Valutazione dell’impatto ambientale mediante approccio LCA dei componenti in CFRP del sistema di sterzo della vettura Hybrid Formula Student 2025

In ambito automotive, soprattutto nei settori hypercar e racing, l’impiego dei materiali compositi è largamente adottato grazie specialmente al loro rapporto rigidezza/peso, alla resistenza meccanica e alle alte prestazioni. Tuttavia, oltre ai costi più elevati rispetto ai materiali tradizionali, un altro svantaggio dei materiali compositi è rappresentato dal significativo impatto ambientale associato alla loro produzione, avendo materie prime derivate da risorse fossili e richiedendo processi produttivi particolarmente energivori. In questo contesto, considerando da un lato il progressivo ampliamento dell’utilizzo dei materiali compositi per componenti automobilistiche, e dall’altro la sempre più crescente attenzione per la sostenibilità, uno strumento valido per valutare e mitigare l’impatto ambientale dei materiali compositi e dei loro processi produttivi è rappresentato dall’utilizzo della metodologia LCA (Life cycle assessment) – ossia analisi del ciclo di vita. Tale metodologia consente di quantificare in modo sistematico gli impatti ambientali associati a un prodotto lungo l’intero arco della sua vita, dalla produzione delle materie prime alla fabbricazione, dall’utilizzo fino alla gestione del fine vita, permettendo così di individuare le fasi più critiche e di supportare strategie di miglioramento in ottica di sostenibilità. La prima parte di questa tesi si concentra su una panoramica strettamente teorica dei materiali compositi e dei loro processi produttivi, con focus per l’applicazione automotive, e sul concetto di sostenibilità. In una seconda fase la metodologia LCA, metodo ReCiPe è applicata al caso studio preso in esame: il sistema di sterzo della monoposto M25-LH, vettura hybrid del team di Formula SAE dell’Università di Modena e Reggio Emilia. In particolare, si illustrano il metodo di lavoro, la modellazione e l’analisi ambientale per tutti gli elementi dell’assieme realizzati in materiale composito in fibra di carbonio CFRP (carbon fiber reinforced polymer): il piantone di sterzo, i tiranti e le shell anteriore e posteriore del volante, tutti realizzati con laminazione di pelli di prepreg. Infine, sono proposti e valutati scenari migliorativi come la produzione di più unità, l’utilizzo di energia rinnovabile e l’impiego di biocompositi. La realizzazione di più componenti ha previsto un piano di produzione quinquennale; stesso sistema di sterzo è adottato sia sulla vettura Hybrid che sulla Driverless del MMR team. Realizzando per ciascuna un assieme di riserva, la produzione annua ammonta a 4 sistemi di sterzo completi. Nel quinquennio ciò si traduce in 20 unità per il piantone di sterzo e per le shell del volante, mentre 40 unità per i tiranti. I risultati ottenuti dimostrano che gli impatti in termini di GWP per piantone e tiranti decrescono di alcuni chilogrammi di CO2 eq (da 13 a 10 kg CO_2 eq). I due semigusci del volante registrano un decremento pari al 60%, passando da oltre 40 kg CO_2 eq nel caso di singola unità a 15 kg CO_2 eq e 18 kg CO_2 eq, rispettivamente per 20 shell anteriori e posteriori. Si segnalano ulteriori decrementi per la produzione di più unità con energia fotovoltaica in GOS, dove gli impatti finali sono pari a 7,17 kg CO_2 eq per piantone, 7,87 kg CO_2 eq per tiranti, 10,98 kg CO_2 eq per front shell e 14 kg CO_2 eq per rear shell. In conclusione, malgrado la riduzione degli impatti per unità di massa di un ordine di grandezza tra prepreg in CFRP (42,81 kg CO_2 eq/kg) e NFRC con fibre di lino (3,16 kg CO_2 eq/kg) o canapa (4,13 kg CO_2 eq/kg) e gli ottimi rapporti GWP/E e GWP/UTS, i biocompositi con fibre naturali non risultano impiegabili per il sistema di sterzo, componente ad alto carico, a causa delle peggiori proprietà meccaniche rispetto alle fibre di carbonio.