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Articoli - Archivio

01/03/2019
Una nuova epoca di pneumatici

Gomme "intelligenti"

 

Continental, Goodyear e Michelin presentano la loro idea di futuro puntando su componenti innovativi e sostenibili

Nicodemo Angì

In quale direzione andranno i pneumatici di domani? Ce ne parlano tre produttori globali.

Che l’automotive stia affrontando dei cambiamenti epocali è fuori di ogni dubbio. L’intero settore si deve infatti confrontare con nuovi modelli di mobilità, una probabile mutazione nelle abitudini delle persone, l’entrata in forze degli operatori del car sharing e la diffusione di veicoli nuovi, quali quelli elettrici, anche per il trasporto di merci e persone. A queste tendenze si aggiungono complesse interazioni con questioni ambientali, legislative e regolamentari che si intrecciano fra loro e con le questioni industriali. Questa ondata di novità non poteva non riguardare anche i pneumatici, un elemento “portante” (non soltanto dal punto di vista meccanico) per i veicoli. Per avere indicazioni su queste evoluzioni quale modo migliore che chiederle ai protagonisti? Abbiamo quindi pensato di chiedere informazioni a 3 noti produttori e il risultato è un interessante sguardo sul futuro dei pneumatici e della mobilità.

 

Continental

Continental non ha certo bisogno di presentazioni: è infatti uno dei produttori di pneumatici “storici” avendo quasi 150 anni di vita alle spalle. Ai nostri giorni Continental non è soltanto il quarto produttore mondiale di pneumatici ma è anche un colosso nel settore dei componenti, “tradizionali” e high tech, quali sensori, videocamere, radar e migliaia di altri particolari per sospensioni, powertrain e così via. Per quel che riguarda l’evoluzione delle mescole abbiamo potuto sapere che i nanomateriali l’hanno accelerata molto. Lo sviluppo delle mescole era leggermente indietro rispetto a quello dei tessili ma sta recuperando terreno. La silice, introdotta intorno al 1995, ha migliorato molto le prestazioni e il grip sul bagnato ed è in piena evoluzione, ad esempio per migliorare la dispersione nella mescola. Anche le nanoargille sono oggetto di studi intensi, finalizzati a migliorare contemporaneamente tre performance in conflitto fra loro: l’attrito di rotolamento, l’aderenza e la resistenza all’usura e all’abrasione. Migliorare quest’ultimo aspetto non soltanto aumenta la vita della copertura ma diminuisce anche l’emissione di particolato.

 

Filler e frequenze

La mescola Black Chili usata nel ContiSportContact 5 usa nerofumo da 1 micron e silice ad alta dispersione per ottimizzare la reazione delle catene polimeriche sia lunghe sia corte. In questo modo le catene più lunghe, con frequenza propria simile a quella del pneumatico non disperdono energia diminuendo l’attrito di rotolamento. In frenata o accelerazione le frequenze aumentano ed è qui che intervengono le catene più corte: questo aumenta il trasferimento dell’energia verso il suolo, essenziale in presenza di accelerazioni. Le performances maggiori – attrito di rotolamento, grip e resistenza all’usura – sono solo una parte di quelle che il pneumatico deve conseguire: il totale è infatti di 54. La macroarea della sicurezza, per esempio, viene “esplosa” in sotto-parametri: si parla di aquaplaning longitudinale e trasversale e così via. Lo Sport 6, disponibile anche per cerchi da 22 pollici, ha mescole ancor più evolute e una silice ad alta dispersione: la gomma “copia” al meglio le microasperità dell’asfalto aumentando il grip anche se i consumi ne risentono un po’. Anche i tessili sono in evoluzione: i pneumatici ad altissime prestazioni sollecitano molto le tele, che devono mantenere la geometria della gomma con forze centrifughe molto elevate. Continental usa per questo aralon, una fibra composta da aramide e nylon intrecciate fra di loro: variando la proporzione dei 2 materiali si avrà un filato che combina la resistenza alla trazione dell’aramide con l’elasticità del nylon. Questa sintesi è necessaria: una gomma con le cinture di aramide sarebbe indeformabile perchè troppo rigida mentre il solo nylon sarebbe troppo flessibile. Nel Conti Sport 6 l’aralon cambia anche al variare delle misure del pneumatico.

 

Coperture sostenibili

La Reach della Ue ha costretto l’industria a molti investimenti per sostituire gli allora molto usati idrocarburi aromatici. Riguardo le proporzioni fra i polimeri artificiali e quelli naturali abbiamo appreso di un aumento della quota di quelli sintetici a scapito della gomma naturale. Le risorse di quest’ultima sono infatti limitate e usate anche da altri settori. Continental sta sperimentando l’uso del tarassaco, un’idea non nuova ma che impone un cambiamento: un albero della gomma dà 2 litri di lattice, una pianta di tarassaco poche gocce. Da un lato si avrà un aumento della forza lavoro e della superficie da coltivare, dall’altro il tarassaco è più adattabile e vive in climi proibitivi per l’albero della gomma: lo si potrebbe quindi coltivare vicino agli stabilimenti con ritmi più serrati, essendo una pianta e non un albero. Sul tema delle gomme “intelligenti” ricordiamo i prototipi ContiSense e ContiAdapt. La mescola elettroconduttiva del ContiSense permette sia di rilevare le deformazioni del battistrada sia di far comunicare fra di loro sensori dislocati in tutto il pneumatico. Ovviamente la copertura va affiancata da sofisticati software che “puliscono” i dati e interagiscono con i sistemi di bordo. Aspetti su cui Continental investe da tempo in virtù della sua expertise nel settore della sensoristica e del relativo processamento dei segnali.

 

Cerchio e gomme intelligenti

Il sistema ContiAdapt prevede un cerchio il cui calettamento variabile viene implementato con microcompressori. Si riesce così a variare l’impronta a terra della copertura e la sua rigidità: lavorando con il costruttore si definisce una mappa di punti di lavoro a seconda delle condizioni, per ottimizzare le prestazioni in ogni situazione. Si delinea così la tendenza a una maggiore comunicazione con il veicolo, dato che il lato “elettronico” dei pneumatici è rimasto un po’ indietro. Anche se lo sviluppo del versante elettronico si preannuncia impetuoso, rimane il fatto che il pneumatico è l’unico contatto fra il veicolo e la strada e questa sua funzione meccanica rimane al primo posto. Riguardo alle automobili elettriche e alle loro eventuali esigenze particolari, ci è stato detto che le prime elettriche, avendo batterie a bassa capacità, avevano l’esigenza primaria di minimizzare l’attrito e per questo si usavano coperture strette e di grande diametro. Questo “collo di bottiglia” è ormai superato e quindi le elettriche hanno ormai pneumatici con misure normali: le Tesla Model S hanno coperture Sportcontact 5 perché sono auto prestazionali. Lo sviluppo delle coperture per le auto elettriche non si discosta da quello dei veicoli convenzionali: si parte da un corposo Requirement Book nel quale la casa descrive gli elementi tecnici della componentistica, pneumatici inclusi. In base a questo si sviluppano prototipi fra i quali il costruttore sceglie quello più adatto ai suoi requisiti. Si può arrivare a sviluppi esclusivi contraddistinti da marcature, quali la “stella” BMW o le sigle MO di Mercedes e TO, Tesla Original e così via, ma esse riguardano tutti i modelli, non soltanto le elettriche. In generale le elettriche avranno bisogno di pneumatici a bassa resistenza, ferme restando le imprescindibili doti di sicurezza e di aderenza. Le elettriche pure, con le batterie basse e la meccanica “piatta” hanno un baricentro molto basso, che è vantaggioso perché diminuisce il rollio. La frenata rigenerativa darà una vita più lunga ai freni ma, anche se essa dovesse verificarsi solo alle ruote posteriori, non converrebbe predisporre coperture diverse solo per questo motivo, anche perché si perderebbe la possibilità di permutare le gomme per aumentarne la durata.

 

Sviluppi futuri

Un tema su cui oggi si dibatte in materia di produzione di pneumatici è legato alla possibilità di stampare in 3D il battistrada, così da poterlo cambiare a seconda delle esigenze o di rigenerarlo se consumato. Su queste ipotesi però Continental, pur rispettando le scelte di chi sta pensando a soluzioni simili e giudicandole interessanti per l’ambientale, preferisce muoversi con cautela. Oggi esistono ostacoli tecnologici, primo fra tutti la vulcanizzazione: come ottenerla “stampando” un battistrada? C’è anche la questione di armonizzarlo con la carcassa, il tallone e così via: a oggi la tecnologia non lo consente. Un altro filone di ricerca è quello delle coperture airless: Continental le tiene presenti, anche per il loro essere immuni da forature; il loro sviluppo effettivo non è però prioritario e avverrà soltanto se ci sarà una domanda reale. Per quel che riguarda le coperture all-season Continental osserva che questa tipologia è cresciuta molto ma poi si è stabilizzata. Continental la ritiene adatta principalmente a vetture medio-piccole con percorrenza limitata in condizioni climatiche medie. Occorre ricordare che non sono regolamentate in modo definito ma potrebbero crescere ancora se gli inverni diventassero più miti. Quando fa molto caldo o molto freddo la soluzione migliore è però il classico “doppio treno”.

 

Goodyear

Per quel che riguarda l'evoluzione delle mescole, Goodyear continua a sviluppare nuovi componenti dato che è da sempre impegnata a lavorare sulle innovazioni tecnologiche. Una delle più recenti vede l’utilizzo di silice ricavata dalla cenere della lolla di riso o dall’olio di semi di soia. Goodyear ha messo a punto un'innovativa industrializzazione della tecnologia dell'olio di soia, un esempio della ricerca e dello sviluppo di materiali sostenibili che possono risultare vantaggiosi non solo per l'ambiente, ma anche per le prestazioni dei pneumatici. Questo si mescola bene con la silice, riduce il consumo di energia, può aumentare la vita della copertura e può ridurre di decine di milioni di litri l’anno il consumo di petrolio di Goodyear.

 

Elettriche esigenti

I veicoli elettrici, con la loro coppia elevata e la necessità di minimizzare la resistenza al rotolamento, hanno una certa influenza sulle mescole, le strutture e i battistrada dei pneumatici. È per questo che Goodyear lavora a stretto contatto con le Case automobilistiche sulla durata, perché queste auto sono più pesanti per la presenza di ponderosi pacchi batteria e i loro motori elettrici trasferiscono elevati livelli di coppia alle ruote. I test hanno evidenziato che i pneumatici possono consumarsi il 10-30% più velocemente rispetto a quando vengono utilizzati su veicoli convenzionali a combustione interna. In Goodyear stanno lavorando sulla resistenza al rotolamento per massimizzare l’autonomia dei veicoli elettrici. E lavorano contemporaneamente sulla riduzione del rumore di rotolamento, poiché la silenziosità dei powertrain elettrici non lo scherma come il rombo dei motori a scoppio. Gli studi vogliono coniugare questa silenziosità con apprezzabili miglioramenti nelle specifiche dell’handling e della tenuta di strada. Riguardo la possibilità di produrre battistrada-as-service da creare in tempo reale con stampanti 3D, in Goodyear si pensa che sia troppo presto per rispondere. Il Goodyear Oxygene airless è stato presentato al Salone internazionale di Ginevra del 2018 come un concept stampato in 3D ma si tratta di uno sviluppo puramente concettuale ed è quindi troppo presto per prevederne gli eventuali sviluppi. Ricordiamo comunque che l’Oxigene, oltre a contenere muschio che assorbe la CO2 rilasciando ossigeno, incorpora un emettitore luminoso che permette di scambiare dati con le infrastrutture e gli altri veicoli.

 

Michelin

Il tema della sostenibilità è ben presente nella vision di Michelin, che assegna molta importanza anche alle possibilità della connettività delle coperture. Entro il 2048 Michelin produrrà pneumatici composti per l’80% di materiali sostenibili con un programma che porterà al 100% la quota delle coperture che saranno riciclate. Un bel passo avanti, dato che attualmente il recupero delle gomme esauste è al 70%: il riciclo dei loro materiali è intorno al 50% mentre il rimanente 20% viene usato per produrre energia. Al giorno d’oggi i pneumatici Michelin contengono il 28% di materiali sostenibili, costituiti per il 26% di materiali naturali come caucciù, olio di semi di girasole, limonene e simili mentre il restante 2% – acciaio e polverino di gomma – viene da pneumatici recuperati e polverizzati.

 

Ricicliamo e piantiamo alberi

Del resto, l’impegno di Michelin nel settore della sostenibilità è iniziato da tempo: citiamo per esempio il programma Biobutterfly lanciato nel 2012 con Axens e IFP Energies Nouvelles allo scopo di produrre elastomeri sintetici da biomasse quali legno, paglia o barbabietole. In questo ambito si inquadra anche l’accordo con Amyris, mirato a sviluppare e commercializzare isoprene derivato da biomasse. Questa partnership è stata poi ampliata per includere la brasiliana Braskem, il maggior produttore di biopolimeri al mondo: i suoi prodotti sono usati per integrare la gomma naturale, anch’essa al centro di accordi internazionali. Ricordiamo che la gomma naturale è una materia prima insostituibile nella produzione dei pneumatici per autocarri, macchine movimento terra e aerei. L’interesse di Michelin in questo settore si è concretizzato in un’alleanza con Barito Pacific Group per riforestare tre concessioni a Sumatra e Borneo. Un’area di 88.000 ettari, devastata da una deforestazione incontrollata, verrà ripopolata per metà con alberi della gomma mentre nell’altra metà verranno messe a dimora piante destinate alla comunità locale e specie vegetali endemiche. Ne deriveranno 16.000 posti di lavoro locali e una produzione di 80.000 tonnellate di gomma naturale, pari a circa il 10% dei bisogni di Michelin, che limiterà inoltre la volatilità dei prezzi della materia prima. Attualmente, Michelin fa ampio uso di materiali ecosostenibili, come gomma naturale e oli vegetali. Guardando al 2048 il marchio francese sta sviluppando soluzioni innovative per aumentare i materiali riciclati e rinnovabili – migliorando anche le prestazioni – per aggiungere un ulteriore 30% di materiali riciclati. In questo quadro si colloca la recente acquisizione di Lehigh da parte di Michelin, un’azienda specializzata nelle micropolveri ad alta tecnologia derivate dai pneumatici a fine vita. Lehigh è leader di mercato per le Micronized Rubber Powders (MRP), polveri sostenibili che riducono i costi delle materie prime fino al 50% pur raggiungendo prestazioni senza compromessi in un’ampia gamma di applicazioni quali pneumatici ad alte prestazioni, plastica, beni di consumo, rivestimenti, sigillanti, materiali da costruzione e asfalto.

 

Le sfide degli hackathon e gli insegnamenti della natura

Il gruppo francese promuove anche le idee, per esempio tramite gli hackathon: quello del 2017, in partnership con Alliapur, ha visto la vittoria di “Black Pillow”, arredi urbani creati a partire dal granulato di gomma. Anche il più recente Live the Motion ha coinvolto gli studenti dei Politecnici di Torino e Milano e quelli dell'Università degli Studi di Palermo, che si sono sfidati nell’ideazione di progetti per una mobilità sicura e sostenibile. L’innovazione riguarda anche i processi industriali: un accordo con Fives, siglato nell’aprile 2016, ha infatti creato Fives Michelin Additive Solutions. Questa joint venture sviluppa la creazione di sofisticati stampi per le coperture grazie alla soluzione AddUp, alla quale appartiene FormUp 350: una macchina innovativa e flessibile che produce prototipi di pezzi in serie fondendo con il laser strati di polvere metallica. L’innovazione ha anche le forme del concept Vision, un sistema airless riciclabile al 100%composto da materiali provenienti da fonti sostenibili. È anche connesso e grazie a una app, per esempio, sarà possibile cambiarne il battistrada grazie a stampanti 3D. La sua struttura è solida al centro, dato che integra anche il cerchio, e flessibile in periferia; essa si basa su una struttura alveolare che mima quelle naturali osservabili quando fiorisce una pianta, cresce un animale o si forma un minerale. I materiali dai quali nasce Vision derivano da trucioli di legno, paglia, zucchero, residui zuccherini e bucce d’arancia mentre la gomma naturale utilizzata proviene unicamente da piantagioni rispettose dell’ambiente.

 

Gareggiamo connessi

La connettività prevista per il Vision è già disponibile, almeno in parte, nelle gomme da corsa. Dallo scorso aprile sono infatti disponibili le coperture Michelin Track Connect. Questa soluzione connessa Michelin riprende tecnologie già usate nei veicoli industriali e negli aerei e le rende disponibili ai privati. L’immancabile app suggerisce al pilota la pressione dei pneumatici adatta alla vettura e alle condizioni di gara. Durante la competizione Track Connect dà al pilota informazioni in tempo reale sulla pressione e la temperatura di ogni pneumatico del veicolo; l’analisi dei cambiamenti della pressione dei pneumatici anteriori e posteriori dà inoltre informazioni su sovrasterzo e sottosterzo. Dopo la gara o le sessioni di prova la app indica le eventuali correzioni della pressione da fare prima di tornare in pista: Track Connect riesce anche a “capire” se i pneumatici lavorano nella loro zona ottimale secondo il settaggio scelto, ossia pista asciutta, umida o bagnata. Il sistema ha già caricate in memoria le informazioni di vari circuiti e memorizza i tempi sul giro del pilota, per un rapido confronto sugli effetti delle modifiche fatte.

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