Originally published by JEC Composite Magazine
De Europese Commissie (EC) heeft als doel gesteld dat alle nieuwe auto’s en bestelwagens die in Europa worden geregistreerd, in 2035 emissievrij moeten zijn. Dit heeft de auto-industrie onder grote druk gezet, omdat nieuwe CO²-normen ook een vermindering van 55% van de gemiddelde uitstoot tegen 2030 vereisen. Om te voldoen aan de groeiende vraag naar elektrische voertuigen (EV’s) – die 25% tot 50% van de autoproductie voor hun rekening zouden kunnen nemen – is onmiddellijke en innovatieve actie van de sector nodig.
De overgang naar elektrische voertuigen staat voor uitdagingen die verder gaan dan de productie van batterijen, de angst voor actieradius en de ontwikkeling van infrastructuur. Hoewel dit cruciale punten van zorg zijn, maken de schaarste van materialen en de noodzaak om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen bij de productie te verminderen de omschakeling nog ingewikkelder. Elk materiaal en elk proces dat bij de autoproductie komt kijken, moet uiteindelijk minder afhankelijk worden van slinkende grondstoffen en fossiele brandstoffen. Dit stelt ons voor een complexe reeks uitdagingen die moeten worden aangepakt om de duurzaamheid van de EV-industrie te garanderen.
Daarom heeft de Duitse onderzoeksorganisatie Fraunhofer IWU samen met de door Bax aangedreven European Lightweight Clusters Alliance (ELCA) het initiatief genomen voor een Europa-brede inspanning. Vier van de grootste autobedrijven in Europa sloten zich aan bij het initiatief, omdat ze erkenden dat de CO²-doelstellingen van de EC een gezamenlijke aanpak met alle hens aan dek vereisen.
Dit roept de vraag op: waarom kunnen de OEM’s (Original Equipment Manufacturers) in Europa niet zelfstandig overschakelen op netto nul emissies? Hoewel ze over aanzienlijke middelen beschikken, brengt het alleen hierop vertrouwen uitdagingen met zich mee, vooral bij de overgang naar secundaire materialen. Belangrijke vragen zijn onder andere: Waar halen we secundaire grondstoffen vandaan? Voldoet hun kwaliteit aan de veiligheidsnormen? Is er genoeg om aan de groeiende vraag naar EV te voldoen? Het bijhouden van de herkomst en levenscyclus van materialen is essentieel en het hergebruik van end-of-life (EoL) materialen zonder recycling zou revolutionair kunnen zijn. Het meten en vergelijken van circulaire methodes, naast standaardisatie, brengt echter extra hordes met zich mee. Moeten circulaire praktijken intern worden ontwikkeld of via partnerschappen met kleine en middelgrote ondernemingen (KMO’s)? Deze uitdagingen benadrukken de noodzaak van uitgebreide, gezamenlijke strategieën om netto nul emissies te bereiken.
Nu Europa op weg is naar een emissievrije toekomst, staat de auto-industrie centraal in deze overgang. Met ambitieuze doelen gesteld door de Europese Commissie werken fabrikanten, onderzoeksinstituten en beleidsmakers samen aan de ontwikkeling van duurzame elektrische voertuigen (EV’s) die voldoen aan strenge CO²-reductienormen. In dit artikel wordt onderzocht hoe samenwerking essentieel is om uitdagingen op het gebied van materialen, processen en infrastructuur aan te gaan en tegelijkertijd het concurrentievermogen en de duurzaamheid van de Europese auto-industrie te waarborgen.
Op weg naar nulemissie: De collectieve overgang van de Europese auto-industrie
By sector, the aerospace industry has set firm targets requiring airlines to cut emissions by 55% below 2020 levels by 2030. Likewise, the automotive industry is transforming itself in line with the EU Climate Law and the EU Green Deal where there are obligations to achieve the targets of net-zero emissions by 2050 and CO2 emissions per vehicle fleet. Similarly, the building sector faces strict energy efficiency standards under the EU Green Deal, aiming for all new buildings to be “zero-emission” by 2030, driving innovations in insulation, smart energy systems, and lightweight composites. Finally, the energy sector is now under pressure to increase the rate of renewable energy integration while ensuring that the materials used in the infrastructure are also sustainable. Although these policies are daunting, they also present opportunities for innovation.
This regulatory push is driving industries towards the use of lightweight materials with multifunctional capabilities and circular designs to meet CO₂ targets. Sustainability has become synonymous with technological progress in all industries, leading to solutions that are not only long-lasting but effective, and versatile.
ZEvRA’s door Horizon Europe gefinancierde initiatief voor duurzame elektrische voertuigen
ZEvRA (Zero Emission electric Vehicles enabled by haRmonised circulArity) is gericht op het verbeteren van de circulariteit van EV’s door middel van ontwerpen voor recycling en hergebruik. Het project wil het bewustzijn van de principes van de circulaire economie en de levenscyclusanalyse (LCA) in schoon vervoer bevorderen, de metriek van circulariteit in de autosector standaardiseren en een prototype van een voertuig ontwikkelen dat geen nieuwe materialen gebruikt.
Het doel van ZEvRA is om Europa in de richting van een digitale, circulaire en klimaatneutrale economie te duwen, de afhankelijkheid van grondstoffen te verminderen en tegelijkertijd innovatie en vaardigheden in circulaire economie te stimuleren. Met 12 miljoen euro financiering van de EC is het project in januari 2024 van start gegaan en zal het drie jaar duren.
Closing the Loop: Composites and the Circular Economy
The shift towards a circular economy is transforming the automotive, aerospace, construction and energy sectors by promoting resource efficiency, waste reduction and the reuse and recycling of materials. Circularity in composites aims to minimise environmental impact, extend product life cycles, and foster closed-loop systems that reduce reliance on finite resources while enhancing sustainability.
Efforts to reuse and upcycle secondary materials in composite manufacturing are gaining importance. Innovations in recycling processes and material tracking systems, such as Materials ID Passports, are enabling better recovery of valuable components and improved lifecycle management. This transition is supported by strategies like integrating recycled polymers, remanufacturing components and adopting bio-based and recyclable thermoset materials.
However, the complexity of fiber-matrix composites poses challenges for recycling. Specialised processes are often required to separate components efficiently. Solutions include mono-material concepts for easier recovery and hybridisation strategies that enhance bio-based composites’ performance. Designing for circularity—through modular components, easy disassembly, and reversible bonding techniques—is key to improving recyclability.
Digital Tools Powering Sustainable Innovation
Digital tools, including Digital Twins, generative design and simulation technologies, are playing a critical role in optimising the design, manufacturing and lifecycle management of composites. Advancements in manufacturing processes, such as additive manufacturing and in-mold technologies, allow for the creation of multifunctional components that reduce material use and production waste. These innovations, combined with efforts to develop bio-based alternatives and improve recycling techniques, are driving a shift towards sustainable production models.
By combining material innovation, advanced manufacturing and circular design principles, industries can create composites that align with sustainability goals. These approaches not only reduce environmental impacts but also drive innovation, economic growth and resilience across the value chain, paving the way for a more sustainable future.
De Europese EV-industrie opwaarderen: Duurzaamheid, innovatie en wereldwijde invloed stimuleren
Met 28 partners die de hele waardeketen van het ontwerp, de ontwikkeling en de productie van lichte EV’s omvatten en zich uitstrekken over 11 landen, waaronder vier van Europa’s grootste OEM’s, zet het ZEvRA-project een nieuwe standaard voor de toekomstige voertuigproductie in Europa. Het wil de lat hoger leggen op het gebied van circulariteit en prestaties.
EV spelen een centrale rol bij het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen door transport. Nu de vraag naar vervoer toeneemt, kan de Europese EV-industrie een cruciale rol spelen in het koolstofvrij maken van de sector. Bovendien is de auto-industrie een belangrijke bron van economische groei en werkgelegenheid. Door de industrie in Europa te houden, kunnen we innovatie stimuleren, investeringen aantrekken en banen van hoge kwaliteit creëren in productie, onderzoek en ontwikkeling.
Door een sterke positie te behouden op de EV-markt kunnen Europese bedrijven vooroplopen in technologische vooruitgang, wat niet alleen de autosector ten goede komt, maar ook andere industrieën. Door te concurreren met andere grote spelers, zoals China, kan Europa invloed uitoefenen op wereldwijde normen en praktijken met betrekking tot duurzaamheid, door vorm te geven aan internationale overeenkomsten, regelgeving en normen die milieubescherming en duurzame ontwikkeling bevorderen.
De auteurs van het artikel willen graag hun erkentelijkheid betuigen voor de financiering door de Europese Commissie van het ZEvRA project onder subsidieovereenkomst Nº101138034.
Unlocking Cost Savings and Efficiency with Advanced Composites
The integration of advanced composite materials in construction, aerospace and aeronautics, and energy sectors offers transformative potential for cost savings throughout the product lifecycle.
In the construction sector, composites often entail high initial costs during manufacturing due to the needs for specialised equipment, the patenting of new materials is both highly expensive and immensely time consuming as it may take up to several years. Prefabrication and modular construction further save time, reduce labour costs, and minimise on-site disruptions compared to traditional approaches. Complex structures can offer long-term benefits, such as new materials with colour-changing properties to enhance energy efficiency in buildings. For instance, a layered composite of copper foil, plastic, and graphene adjusts its infrared colour and heat absorption based on temperature, cooling interiors on hot days and insulating them on cold days.
The aerospace sector faces high maintenance costs due to the stringent safety requirements and complex systems. Advanced analytics and machine learning further optimise processes, reduce waste, and refine lightweighting, helping airlines lower fuel consumption and increase payload capacity. Digital tools like generative design and topology optimisation enable lighter, more efficient structures by optimising material use and exploring innovative geometries, improving performance while reducing weight. Predictive maintenance leverages data and machine learning to foresee equipment failures, cutting downtime, costs, and enhancing safety.
Transporting and installing renewable energy components such as wind turbine blades and solar panels is costly and complex, particularly in remote or offshore locations. In solar PV, freight and installation costs vary but typically make up 4-20% of total costs. Using composite materials reduce component weight, making transportation and installation easier and more affordable. The wind turbine sector is exploring sectional turbine blades to cut transportation costs and enable reuse of non-degraded parts at the end of life. Similarly, lightweight, modular, and flexible solar panels are being developed for rapid deployment, though further research is needed to improve their efficiency and cost-effectiveness compared to rigid panels.
Advanced Materials and the Road Ahead
Composites are paving the way for a more sustainable and economically viable future across industries, optimising manufacturing, transportation, and installation processes while enabling innovative applications and long-term benefits. To explore the transformative role of advanced materials, please follow the link for more insights and to discover the full technology roadmap.
The authors would like to acknowledge the funding of the European Commission for the AMULET H2020 project under the grant agreement Nº101005435.
