Autotööstus on juba mõnda aega liikunud jätkusuutlikkuse poole,  püüdes suurendada  kasutatavate materjalide vastupidavust ja muuta autosid kergemaks. Autode kergemaks muutmisel on peamiseks eesmärgiks olnud kütusekulu ja seega heitmete vähendamine.  

Missugune on sel ristteel terase tootmise ja kasutamise tulevik autotööstuse vaates ning milliseid materjale kasutatakse tulevikus autode valmistamisel tõenäoliselt kõige enam, räägib akadeemik ja Tallinna Tehnikaülikooli emeriitprofessor Jakob Kübarsepp.

Terase ajastu kestab endiselt

Kübarsepp nendib alustuseks, et nii nagu aastakümneid tagasi, elame tegelikult ka praegu endiselt n-ö terase ajastul ja terast võib nimetada tehiskeskkonna selgrooks. 

“Terase ajastu algas terase masstootmise käivitumisega 19. sajandi keskpaigas ja see jätkub siiamaani. Umbes 95 protsenti kõikidest metallidest – ja ma ei räägi ainult autotööstustest – mis maailmas tööstuses kasutatakse, on teras,” viitab Kübarsepp ja märgib, et kui rääkida tulevikust ning eriti autotööstuse vaates, siis ei paista see tendents ka muutuvat. 

Kui vaadata autot tervikuna, siis põhilise osa auto massist (kuni 2/3) moodustab kahtlusteta teras. Nii on see olnud viimastel aastakümnetel ja tõenäoliselt lähemal ajal nii ka jääb. 

Küll aga tuleb ka autotööstusel üha enam silmas pidada kliimaeesmärke, teiste sõnadega jätkusuutlikkust. 

“2000. aastal ei rääkinud keegi veel eriti midagi rohetehnoloogiatest ja kliimaeesmärkidest, aga autotööstus liikus selles suunas tasapisi juba 20. sajandi lõpukümnenditel ja väga lihtsatel põhjustel,” avaldab Kübarsepp. Ta lisab, et juba tol ajal oli vaja vähendada näiteks autode kütusekulu ja CO₂ heidet ning praegu üha enam karmistuvad keskkonnanõuded kohustuvad seda tegema  nüüdki.

“Iga inimene, kes istub autosse, suurendab auto massi, see omakorda suurendab kütusekulu, see aga toob kaasa vajaduse ehitada kergemaid autosid, et kütusekulu ja sellega seotud keskkonnamõju oleksid väiksemad,” selgitab Kübarsepp lahti lihtsad probleemid, mille lahendamisega on autotööstuses tegeletud juba umbes neljakümne aasta ringis. Ta märgib, et auto kere massi vähendamise on eriti oluline elektriautode puhul, mille massist moodustavad akud päris suure osa. 

Üks võimalus auto massi vähendamiseks ongi kasutada autode valmistamisel kergmetalle – alumiiniumit, titaani, magneesiumit, ja ka näiteks kergete jalgrataste ja lennukite valmistamiseks sobilikku süsinikkiuga armeeritud polümeere.  

Autotööstuse tulevikust kõneldes märgib Kübarsepp, et kindlasti suureneb nüüdisaegsete kõrgtugevate teraste, samuti alumiiniumisulamite ja polümeerkomposiitide, eriti süsinikkiuga armeeritud komposiitide kasutamine. Viimaste kasutamine on praegu autotööstuses veel piiratud eelkõige süsinikkiu  kõrge hinna ja sellega armeeritud komposiitmaterjalide tootmise märkimisväärse keskkonnamõju tõttu. 

“Kui hakkame tulevikus praegusest veelgi enam kasutama kõrgtugevaid teraseid, mis on 2–6 korda praegu kasutatavatest “tavalistest” madalsüsinikterasest tugevamad, saame ehitatava konstruktsiooni kergema, samas kasutades vähem terast,” selgitab Kübarsepp ning kinnitab, et teras ei kao autotööstusest niipea mitte kusagile olenemata sellest, kas areng toimub elektriautode või vesinikautode suunas. Kõrgtugevate teraste kasutamine on 21. sajandi jooksul võimaldanud auto massi vähendada juba kuni 25%. 

Ka terase tootmine on muutumises

“Peamised konstruktsioonid, ma prognoosin, on ka 40- 50 aasta pärast autotööstuses tõenäoliselt endiselt terasest ja teras peamine konstruktsioonimaterjal autodes,” on akadeemik Kübarsepp veendunud.  

Küll aga täpsustab ta, et mõnekümne aasta pärast ei pruugi enam olla kasutuses täpselt selline teras nagu praegu. Esiteks töötatakse selle nimel, et teras oleks üha tugevam ja seda kuluks vähem ning teiseks on oluline teema n-ö roheline, keskkonnamõjuga arvestav metallurgia. See tähendab, et sellisel viisil toodetud terast nagu praegu mõne aastakümne pärast enam ei kasutata. Koostis, struktuur ja omadused võivad olla küll sarnased, kuid tootmisviisid hoopis teistsugused. 

Kübarsepp toob näite Rootsi metallitööstuse suurettevõttes SSAB esialgu veel eksperimentaalselt toodetavatest n-ö rohelistest terastest, milliste valmistamisel ei kasutata enam fossiilkütused vaid raua taandamiseks maagist rohevesinikku ning terasesulatuseks “rohelist” elektrit.

Kaduvad materjalid

Autotööstuses kasutatavatest materjalides rääkides ei saa üle ega ümber koobaltist. Kas on oht, et see kaob autodest? Ja missugused on veel kriitilised materjalid?

Koobalt, samuti liitium, nikkel ja grafiit osutusid Kübarsepa sõnul autotööstuses vajalikuks peamiselt seoses elektriautode kasutuselevõtuga. Neid kasutatakse liitium-ioonakudes. Liitium-ioonakud on taganud hämmastavalt suure läbisõidu ja elektriautode tootmise laiendamise võimalikkuse ning viimase 10 aasta kestel on asjad selles osas muutunud üpris dramaatiliselt. 

Koobalti leiukohti on maailmas avastatud äärmiselt vähe ja selle suurimad leiukohad paiknevad Kongo Demokraatlikus Vabariigis, mille poliitiline olukord ja samuti hind on väga ebastabiilsed. 

Lisaks saab Euroopa Liidu teadusinstituudi Joint Research Centre (JRC) analüüsist lähtudes kinnitada, et põhiliste akumetallide – lisaks koobaltile ka grafiidi ja  liitiumi – nõudlus suureneb 2030. aastaks praegusega võrreldes ligi 2500 protsenti.

“Koobalt on kriitiline toormaterjal, kuid tuleb tunnistada, et võib tekkida probleeme ja seda ei jätku piisavalt,” ütleb Kübarsepp, kelle sõnul võib kriitiliste toormaterjalide (Co, Li, Ni, Nd jt) puuduse tõttu võib olla vajalik elektriautode kasutamise kõrval või asemel võtta kasutusele hoopiski vesinikuautod. 

Koobaltit, samuti niklit ei ole vaja ainult autode elektrifitseerimisel. Tallinna Tehnikaülikoolis, kus Kübarsepp teadurina töötab, toimetab ta muuhulgas uurimisrühmas, kus tegeletakse koobalti- ja niklivabade kulumiskindlate komposiitmaterjalide arendamisega. Koobalti ja nikli kasutamise vähendamine ühes valdkonnas toetab jätkusuutlike rohetehnoloogiatele üleminekut teises valdkonnas, elektriautode tootmises. 

“Siiski – kui autoehituses ei saa valdavaks hoopis vesinikuautod,  siis vajadus koobalti järele üha kasvab ja kasvab,” möönab Kübarsepp. 

Milleks kulumiskindlus?

Kõik, mis liigub või leiab muul moel intensiivset kasutamist, see kulub ja nii on ka autoehituses. Auto mootoris liiguvad vastastikku erinevad detailid, mis paratamatult kuluvad. Et autod peaksid kauem vastu, on vaja, et autotööstuses kasutatavad materjalid, nii metallid kui mittemetallid, oleksid võimalikult kulumiskindlad. 

“Aastakümnete jooksul on tehtud üsna dramaatilisi arendusi ja avastused on olnud muljetavaldavad,” toob Kübarsepp välja näiteks kolvirõngad, mille materjale on uuendatud ja tänu sellele on remontide vahelised perioodid märgatavalt pikenenud. Kulumiskindlamaks on muutunud ka rehvid ja kindlasti istme- ja põrandakatted, rääkimata mootoridetailidest, käigukastist ning pidurdussüsteemist. 

“Autoehituses kulutatakse kümneid miljardeid eurosid ja tehakse väga palju uuringuid, et arendada välja uusi, kulumiskindlamaid ja kergemaid, samal ajal tugevamaid  materjale,” viitab Kübarsepp, kelle sõnul on materjalivalik tootearenduse üks võtmeküsimusi ja seda, muuseas, mitte ainult autotööstuses.