隨著全球暖化衝擊日益嚴重,國際上開始掀起碳中和的熱潮,亦即事前做好碳管理計畫,力行節能減碳。碳中和及排放法規是汽車輕量化的驅動因素。由於排放法規日益嚴苛,全球標竿車廠均積極改善汽車的能源經濟性,故輕量化材料與技術之運用就成為了全球汽車產業研發重點。
因應國際標竿市場日趨嚴格的排放法規,課題之一是提高汽車燃油經濟性,但近年來,各大車廠紛紛轉向電動車的發展,電力是清潔能源、潔淨能源及綠色能源之一,但可攜電量、續航力及單位能源經濟性,讓少少的能源就可以發揮該有的功能性,減少耗能,都是未來發展的重點。因車體愈輕,耗能愈小,故汽車輕量化變成為了重中之重。
鋁合金車身優於其他鋼鐵車身原因是它的環保效能,除了可以減小能源的消耗,也可減少在生產過程中的汙染的排放,因為99%的鋁可以被重製利用(再生鋁),在一定程度上降低了從鋁礦石冶煉鋁產生的高耗能高排放成本。鋁的比重大約是鋼鐵的三分之一,在車身製造中鋁的應用可以使車輛減小20-30%重量,可以減少10%的能源消耗。新型的汽車鋁合金材料不僅具有良好的沖壓性、可焊性和抗蝕性,也具有一定的強度和鋼度,加上重量輕、可回收再加工使用與成本低廉等優點,使得鋁合金逐漸取代鋼、鐵,從車體構件、板材、引擎、車輪圈到座椅及內裝等零組件,都已大量改採鋁質材料。對於汽車來說,除了節能,輕量化的全鋁合金車體可以有較優秀的終極動力和操控表現。一般來說,在動力不變的情況下,越輕的車提速越快,也更有運動感,同時彎道的側傾也會減弱。而在同等強度下,越輕的車越安全。車身越重,慣性越強,出現事故後所承擔的撞擊力度就會越大,事故的後果就越嚴重。
未來汽車工業用鋁的使用範圍將持續擴大,採用製程及技術也將不斷進步,不論是材質或是工藝技術的研究,汽車用鋁的普及與發展已勢在必行。根據CRU的研究報告顯示,在以2030年全球電動車(含HEV)的銷售量達到4,200萬輛規模的假設前提下,預估2030年電動車對鋁合金的需求量將達到1,000萬噸,較2017年增加10倍。
表一、日本2040年汽車輕量化情境
發展重點 | 2018年 | 2020年 | 2030年 | 2040年 | |
高強度鋼 | ・熱沖壓及冷沖壓高強度材料之開發 | ・輕型車普遍採用1.2GPa級冷沖壓 材料 ・一般車則採用1.5GPa級冷沖壓材料 |
・1.5GPa級冷沖壓材料推動量產 ・1.8GPa級熱沖壓材料推動量產 |
・1.8GPa級熱沖壓材料推動量產 ・熱沖壓材料將邁入2.0 Gpa |
・每車軟鋼平均使用比例從目前55%減至5% |
鋁合金/ 鎂合金 |
・量產車車身加速採用鋁合金 ・尤其是大型車之外板及其部分車身將持續增加採用鎂合金 |
・以高級車為主的引擎蓋等外板採用鋁合金 ・Jaguar及Porsche 等在部分車款的車身零件採用鎂合金 |
・量產車的外板等加速採用鋁合金 | ・量產車的底盤正式採用鋁合金 ・量產車的車頂等外板逐步廣泛採用鎂合金 |
・每車鋁合金平均使用比例從目前4%增至26% ・鎂合金使用比例從目前的1%增至5% |