洞察: 米国が主要ハブとなり、プラスチックのイノベーションを加速するEVへの移行

May 25, 2023

ジョセフ・チャン

2023 年 4 月 19 日

ミシガン州トロイ (ICIS) – 電気自動車 (EV) への移行により、軽量化、重要なコンポーネントの耐熱性、騒音と振動の低減を目的としたプラスチックへのイノベーションと投資が急増します。 そして米国は、米国インフレ抑制法（IRA）を原動力として、この分野への大規模な新規投資のハブとなるだろう。

EV セクターがこれほどイノベーションの温床となっている理由は何でしょうか? もちろん、自動車研究センター（CAR）によると、乗用車販売に関して米国での市場シェアはまだ約7％にすぎず、まだ新興産業だ。

しかし、比較的新しい業界であることに関連する重要な側面は、自動車部品と EV 用システムが設計と材料の両方において標準化されていないことです。

プラスチック業界にとって、これは、ポリプロピレン (PP)、ポリアミド (ナイロン)、アクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS)、ポリカーボネート (PC) で作られた複合材料の形で、EV を対象とした新しい問題解決コンポーネントを革新し提供する大きな機会を提供します。 ）、超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）、ポリエチレンテレフタレート（PET）など。

米国ミシガン州トロイで開催されたプラスチック技術者協会（SPE）主催のプラスチック・イン・エレクトリック＆自律走行車カンファレンス（EAV）では、プラスチック生産者と部品サプライヤーがアイデアを議論し、新製品やコンセプトを披露した。

バッテリーパックに注目特に焦点を当てている分野の 1 つは、EV バッテリー パックです。EV バッテリー パックは、さまざまなレベルの高温および高電圧耐性とその他の特性を必要とする複数のコンポーネントを備えた巨大なシステムです。

EVバッテリーパックの主樹脂としてPPを使用することで、軽自動車における世界のPP消費量は現在の車両1台あたり約61キログラム（kg）から、2050年までに車両1台あたり99kgに急増するだろうと、同社の世界化学品担当シニアエコノミスト、ケビン・スウィフト氏は述べた。 ICIS。

量的には、世界の軽自動車からのPP消費量は257万トン/年から2050年までに1,030万トン/年の市場に増加すると同氏は付け加えた。

これには、同氏の基本シナリオでは世界のEV普及率が2021年の10％から2050年までに61％にまで高まることが考慮されている。 恩恵を受けると考えられる他の材料には、ポリウレタンやポリカーボネート (PC) などがあります。

バッテリートレイから筐体カバー、バスバーカバー、モジュールケーシングに至るまで、「この分野には当社にとって非常に多くのチャンスがある」とSABIC南北アメリカ車両電動化マーケティング担当シニアマネージャーのデイブ・サリバン氏は語った。

「この分野では標準化があまり進んでいません」と彼は付け加えた。

SABICは配合業者の三光合成と協力し、中国で生産されているホンダのCRVプラグインハイブリッドEV（PHEV）向けに、難燃剤を配合した長さ1​​.6メートル（5.2フィート）のガラス繊維強化PPバッテリーパックカバーの生産に取り組んでいる。 射出成形された部品の重さは約 6kg で、火災の原因となるバッテリーパックの熱暴走から乗員を保護することなどを目的としています。

熱暴走からの保護「火災が発生した場合、リチウムイオン電池を搭載したEVはより高温でより速く燃焼し、消火が困難になります」とサリバン氏は説明した。

したがって、熱の管理と保護は、プラスチック部門にとって EV における重要な機会となります。

アセンド・パフォーマンス・マテリアルズのグローバル・アプリケーション・リーダー、カイ・ベッカー氏は、ポリアミドはEVの熱暴走の課題に対処するためにも使用されていると述べた。

難燃剤を含むアセンドのポリアミド 6,6 (PA66) は、PA66 の融点を大幅に延長することができ、熱事象が発生してもバスバーが電気絶縁接続を維持するのに適しているとベッカー氏は述べています。

また、バッテリーモジュールの筐体内で使用して、モジュールからモジュールへの延焼を防ぐこともできると同氏は付け加えた。

これらは、EV 特有の課題を解決するために革新的なプラスチック複合材料を使用できる例のほんの一部です。

米国のEV市場シェアはIRAで急上昇同長官によると、米国の電気自動車（EV）販売は、米国インフレ抑制法（IRA）の奨励策とOEMやサプライヤーによるEV関連投資の大幅な増加により、2030年までに41％に跳ね上がる見通しだという。自動車研究センター (CAR) の。

米国 IRA は、北米で製造された車両に対して乗用電気自動車 1 台あたり最大 7,500 ドルの税額控除を提供し、北米および米国と自由貿易協定 (FTA) を結んでいる国から供給されるバッテリー部品および重要な鉱物の基準値 (バッテリー部品については 50%) を提供します。重要な鉱物については2023年4月18日から40％となり、2024年までに60％と50％に上昇し、年々それ以上になる。

また、中古EVや商用EV、部品や鉱物のサプライヤーにも奨励金を提供します。

自動車OEM各社は北米で記録的な投資を行っており、2019年から2023年現在までに同地域で発表されたプロジェクト総額1,340億ドルのうち、EVおよびEVバッテリーへの投資が87％を占めており、同社社長のアラン・アミシ氏は述べた。 CAR社のCEO。

CARによると、2022年は発表された北米自動車投資の記録的な年で、プロジェクトは500億ドルを超えた。

「OEM各社はEVに巨額の資金を投じているため、サプライヤーとしてはリスクが軽減される。EVへの移行は進行しており、後戻りはできない」とアミチ氏は語った。

同氏によると、軌道自動車サプライヤーに対しては、2020年から2023年にかけて823億ドルの投資が発表されており、その75％が電動化に向けられているという。

米国のEV（バッテリー電気自動車（BEV）とプラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）を含む）の市場シェアは41％に達するとの予測は、パンデミック前の2019年の30％から上昇している。パンデミック中およびIRA前、経済の不確実性が高まったため、予測はわずか21％に下がったとアミチ氏は指摘した。

CAR によれば、現在、EV は自動車販売のわずか約 6.9% を占めています。

EVの軽量化はより重要車両の材料構成に占めるプラスチックと複合材の割合は5年間8.9％と比較的横ばいだが、プラスチックは軽量化という課題において重要な役割を果たしており、この分野には「大きなチャンス」があるとアミチ氏は述べた。

乗用EVは通常、従来のICE（内燃機関）車よりも500～1,000kg（1,100～2,200ポンド）重いため、タイヤの構成と設計、ブレーキ、衝突特性、サスペンションの形状など、走行可能範囲を超えた多くの課題が生じている、と同氏は述べた。指摘した。

EVレンジをめぐる戦い米国に本拠を置く自動車メーカー、GMのウルティアム・アップスケールSUV担当エグゼクティブチーフエンジニア、ジェイミー・ブリューワー氏は、「EVの航続距離をめぐる争いにより、プラスチックの重要性が大幅に高まっている」と述べた。

「EVへの推進により、すべてのOEMは、将来のイノベーションを活用するために、すべての機会がどこにあるのかを熟考する必要に迫られています」と彼女は付け加えた。

EV冷却システムに熱可塑性プラスチックを使用すると、高性能を実現できるほか、従来のゴムホースシステムよりも60％以上軽量になると同幹部は指摘した。

ブリュワー氏によると、EVにおけるプラスチックの他の用途には、モーターコネクタリング（高温）、リフトゲートシステム、インストルメントパネル、フロースルースポイラー、外装フロント照明、リアランプのライトブレード、フロントパネル（グリル）などがあるという。

アプリケーションの多くは従来のICE車から軽量車にも使用できるが、EVの重量が重くなり、充電当たりの航続距離の拡大がこの分野で大きなイノベーションを推進していると同氏は述べた。

GMは、2025年までに世界で30台の新型EVを発売することを目標に、2025年までにEVと自動運転車（AV）に350億ドルを投資している。また、充電インフラの構築を支援するために7億5000万ドルを投資している。

システムの最適化 EV走行距離を伸ばすことができるのは軽量化だけではありません。 同社のEVバッテリーアプリケーションエンジニアのパット・グラノヴィッツ氏によると、セラニーズは、より少ないスペースでより多くの電力を供給できる、より高エネルギー密度の新しいバッテリー構造を設計するという野心的なプロジェクトに取り組んでいるという。

より効率的なパックを実現するための Celanese の 3-in-1 アプローチには、ポリフタルアミド (PPA) ガラス強化素材で構成される冷却システム、ナイロン フレームに接着されたアルミニウムを使用した電気相互接続、および PPA 構造フレームが含まれていると同氏は述べました。

新しい構造により、OEMはパックにさらに多くのバッテリーポーチセルを追加できるようになり、航続距離が大幅に向上するとグラノヴィッツ氏は述べた。

カーボンフットプリントEV自体は二酸化炭素排出量の削減に大きく貢献しますが、自動車メーカーは野心的な目標を達成するために、車両に使用される材料の持続可能性についても検討しています。

米国に本拠を置く電気自動車（EV）メーカー、リビアンの幹部は、自動車の持続可能性と二酸化炭素排出量に最も大きな影響を与えるのは、コンセプトや設計を通じた製品開発の初期段階にあると述べた。

「リビアンは持続可能性を考慮したデザインを製品開発プロセスに積極的に組み込んでいます」とリビアンのインテリア担当シニアディレクターのディーン・スティーブンソン氏は述べています。

その一環として、リサイクルまたはバイオベースの材料に重点を置いて、投入物の炭素強度を考慮しています。 同社は、持続可能性への野心を持つサプライヤーと、可能な限り効率的な物流を実現する地元サプライヤーの持続可能なチェーンを構築することを目指している、と同氏は付け加えた。

Rivian は、設計の初期段階で代替材料を評価する際にライフサイクル分析 (LCA) を使用しています。

たとえば、ある自動車部品では、ワイヤーとプレス加工によるアセンブリの代わりに、リサイクル含有量が 50% の射出成形ナイロン製ブラケットを使用したことで、CO2 換算排出量が 30% 以上削減されたとスティーブンソン氏は指摘しました。

同社は、製造時と使用時 (例: 節電) の両方の炭素排出量を評価します。

スティーブンソン氏によると、リビアンは後部座席のクッション構造について、従来の管状およびプレス加工されたスチール構造を拡張PP構造に置き換え、CO2換算排出量を30％以上削減し、車両重量を10kg（22ポンド）削減したと述べた。

Rivian はまた、従来の EPDM (エチレン・プロピレンジエン・モノマー) の代わりにコットンと 70% 再生 PET を使用し、NVH (騒音、振動、ハーシュネス) システムに持続可能性を設計しました。 これにより、CO2換算排出量が70%削減され、重量も約4kg削減されたと同幹部は述べた。

「われわれは、より多くのPCR（消費者使用後のリサイクル材料）を車両に導入するためにコストを支払う用意があるが、時間の経過とともに、それはコスト的に中立になるだろう」とスティーブンソン氏は述べた。

洞察記事:ジョセフ・チャン

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