De opmars van kunststoffen in automotive is indrukwekkend en, gezien de voordelen die deze bieden, niet eens opmerkelijk. Om een idee te geven van het volume: op een mondiaal volume (2010) van 48,5 miljoen ton neemt automotive 3,5 miljoen ton per jaar af, circa 8 procent van de markt. Het is de vraag of dit percentage de laatste jaren is gestegen gezien de crisis op de automarkt, wel neemt het aandeel van kunststof in automotive nog steeds toe.
‘In 1990 had een gemiddelde auto circa 100 kilogram aan kunststof aan boord, momenteel is dit volume al verdubbeld en stijgende’, aldus Jean-Pierre Heijster, program manager manufacturing & ecosystems bij AutomotiveNL, een belangenbehartiger van de Nederlandse automobielindustrie. Kunststoffen zijn volgens Heijster in zwang omdat ze (vaak) goedkoper en lichter zijn dan staal. ‘Veelgebruikte kunststoffen zijn polypropyleen, hdpe, pvc, polyamiden en polyurethanen die zowel in het interieur als het exterieur worden gebruikt.’
Lichter, energiezuiniger
Deze trend naar lichtere automobielen wordt gedreven door regulering (reductie van CO2-uitstoot) en een consumentenvraag naar energiezuinige auto’s. Vandaar dat het kunststofgehalte in auto’s blijft stijgen.
Hetzelfde geldt voor biobased of (deels) biobased plastics die in automotive worden ingezet. Uit cijfers van het Duitse onderzoeksinstituut IfBB blijkt dat technical appliances (inclusief automotive) wereldwijd de derde grootste categorie is met een jaarvolume (2012) van 130.000 kTon.
Het Amerikaanse Center of Automotive Research (CAR) stelde in het rapport Biobased Materials Automotive Value Chain dat biobased materialen in toenemende mate hun weg vinden in de industrie. CAR constateert dat het prijsniveau en de prestaties van deze materialen steeds dichter in de buurt komen van fossiele materialen.
Biobased niet top of mind
Tegenover deze optimistische geluiden staan ook ingewijden die vinden dat biobased niet top of mind is in de automobielindustrie. Heijster: ‘Je moet eigenlijk een onderscheid maken tussen het gebruik van natuurlijke vezels (hennep, sisal, jute et cetera) in biocomposieten en biobased pendanten van fossiele kunststoffen. Materialen uit de eerste categorie worden al jaren ingezet, vaak als filler in stoelen, deurpanelen en andere interieurdelen of als onderdeel in biocomposieten. Deze worden vaak aan het zicht onttrokken zodat de aanblik geen rol speelt. Omdat natuurvezels een grote (geluids)dempende werking hebben, bieden ze functionele voordelen. Bioplastics worden door sommige fabrikanten in het interieur gebruikt, maar wel mondjesmaat. Dat is een kwestie van prijs, maar ook van prestaties, bijvoorbeeld op gebied van krasbestendigheid, temperatuur- en UV-bestendigheid en vochtwerende eigenschappen.’
Wel in het vizier
Raymond Gense, Director Future Technology bij de handels- en service-organisatie Pon (importeur van onder meer Volkswagen en Porsche), is eveneens sceptisch over de hosannaverhalen die onder meer circuleren in biobased publicaties. ‘De meeste fabrikanten hebben biobased plastics wel in het vizier, maar richten zich momenteel meer op het (deels) vervangen van metalen onderdelen door fossiele kunststoffen. Gewichtsreductie, leidend tot een lagere CO2-uitstoot en brandstofverbruik, is de belangrijkste drijfveer. Bij de CO2-reductie die biobased materialen zouden realiseren, zet ik wel mijn vraagtekens. Circa 10 procent van de CO2-uitstoot in de productie komt voor rekening van materialen, 90 procent wordt uitgestoten tijdens het productieproces. Fabrikanten richten zich dan ook op het laatste aspect: hier spelen kwaliteitsissues geen rol en producenten kunnen grotere reducties realiseren.’
CO2-neutrale mobiliteit
Daar komt bij dat de automobielindustrie kapitaalintensief en risico-avers is, aldus de onderzoekers van CAR. Onderdelen moeten intensieve testprocedues doorstaan voordat deze worden ‘opgenomen’. Bovendien moeten de productieprocessen zo min mogelijk worden aangepast. Automobielen bevatten nu al tientallen verschillende kunststoffen. Een toenemende complexiteit (biobased, fossiel of een combinatie) is niet een pre in het productieproces.
Alle nadelen van biobased plastics ten spijt, zijn er wel degelijk fabrikanten die in toenemende mate bioplastics integreren in hun vloot. Er zijn verschillende drivers die deze ontwikkeling stimuleren. Ten eerste is de Europese wet- en regelgeving die gericht is op het terugdringen van CO2-uitstoot, een belangrijke drijfveer met marktimplicaties (bijtelling, red.). Fabrikanten, neem een Audi, streven naar CO2-neutrale mobiliteit. Dat geldt zowel voor het productieproces, zie de eerdere opmerking van Gense, als voor de auto (materialen en gebruik, red.). Zeker fabrikanten van overwegend luxe (en zware) automobielen zetten zwaar in op ‘CO2-vriendelijke’ auto’s om de CO2-belasting van hun hele vloot terug te dringen (zie kader BMW i3).
Superieure eigenschappen
Behalve de wet- en regelgeving (met marktimplicaties) zijn het ook bepaalde eigenschappen die (deels) biobased kunststoffen een competitief voordeel kunnen geven. Zo is in de Toyota-modellen Prius en SAI
60 procent van het interieur (de stoffen) op basis van biobased polyesters. Deze vervangen PBT vanwege betere eigenschappen op gebied van stijfheid, ‘dimensionele stabiliteit’, betere thermal shock resistance en een mooiere surface gloss (het oog wil ook wat, red.).
Kortom, er zijn al (deels) biobased plastics die superieure eigenschappen hebben ten opzichte van fossil based kunststoffen.
De vraag blijft nog steeds overeind of autoproducenten bereid zijn om hiervoor een premium te betalen. Volgens CAR is dit over het algemeen niet het geval. Echter, zo benadrukt het onderzoeksinstituut, zal biobased langzam maar zeker terrein winnen doordat de economy of scale zal toenemen en fluctuerende olieprijzen het autoproducenten steeds moeilijker maken om hun auto’s te beprijzen: een nachtmerrie voor een risico-averse sector.
Koploper Toyota
Alle voor- en nadelen ten spijt zijn er autoproducenten die zich hebben opgeworpen als ‘voorlopers in biobased’. Toyota heeft zelfs concrete doelen gesteld, iets waar de meeste fabrikanten zich niet aan wagen. In 2015 moet in de Toyota-vloot 20 procent (in gewicht) van de fossiele plastics zijn vervangen door bioplastics, zoals biobased polyesters, PET en PLA-blends.
In de VS is de Ford Motor Company een frontrunner op gebied van biobased plastics en biocomposieten. Gezien de historie van het bedrijf (zie kader) is dat wellicht geen toevalligheid.
Agro&Chemie had een exclusief gesprek met Angela Harris, biomaterials research engineer bij FMC. Harris onderkent dat prijs nog steeds een belemmerende factor is, maar dat hogere olieprijzen de opmars van biobased zullen bespoedigen. ‘Momenteel gebruiken we alleen biobased materialen die vergelijkbaar zijn in prijs. Ik verwacht wel dat het schaalvoordeel van fossiel op den duur zal afnemen, waardoor meer biobased plastics in het vizier komen.’
Bio-PET in Ford-concept car
Momenteel gebruikt FMC al verschillende biobased materialen in haar vloot. Het zijn wel voornamelijk natuurlijke vezels (kenaf, kokos et cetera) die als filler of als versterkende component worden gebruikt in deurpanelen, kofferdeksels en dergelijke. Daarnaast zet Ford ook zwaar in op soja-gebaseerd polyurethaan dat als stoelvulling in alle Noord-Amerikaanse modellen wordt gebruikt. Ook afkomstig van soja, een populair gewas in de VS, is soja-olie dat FMC gebruikt om olie te vervangen in bepaalde rubber onderdelen, zoals vloermatten.
Op de vraag of Ford ook bezig is met onderzoek naar veelbelovende biobased plastics als PLA of bio-PET, antwoordt Harris: ‘We onderzoeken, samen met Coca-Cola, hoe we gerecycleerd PET kunnen gebruiken om textiel voor de stoelen te maken. Eveneens kijken we naar (deels) biobased PET. Zo bevat de Ford Fusion Energi (conceptauto, red.) PET dat voor 30 procent bestaat uit biobased grondstoffen (gefabriceerd op basis van PlantBottle Technology van Coca-Cola, red.).’
Ford kijkt ook naar PLA-blends, aldus Harris, waarbij de autoproducent de materiaaleigenschappen, met name hitte- en vochtbestendigheid, nog wil verbeteren.
Kloppend marketingverhaal
Harris stelt tot slot dat Ford een tweesporenbeleid volgt: het kijkt zowel naar biobased drop-ins als naar nieuwe materialen met nieuwe eigenschappen. ‘Zowel voor polymeren als harsen zijn beide trajecten veelbelovend. In het eerste geval kunnen we deze materialen gelijk inzetten zonder dat we onze processen aan hoeven te passen. In het tweede geval hebben we de mogelijkheid om de prestaties van onze auto’s op verschillende onderdelen te verbeteren.’
Ford, Toyota en ook Mercedes zijn onmiskenbaar voorlopers, maar zeker niet de enige fabrikanten die werken met biobased. Ook Audi, Fiat en BMW – om er maar een paar te noemen – timmeren aan de weg. Medio 2013 introduceerde BMW de i3, een elektrische stadsauto, waarvan de carrosserie grotendeels is gemaakt van CRFP (koolstofvezel). In de auto zijn ook natuurlijke materialen, zoals kenaf en olijfolie-extract, gebruikt. De contactsleutel is geproduceerd op basis van biopolymeren (castorolie). Ook niet onbelangrijk: 25 procent van het gewicht van de kunststoffen in het interieur is van gerecycleerd materiaal vervaardigd. Elektrische of hybride auto’s lenen zich bij uitstek voor dergelijke ‘vergroeningsstappen’. Het is een logisch verhaal: het past om ‘groenere’ auto’s met een geringere CO2-uitstoot in het gebruik ook te produceren met ‘groenere’ of gerecycleerde materialen. Het kan niet alleen milieuwinst opleveren, maar ook beter presterende auto’s tegen concurrerende prijzen.
