble de l'industrie.

L'équipe Clean Sheet organise actuellement un atelier intersectoriel sur la conception, la production, la fabrication et le recyclage des tôles automobiles afin d'apprendre des experts de l'industrie sur les opportunités d'augmenter le recyclage des tôles de haute qualité.

Environ la moitié du financement du projet provient du REMADE Institute du Département américain de l'énergie, un partenariat public-privé qui promeut l'adoption de technologies durables pour les industries. Outre Ford, les partenaires de financement supplémentaires incluent : Novelis, l'Institute of Scrap Recycling Industries, l'Aluminium Association, Light Metal Consultants et Argonne National Laboratories.

James Lynch

Rédacteur de nouvelles et de reportages sur la recherche

(734) 763-1652

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