Analisi LCA di materiali ultraleggeri per il trasporto: Aluminum foam sandwich

Il lavoro è inquadrato nell’ambito delle attività sul Progetto 3.5 “Risparmio di energia elettrica nei mezzi di trasporto: nuovi materiali e componenti innovativi per i mezzi di trasporto” dell’AdP ENEA-MSE. In particolare questo è il report di progetto “RdS/2012/094” previsto per l’obiettivo C “Life-Cycle Assessment energetico ambientale e Risk Assessment delle tecnologie suddette” ed è condotto in accordo con norma ISO 14044:2006 e ILCD Handbook1. Questo lavoro presenta un’analisi ambientale relativa alla produzione dell’Aluminum Foam Sandwich (AFS) per future applicazioni nei mezzi di trasporto. Allo stato attuale di sviluppo della tecnologia AFS, non sono ancora completamente disponibili dati primari sui processi a scala industriale, pertanto si è reso necessario utilizzare in gran parte dati di letteratura. Lo studio di LCA riguarda la fase di produzione dei materiali in AFS, utilizzabili per vettori di trasporto pubblico a basso impatto ambientale e maggiore sicurezza passiva. Lo studio prevede un'analisi della produzione del materiale AFS dal punto di vista ambientale per proposte di miglioramento ambientale alla progettazione del materiale stesso e per suggerimenti su la scelta di parametri di progettazione più sostenibili per un pavimento flottante in AFS dei vagoni passeggeri per treni di media e lunga percorrenza. Lo studio di LCA è stato fatto su un pannello in AFS 40*30*3 cm3 composto da un involucro in allumino con pelli di spessore di 2 mm per lato e un “core” di schiuma di allumino dello spessore di 2,6 cm, che può essere prodotto nel laboratorio ENEA UTMAT MONIT. Questa scelta è stata fatta poiché è la massima geometria producibile nel laboratorio ENEA UTMAT MONIT che meglio approssima la forma del materiale da usare per progettazione del pavimento flottante in AFS, come si desume dai dati preliminari presentati da CALEF “Consorzio per la ricerca e lo sviluppo delle applicazioni industriali laser e del fascio elettrico e dell’ingegneria di processo, materiali, metodi e tecnologie di produzione”. CALEF che si occuperà della progettazione di tale pavimento, componente su cui incentrare l’analisi di progettazione per l’applicazione di questo materiale innovativo al settore del trasporto pubblico. La scelta di questo tipo di componente è legata a una serie di considerazioni: • è un componente facilmente modulabile; • essendo collegato al telaio della cassa mediante giunti anti-vibranti, non ha una funzione strutturale e quindi la sostituzione di questo componente minimizza i tempi di re-ingegnerizzazione dei carri; • durante la vita operativa è soggetto prevalentemente a condizioni di carico flessionali – dovute sia alle condizioni di vincolo (appoggi alle estremità) sia di carico (carichi concentrati e distribuiti su una sola delle facce – ovvero quelle ottimali per l’utilizzo di strutture sandwich. La prima fase della ricerca ha riguardato una rassegna bibliografica degli studi d’impatto ambientale con approccio di ciclo di vita relativi all’uso di materiale leggeri ed ultraleggeri nei mezzi di trasporto. Questa analisi è stata propedeutica all’esecuzione di uno studio di LCA del componente in fase di sviluppo da parte del progetto. Lo studio di LCA ha consentito, anche con i limiti derivanti dalla qualità dei dati disponibili dato l’attuale sviluppo della tecnologia AFS, di valutare l’esistenza di trade-off tra i diversi elementi che compongono l’AFS e tra i diversi impatti, nonché di identificare i processi più critici dal punto di vista ambientale. Lo studio di LCA ha permesso anche di svolgere analisi di eco design, proponendo l’utilizzo di materie prime alternative come l’uso di allumino riciclato, e valutando gli effetti di una riduzione della distanza di approvvigionamento della materia prima. Inoltre è stata effettuata un’analisi parametrica variando la geometria del pannello per fornire al progettista dati per ottimizzare dal punto di vista ambientale il rapporto tra spessore della pelle in allumino del sandwich e del suo interno in schiuma (core).