CASE BESCHRIJVING RELATIE
streamerLescilliquo volendentem et dolorrum ressimust a cor aperum quideli tatusapel magnisquam, et ut quae. Ut estrumq uaecese ntumquo odis atur ab ipsanihilit quunto eictibus, odicimet por acculpa nonsed eaqui occatem
p28 - 95 najaar najaar2015 2015
RELATIE
Nico Langerak, Tata Steel: staal blijft de norm
Veni, Vidi … Ferro! tekst Menno Timmer fotografie Marco Peters
Is de toepassing van staal in de auto-industrie met het toenemend gebruik van kunststoffen en allerlei lichtere en alternatieve grondstoffen op zijn retour? Of liggen er in de wedloop naar CO2-reductie en een lager brandstofverbruik nog kansen voor de al ruim een eeuw lang bejubelde ‘gestaalde perfectie’ waarmee de sector groot is geworden? Nico Langerak van Tata Steel laat over de toekomst van staal in de auto-industrie geen misverstand bestaan: “Staal is onovertroffen als het gaat om recyclebaarheid, crashbestendigheid en CO2-milieuprestaties tijdens het productieproces.”
95 najaar 2015 - p29
RELATIE
‘Je moet milieuprestaties baseren op de hele levenscyclus’ S
taal is staal, denken veel mensen. Niets is echter minder waar. Geen enkele staalsoort is hetzelfde, vertelt Nico Langerak, Department Manager Application & Engineering Research & Development bij Tata Steel. “Wat er nu aan staal in een auto zit en zich onder de motorkap bevindt, dat bestond 20 jaar geleden nog niet.” Hij maakt de vergelijking met een Dafje uit 1970. “Het sterkteniveau van de toen gebruikte staalsoort bij deze oer-Hollandse icoon bedroeg 200 megapascal. Moderne auto’s bestaan uit Hoge Sterkte staal tot wel 2.000 megapascal. Dat staal is dus 10 keer zo sterk. Dit betekent dat als je met het staal van nú eenzelfde Daf uit 1970 zou bouwen, dat de auto de helft lichter zou zijn en bovendien veel crashbestendiger. De berijder maakt nu veel meer kans een frontale botsing met 65 km/u te overleven.”
Shredderschroot bij staalproductie
Tata Steel produceert wereldwijd jaarlijks 28 miljoen ton staal, waarvan 18 miljoen ton in Europa en 7 miljoen ton op de plant in IJmuiden. Ongeveer een vijfde van de productie in Europa is bestemd voor autofabrikanten. Om te komen tot de productie van die 7 miljoen ton staal in ons land maakt de onderneming gebruik van ongeveer 1,5 miljoen ton schroot, dat onder andere afkomstig is uit shreddermateriaal afkomstig van Nederlandse autowrakken.
‘De toepassing van Hoge Sterkte staal is een must voor 5 sterren in de crashtest’
p30 - 95 najaar 2015
De ontwikkelingen in staal zijn volgens Langerak de laatste decennia en zeker de laatste jaren in een stroomversnelling geraakt. “Gewichtsreductie speelt daarbij uiteraard een belangrijke rol, maar hetzelfde geldt voor de voortdurend strengere Euro NCAP-crashtesteisen. Om als autofabrikant 5 sterren te kunnen halen, is de toepassing van Hoge Sterkte staal een must.” En Hoge Sterkte staal is er in tal van varianten, zegt hij, wijzend op een volledig gestripte carrosserie van een Volvo V40 die bij de ingang van het R&D Centrum staat opgesteld. De staalsterktes zijn met kleuren zichtbaar gemaakt.
200 kwaliteiten staal
Maar het leveren van Hoge Sterkte staal is slechts 1 aspect. Voor autofabrikanten is het van belang dat dit staal ook goed bewerkbaar is. Vandaar dat Tata Steel de afgelopen 5 jaar zo’n 100 nieuwe staalproducten heeft gelanceerd. Autofabrikanten hebben de keuze uit liefst 200 kwaliteiten. Ter illustratie: in een gemiddelde auto bevinden zich wel 70 tot 80 verschillende staalsoorten, die een specifiek walsprocedé of andere nabewerking hebben ondergaan. Vrijwel geen onderdeel in een auto bestaat uit dezelfde staalsoort. Langerak beklemtoont dat Tata Steel, om aan de specifieke
wensen van autofabrikanten te voldoen, vanaf de ontwerpfase nauw met hen en met hun leveranciers van persgereedschappen en installaties samenwerkt om ervoor te zorgen dat het productieproces optimaal is en de kwaliteiten van het staal maximaal worden benut. En zelfs automodellen die slechts kort geleden op de markt zijn gekomen, worden in het R&D lab van Tata Steel op verzoek van fabrikanten onder de loep genomen om te bekijken of het mogelijk is om bepaalde onderdelen nog lichter, sterker en goedkoper te produceren.
Politiek dicteert
Dat laat onverlet dat autofabrikanten steeds vaker in meer of minder mate gebruik gaan maken of op zijn minst experimenteren met alternatieve materiaalsoorten. Denk aan de carbon light bodies van de BMW i3 of de volledig uit aluminium opgetrokken carrosserieën van de Audi A8, alsmede tal van andere composieten, plastics en magnesiumtoepassingen. Maar op basis van welke criteria kiest een autofabrikant eigenlijk voor een bepaald materiaal en, als deze trend zich voortzet, welke gevolgen heeft die ontwikkeling voor de toekomst van de automotive industrie? “Kostbare Carbon Fiber-Reinforced Plastics (CFRP) zie je eigenlijk alleen terug in de allerhoogste segmenten van exclusieve automerken als Lamborghini”, constateert Langerak. “In die klasse is het gebruik van superlichte en tegelijkertijd peperdure materialen nu eenmaal onvermijdelijk om een maximale gewichtsreductie te behalen die nodig is voor het leveren van bovengemiddeld sportieve prestaties. En de kopersgroep heeft geen problemen om daarvoor dieper in de buidel te tasten.” Aluminium delen zijn volgens hem met name in zwang in de hogere premiumsegmenten. “De Audi A8 was de eerste volledige aluminium productieauto. Wás want in de latere modellen heeft het merk toch weer besloten 2.000 megapascal Hoge Sterkte staal in te zetten, vanwege de betere crasheigenschappen. De materiaalkeuze hangt dus sterk af van de gewenste eigenschappen, de seriegrootte en de kostprijs. En uiteraard speelt de deels politiek gedicteerde wedloop naar het construeren van steeds lichtere voertuigen een rol om aan de Europese emissie-eisen te kunnen voldoen. Het is een sterk bewegend veld, maar ik zie op de langere termijn zeker geen doorbraak van carbon, aluminium of versterkte composieten ten koste van Hoge Sterkte staal. Integendeel, de mogelijkheden van staal zijn nog lang niet uitontwikkeld. Ik verwacht dat de huidige auto’s nog ten minste een kwart lichter kunnen bij de toepassing van de allernieuwste staalsoorten.”
RELATIE
Betere milieuprestaties staal
Daarnaast beschikt staal over een aantal andere milieu- en duurzaamheidsvoordelen die, nog los van de gunstige kostprijs, de eerder genoemde alternatieve materialen al meteen op een flinke achterstand zetten. Langerak: “Staal is namelijk volledig recyclebaar. Van carbon kun je hooguit nog simpele bermpaaltjes maken. Aluminium is weliswaar te recyclen, maar is hoog gelegeerd, waardoor je verschillende aluminiumsoorten niet bij elkaar kunt stoppen.” Bovendien scoort staal aanzienlijk beter qua CO2-uitstoot tijdens het productieproces. Zo bedraagt de CO2-emissie bij de productie van een kilo staal 2 tot 2,5 kilo. Ter vergelijking: bij het produceren van 1 kilo aluminium komt 11,2 tot 12,5 kilo CO2 vrij. Bij magnesium ligt dat cijfer zelfs op 18 tot 45 kilo
CO2 en deproductie van 1 kilo carbon FRP leidt tot een emissie van 21 tot 23 kilo broeikasgas. Op alle milieucomponenten komt staal de facto dus beter uit de bus. “Daar komt nog bij”, vult woordvoerder Robert Moens van Tata Steel aan, “dat wij erin zijn geslaagd om de hoeveelheid energie die nodig is voor het maken van 1 ton staal de afgelopen 25 jaar met 31 procent te verminderen.”
Baanbrekend project
Het eind is wat hem betreft nog lang niet in zicht. Moens brengt in dit verband het wereldwijd baanbrekende project HIsarna, een initiatief van Tata Steel, ter sprake. Doel is om op een andere manier vloeibaar ruwijzer te vervaar digen, waarbij een complete productiestap (de voorbewerking van ijzererts en kolen) wordt
overgeslagen. Moens: “Als dit project succesvol is, wordt het op termijn mogelijk een vermindering van ten minste 20 procent CO2-uitstoot te realiseren.” Aan dit unieke en kostbare project, dat tevens ondersteuning van de EU in de vorm van subsidies ontvangt, werkt een groot aantal partijen met elkaar samen, onder andere: mijnbouw bedrijf Rio Tinto, ArcelorMittal, ThyssenKrupp, Voestalpine, technologie leverancier Paul Wurth, 40 researchinstituten, alsmede universiteiten en technologiebedrijven uit 15 EU-landen. De daadwerkelijke implementatie van de HIsarnatechnologie zal overigens nog wel enige jaren op zich laten wachten. Volgend jaar start een duurproef van een half jaar om te zien of de uiterst complexe installatie ook voor een langere periode optimaal blijft werken. Daarna 95 najaar 2015 - p31
RELATIE
Vraag naar materiaalsoorten in de wereld (in mln ton) Conventioneel staal Hoge Sterkte staal Aluminium Composieten (carbon Fibres) Magnesium Overige plastics
‘Staal is vergeleken met concur rerende materialen volledig recyclebaar’
2012 30 13 1 -/- -/- 2
2030 15 40 6 2 1 2
volgen weer allerlei langdurige testen om het systeem uiteindelijk naar industrieel niveau te kunnen opschalen. Moens heeft hoge verwachtingen: “Het bewijst opnieuw dat staal concurrerend is en zal blijven. Daar komt nog bij dat de toch al lagere CO2 die vrijkomt bij de HIsarna-technologie ook nog eens zo zuiver is dat het eenvoudig afgevangen en opgeslagen kan worden.”
Life Cycle Assessment
Op dit moment worden autofabrikanten naar de mening van Langerak door de politiek echter nog veel te veel gestuurd in hun materiaalkeuze door wat er aan CO2 uit de knalpijp komt. Dat is, vindt hij, een kortzichtig beleid. Om de milieuprestaties en voordelen van een bepaald materiaal objectief te kunnen beoordelen, moet je naar de hele levenscyclus van de auto kijken. “Hoeveel CO2 komt er vrij bij de productie, hoeveel tijdens de gebruiksduur en hoe zit het met de recyclebaarheid? Als je al die componenten helder in kaart brengt, kun je pas eerlijk de ecologische footprint van een materiaalsoort bepalen.” Hij spreekt in dit verband over Life Cycle Assessment (LCA); een methode om de milieuprestaties van een product te meten van ‘de wieg tot het graf.’ “Het is een zeer ingewikkelde en complexe methode omdat je daarbij feitelijk ook moet meewegen waar – denk aan de CO2 die bij transport vrijkomt – en met welke energiebronnen – bruinkoolcentrale of groene energie – een product is vervaardigd. In dat geval kan een in India gebouwde elektrische auto per saldo misschien wel veel meer milieubelastend zijn dan een Porsche Cayenne die in Duitsland van de band loopt.”
Omslag emissienormen
Langerak toont een aantal tabellen en onderzoeken waaruit duidelijk valt af te lezen dat carbon fibers en magnesium eigenlijk heel slecht scoren in de life cycle omdat de CO2-emissie tijdens de productie heel hoog ligt. Voor het maken van 1 auto van magnesium is 20.000 kilo CO2 nodig. Bij een auto van staal is dat de helft, namelijk 10.000 kilo CO2. Je kunt volgens hem rustig stellen dat naarmate een auto zuiniger wordt, de p32 - 95 najaar 2015
40 35 30 25 20 15 10 5 0
2012
2030
productiecomponent binnen de life cycle aan gewicht wint. Logisch, want hoe lager de CO2-emissie tijdens het gebruik, des te zwaarder gaat het belang van de productie binnen LCA wegen. En dat spreekt vervolgens in het voordeel van het gebruik van staal in de levenscyclus, omdat staal ten opzichte van haar concurrenten de laagste CO2-emissie heeft. “Van belang is natuurlijk”, zegt Langerak, “hoe de Europese wetgeving hier mee omgaat. Die baseert zich vooralsnog uitsluitend op de voertuigemissies. Voor 2020 heeft de Europese Commissie een gemiddelde CO2-uitstoot van 95 gram per kilometer gedefinieerd. Ik verwacht dat er na die tijd een omslag zal plaatsvinden en dat Brussel dan normen zal stellen op basis van Life Cycle Assessment, waar de auto-industrie zich dan op zal gaan richten.”
Staal is hightech
Dat staal ook in de toekomst de norm is en blijft, staat voor Langerak vast. Hij onderstreept dat met verbruikscijfers van de verschillende materiaalsoorten in de wereld in 2012 en een prognose voor 2030. Dan blijkt dat tussen nu en 2030 sprake zal zijn van een verdrievoudiging van de vraag naar Hoge Sterkte staal van 13 tot 40 miljoen ton. Weliswaar neemt in die periode de vraag naar conventioneel staal af van 30 tot 15 miljoen ton, maar daar staat geen substantiële verhoging van concurrerende materiaalsoorten tegenover. Alleen de toepassing van aluminium zal naar schatting verhoudingsgewijs meer toenemen van 1 miljoen ton nu tot grosso modo 6 miljoen ton in 2030. De consumptie van magnesium, composieten (carbon fibres) en andere plastics blijft in 2030 met respectievelijk 1, 2 en 2 miljoen ton op een betrekkelijk laag niveau. De enige ontwikkeling die dit beeld mogelijk zou kunnen veranderen, is de komst van zelfrijdende auto’s, besluit Langerak schertsend. “Als iedereen in de toekomst autonoom zou gaan rijden, zouden voertuigen in theorie immers niet meer kunnen botsen. Dan hoef je auto’s ook niet meer crashbestendig te maken. Maar zover zal het niet snel komen. Staal heeft beslist de toekomst. De volumes gaan omhoog en er komt meer vraag naar geavanceerde staalsoorten. Vroeger was staal een commodity product, nu is staal hightech!” t
