Onko luonnonkuitu autoalan komposiittien tulevaisuus?

Autot ovat yksi merkittävimmistä hiilidioksidipäästöjen (CO₂) aiheuttajista. Huomionarvoista on, että vastuussa eivät ole vain käyttöaikana syntyvät pakoputkipäästöt. Myös auton valmistus tuottaa kasvihuonekaasupäästöjä, erityisesti CO₂-päästöjä.

Energiatehokkaat valmistusprosessit materiaaleille kuten teräs, sekä komponenttien kuten sähköautojen akkujen tuotanto, vaikuttavat merkittävästi ilmastonmuutokseen.

Tämän seurauksena autoteollisuus työskentelee aktiivisesti CO₂e-päästöjen vähentämiseksi tuotannossa. CO₂e, eli hiilidioksidiekvivalentti, on vakioyksikkö eri kasvihuonekaasujen vaikutuksen mittaamiseen ja vertailuun ilmaston lämpenemiseen. 

Tämän saavuttamiseksi autonvalmistajat käyttävät erilaisia strategioita, kuten kestävien materiaalien sisällyttämistä, valmistusprosessien optimointia ja uusien teknologioiden omaksumista.

Viimeksi, BMW Group (BMW-DE:XETRA) julkaisi merkittävän läpimurron luonnonkuitukomposiittien hyödyntämisessä, joita tullaan nyt käyttämään sarjatuotantomalleissa useiden vuosien kehityksen ja perusteellisen tutkimuksen jälkeen. 

BMW:n läpimurto luonnollisilla pellavakuitukomposiiteilla

Maailman johtava premium-autojen ja -moottoripyörien valmistaja käytti ensimmäisen kerran uusiutuvia raaka-aineita BMW M Motorsportissa vuoden 2019 Formula E -kaudella ja myöhemmin BMW M4 DTM:ssä ja M4 GT4:ssa, joissa luonnonkuitukomposiitit korvasivat hiilikuitu‑muoviosat (CFRP). 

CFRP on huipputekninen materiaali, jossa hiilikuituja yhdistetään muihin aineisiin komposiitiksi. Se on saanut laajaa hyväksyntää useissa teollisuudenaloissa, myös autoteollisuudessa. Vaikka se on parempi kuin muut kevyet materiaalit, se on kallis raaka-aineen vuoksi.

Siksi yritykset, kuten saksalainen autonvalmistaja, ovat kääntyneet luonnonkuitukomposiittien puoleen. Kuten BMW Group totesi jo vuonna 2022, lähes kaikki BMW M4 GT4:n CFRP:stä valmistetut osat korvattiin innovatiivisilla luonnonkuitukomposiiteilla. Yritys totesi tuolloin:

“Ei ole muuta sarjatuotannossa olevaa GT‑kilpailuautoa, jonka osien määrä vastaisi luonnonkuitukomposiittien määrää.” 

Pellavakuituratkaisut sisällytettiin koko ajoneuvoon, mukaan lukien sisustus, kojelauta ja keskikonsoli, sekä korirakenteen osat kuten konepelti, etusplitteri, tavaratila, takasiipi ja ovet. Ainoastaan ajoneuvon katto jäi poikkeukseksi, eikä siinä käytetty CFRP:ta. Tämäkin on nyt muuttumassa, sillä uusiutuvista raaka-aineista valmistetut komposiitit täyttävät hallituksen asettamat tiukimmat kattojen rakenteelliset vaatimukset ajoneuvon liikennöintikelpoisuuden sertifioinnissa, BMW Groupin viimeisimmän raportin mukaan.

Seuraavan sukupolven BMW Group -ajoneuvon katon hiilikuitukomposiittien korvaaminen luonnonkuitukomposiiteilla johtaa noin 40 % CO_₂e‑vähennykseen tuotannossa, sekä muihin elinkaaren lopun huomioihin, yritys totesi.

Näiden luonnollisista pellavapohjaisista kevyistä komponenteista BMW on tehnyt yhteistyötä Bcompin kanssa, sveitsiläisen clean‑tech‑yrityksen, jossa sillä on myös osuus BMW i Venturesin kautta, Münchenissä toimivan autonvalmistajan riskipääomasijoitusyksikön, joka sijoittaa nopeasti kasvaviin startup-yrityksiin autoteollisuudessa ja auttaa muokkaamaan liikkuvuutta.

BMW:n lisäksi Generali, ja Airbus Ventures, sekä korkean profiilin OEM‑yritykset kuten Porsche Ventures ja Volvo Cars Tech Fund ovat myös sijoittaneet Bcompiin auttaakseen sitä kehittämään “korkean suorituskyvyn hiilidioksidipäästöjen vähennysratkaisuja.”

Bcomp on kehittänyt powerRibs‑vahvistusteknologian, joka ammensi inspiraatiota lehtien suonista ja loi 3D‑rakenteen ohuen kuorikerroksen yhdelle puolelle maksimoidakseen jäykkyyden minimaalisella painolla. Tämän jälkeen ampliTex‑vahvistukset lisäsivät näkyvän pellavakuitukerroksen päällystämateriaaliin.

Tämä mahdollisti yrityksen vähentää sisäpaneelien muovin käyttöä jopa 70 % ja leikata CO₂-päästöjä 60 %:lla, lisäten samalla turvallisuutta terävien roskien ja sirpaleiden puuttumisen ansiosta. Tässä käytetyt uusiutuvat raaka-aineet ja luonnonkuidut sisältävät hamppua, kenafia ja pellavaa, jotka auttoivat yritystä keventämään painoa noin 50 % perinteisiin materiaaleihin verrattuna.

Kun innovatiivisten komposiittiratkaisujen käyttöä viedään seuraavalle tasolle BMW M4 GT4:n kanssa, yritys vie sen nyt aivan uudelle tasolle hyödyntäen luonnonkuitukomposiitteja tulevien mallien sarjatuotannossa.

Kevyiden materiaalien kehittäminen on edelleen keskeinen painopiste autonvalmistajille, samoin kuin luonnonkuitujen kasvava merkitys, jotka tarjoavat pienemmän hiilijalanjäljen komposiittimateriaaleissa.

“Luonnonkuitukomposiitit ovat olennaisia innovatiivisissa kevyissä ratkaisuissa moottoriurheilussa, mahdollistaen CO_₂e-päästöjen vähentämisen valmistusprosessissa.”

– BMW M GmbH:n toimitusjohtaja, Franciscus van Meel

BMW Groupin mukaan materiaalien arviointi on osoittanut kuitujen erinomaisen soveltuvuuden, erityisesti näkyviin ulko- ja sisäkomponentteihin. Nyt kevyet materiaalit kokevat äärimmäisen suorituskykytestinsä. Ne on asennettu BMW M4 GT4:een 24‑tunnin Nürburgringin kilpailuun. Franciscus van Meel lisäsi:

“Luonnonkuitu on innovaatio, joka täydellisesti havainnollistaa BMW M:n väitteen ‘Syntynyt radalla. Valmistettu kaduille.’. Tästä syystä olemme iloisia voidessamme vahvistaa näiden materiaalien sarjatuotannon kypsyyden, läpimurron, jonka saavutimme virallisen #BMW M Motorsport -kumppanimme Bcompin kanssa. Odotamme innolla näiden materiaalien käyttöä tulevissa BMW M -tuotevalikoimissa.”

Miksi luonnonkuitukomposiitit ovat tärkeitä autoalalla

Komposiitit näyttelevät merkittävää roolia materiaaliteollisuudessa niiden kustannustehokkuuden ja ympäristöystävällisyyden vuoksi. Komposiittimateriaali on yksinkertaisesti kahden tai useamman komponenttimateriaalin yhdistelmällä syntynyt materiaali.

Erilaisten ominaisuuksien omaavien materiaalien yhdistäminen antaa komposiittimateriaaleille erityisiä ominaisuuksia, kuten lisääntynyttä lujuutta, pienempää painoa tai parempaa kestävyyttä. Tämä tekee niistä keskeisiä monilla teollisuudenaloilla. 

Yleisimpiä komposiittimateriaaleja ovat lasikuitu, hiilikuitu, betoni, vahvistetut muovit, keramiikkamatriisikomposiitit ja muut.

Lasikuitu‑ ja hiilikuituvahvistetut polymeerit (GFRP ja CFRP) ovat puolestaan suosituimpia komposiitteja, joita autoteollisuus käyttää autojen valmistuksessa niiden korkean lujuus‑painosuhteen, korroosionkestävyyden, joustavuuden, kestävyyden sekä kyvyn parantaa polttoainetehokkuutta ja törmäyksen kestävyyttä vuoksi.

Kuitenkin globaali siirtymä uusiutuvaan energiaan ja kestäviin käytäntöihin, joka on myös saanut autonvalmistajat siirtymään sähköautoihin, edistää myös luonnonkuitukomposiittien käyttöönottoa.

Lainsäädäntö, joka vaatii autoteollisuutta uudelleenkäyttämään ja kierrättämään materiaaleja, on toinen syy luonnonkuitujen käytön kasvulle komposiittimateriaaleissa. Tämän seurauksena näemme bio‑pohjaisten materiaalien käytön lisääntyvän autoteollisuudessa. 

Ne vaikuttavat merkittävästi alan puhtaampaan ja vihreämpään tekemiseen tarjoten samalla merkittäviä etuja.

Tähän sisältyy tehokkuuden parantaminen ja painon vähentäminen. Luonnonkuitukomposiitit ovat kevyitä, ja niiden käyttö auton osien, kuten kojelautojen, ovipaneelien ja muiden sisäkomponenttien valmistuksessa voi keventää ajoneuvoa. Painon väheneminen tarkoittaa myös vähemmän energiaa auton liikuttamiseen, mikä johtaa alhaisempaan polttoaineenkulutukseen. 

Toinen merkittävä luonnonkuitukomposiittien etu on niiden lujuus ja kyky kestää päivittäistä kulutusta, mikä parantaa ajoneuvon kestävyyttä ja luotettavuutta.

Entistä tärkeämpää on, että luonnonkuidut ovat uusiutuvia resursseja, mikä asettaa kestävyyden niiden ytimeen. Näiden komposiittien käyttö mahdollistaa autonvalmistajille riippuvuuden vähentämisen fossiilisiin polttoaineisiin perustuvista haitallisista materiaaleista, mikä puolestaan vähentää niiden päästöjä. 

Luonnonkuitujen, jotka osoittautuvat erittäin hyödyllisiksi materiaaliteollisuudessa, joukossa suosituimpia ovat hamppu, jute, sisal, pellava, bambu, riisi ja kenafi.

Näistä pellava on laajimmin käytetty materiaali komposiiteissa sen ylivoimaisen mekaanisen ominaisuuden vuoksi verrattuna muihin luonnonkuituihin. Se saadaan pellavan tai pellavansiemenen varresta. Pellavakangas tunnetaan yleisesti nimellä pellava ja on yksi vanhimmista tunnetuista tekstiileistä.

Sen selluloosakuidut, jotka ovat pitkiä ja jatkuvia, tekevät siitä käyttökelpoisen vahvistusmateriaalin komposiiteissa erinomaisen jäykkyyden ja vetolujuuden ansiosta. Pellavalla on myös ainutlaatuinen luonnollinen ulkonäkö. 

Luonnollisesti biohajoavina, edullisina ja kevyinä kuituina ne yhdistetään yleensä polymeereihin vahvojen ja kestävien materiaalien luomiseksi auton komponentteihin, koska ne eivät omaa synteettisten kuitujen mekaanisia ominaisuuksia.

Esimerkiksi hiilikuidun kovuus on yli 75 % suurempi kuin pellavakuidun. Hiilikuitu on myös viisi kertaa vahvempi kuin pellavakuitu, kun taas lasikuitu on neljä kertaa vahvempi.

Lisäksi synteettisen kuidun taivutusmoduuli on myös kohtalaisesti korkeampi kuin luonnonkuidun. Kuitenkin luonnonkuidun kulumisnopeus on alhainen, mikä tekee siitä sopivan hankaavissa ympäristöissä. Vaikka luonnonkuidun värähtelytaajuus on suunnilleen sama kuin synteettisillä kuiduilla, lasikuidun iskunkestävyyskapasiteetti on suurempi kuin hiilen, flexin ja kenafikuidun.

Lisäksi luonnonkuidut ovat kosteudelle herkkiä. Laadun ja johdonmukaisuuden huolen lisäksi niiden sidonta polymeerimatriiseihin on heikko. Luonnonkuitukomposiitit (NFC), jotka on valmistettu yhdistämällä luonnonkuidut eri synteettisiin kuituihin, odotetaan olevan uusi vallankumous komposiittimateriaaleissa.

Luonnonkuitukomposiitteja käytetään jo laajasti autonvalmistajien toimesta. BMW:n lisäksi Ford (F ) on kokeillut luonnonkuitukomposiitteja yli vuosikymmenen ajan kestävien auton sisätilojen luomiseksi. 

Mercedes-Benz (MBG.DE ) (MBG-DE:XETRA) on toinen yritys, joka edistää luonnonkuitujen käyttöä, erityisesti sisäpaneeleissaan. Sen A‑luokan, C‑luokan, E‑luokan ja S‑luokan mallien osat on valmistettu eri luonnonkuiduista, kuten sisalista, hamppusta, villasta ja pellavasta.

Muutama vuosi sitten Bcomp raportoi toimittaneensa korkean suorituskyvyn luonnonkuituteknologioitaan Mercedes‑AMG:n kehityskumppani HWA AG (H9W.DE ):lle Mercedes‑AMG GT4 -kilpa‑autojen etutörppien valmistukseen. Törpin valmistaminen kokonaan luonnonkuidusta mahdollistaa sen käytön lämmön talteenottoon, muuttaen noin 80 % sen varastoidusta energiasta uusiutuvaan energiaan.

Miten moottoriurheilu vie luonnonkuituteknologiaa massamarkkinoille

Autonvalmistajat ympäri maailmaa sisällyttävät aktiivisesti luonnonkuitukomposiitteja ajoneuvoihinsa, pääasiassa sisä- ja ulkopuolisissa sovelluksissa, painon vähentämiseksi ja kestävyyden parantamiseksi. 

BMW Group on erityisesti saavuttanut sarjatuotannon kypsyyden luonnonkuitukomposiittien kanssa ja on nyt valmis sarjatuotantoon, sillä ne on menestyksekkäästi hyödynnetty kilpa‑autoissa. Tämä tuo innovatiivisen materiaaliteknologian ja sen hyödyt, alun perin rajoitettu premium‑ ja luksusautoihin, massamarkkinoille.

Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun huippuluokan urheiluautot ovat auttaneet tuomaan edistysaskeleita valtavirtaan. Autonvalmistajat tunnetaan käyttävän huippusuorituskykyisiä autojaan teknologian inkubaattoreina.  

Tämä on itse asiassa järkevää. Huippuluokan autot ovat yleensä erittäin kalliita ja valmistetaan pienissä erissä, mikä tarkoittaa, että valmistajat voivat sallia niiden kokeilun. Niitä voidaan käyttää edistyneiden materiaalien ja tekniikoiden testialustana ennen kuin ne tulevat kustannustehokkaiksi ja skaalautuviksi massatuotantoon. 

Ajan myötä materiaalit, prosessit ja teknologia valuvat yleensä valtavirtakäyttöön, mikä on nähtävissä historian aikana. Uusista materiaaleista hiilikuitu on erinomainen esimerkki. 

Yli vuosisadan ajan teräs oli autojen ensisijainen materiaali, kunnes alumiini nousi suosioon 1900‑luvun lopulla kevyempänä vaihtoehtona teräkselle. Sen kevyt paino teki siitä houkuttelevan vaihtoehdon kilpa‑autoille, jotka tarvitsevat keveyttä äärimmäisen nopeuden saavuttamiseksi. Kuitenkin sitä käytetään pääasiassa moottorilohkossa, koska vaikka se on kevyt, polttoainetehokas ja korroosionkestävä, se ei ole erityisen vahva ja on myös kallis.

Silloin hiilikuitu saapui ja mullisti alan. Sitä käytettiin laajasti Formula 1:ssä ja hyperautoissa sen uskomattoman lujuus‑painosuhteen vuoksi.

Kevyempänä kuin sekä teräs että alumiini, hiilikuitu mahdollistaa autonvalmistajille ajoneuvon painon vähentämisen samalla kun parannetaan suorituskykyä ja polttoainetehokkuutta. Se tarjoaa myös paremman energian absorptio kyvyn onnettomuuksissa, mikä tekee siitä ihanteellisen kilpa‑autoille, jotka vaativat huomattavasti enemmän turvaominaisuuksia ja rakenteellista eheyttä kuin tavalliset autot. Tämä on syy siihen, että Formula One -kilpa‑auton runko on lähes kokonaan hiilikuitua. 

Joten McLaren esitteli ensimmäisen hiilikuituisen F1‑auton 1980‑luvulla, muut F1‑tiimit alkoivat ottaa kiinni, ja lopulta radalla kehitetty idea siirtyi tavallisille teille, kun McLarenin 1992‑F1 oli ensimmäinen, joka hyödynsi hiilikuitukomposiitteja, jota seurasivat Ferrari ja Lamborghini.

Kuitenkin komposiittimateriaalien korkea hinta ja niiden valmistusprosessin monimutkaisuus tarkoittavat, että vain tietyt osat autoista valmistetaan hiilikuidusta tai hiilikuituvahvistetuista komposiiteista (CFRP). 

Samoin ultra‑korkealujuudet teräkset ja hiili‑keraamiset jarrut ovat löytäneet tiensä jokapäiväisiin autoihin. Materiaalit eivät kuitenkaan ole ainoa innovaatio, joka on edennyt huippuluokan urheiluautoista valtavirtaan.

Prosessit kuten lisävalmistus, joita autonvalmistajat ovat alkaneet tutkia 3D‑tulostamaan erilaisia premium‑autojen osia, ovat toinen esimerkki. Kun prosessit skaalattiin, valmistajat sovelsivat niitä massamarkkinoiden osiin vaivattomasti.

Kestävyysinnovaatiot ovat vielä yksi merkittävä tekijä. Luonnonkuitukomposiittien lisäksi eksoottiset brändit ovat ottaneet käyttöön bio‑pohjaisia komposiitteja, kierrätettyjä hiilikuituja ja vihreämpää alumiinintuotantoa täyttääkseen päästövaatimukset. 

Ekologisten materiaalien testialustana toimimisen lisäksi myös teknologiat kuten vaihteistot, jousitukset, levyjarrut, kehittyneet infotainment‑järjestelmät ja edistyneet turvalaitteet otettiin ensimmäisen kerran käyttöön jollain tavalla huippuluokan autoissa.

Näin ollen huippuluokan urheiluautot antavat valmistajille mahdollisuuden testata huipputeknologioita ja suunnitteluratkaisuja kustannustehokkaasti ennen kuin ne voidaan tuottaa massamarkkinoille, mikä sisältää rajoituksia kuten kustannus, joustamattomuus, räätälöinnin puute, mahdollinen laadun heikkeneminen ja myymättömän varaston riski.

Esittelemällä uusia ominaisuuksia näissä premium‑ ja rajoitetun erän malleissa valmistajat saavat paremman hallinnan teknologiaan ja prosesseihin, mikä mahdollistaa uusien mittapisteiden asettamisen ja samalla antaa muille mahdollisuuden innovoida.

Investointi luonnonkuitukomposiittiteknologiaan

Komposiittimateriaalien johtaja Hexcel Corporationin tuotevalikoimaan kuuluu hiilikuitua kaupalliseen avaruus-, puolustus- ja teollisuussovelluksiin. Se on myös mukana erikoisvahvistuksissa ja muissa kuituvahvistetuissa matriisimateriaaleissa, hartseissa, hunajakennoissa ja komposiittirakenteissa.

A few years ago, Hexcel announced the development of a new product range that combined its bio-derived resin content with natural fiber reinforcements to create material solutions for automotive and other applications.

Silloin yritys totesi, että sen HexPly Nature -valikoima tarjoaa valmistajille mahdollisuuden siirtyä fossiilipohjaisista materiaaliratkaisuista bio‑pohjaisiin ilman suorituskyvyn tai prosessitehokkuuden heikentymistä.

Hexcel Corp  

Kun tarkastellaan Hexcelin markkinasuorituskykyä, sen markkina-arvo on 4,57 miljardia dollaria, kun HXL‑osakkeet käyvät 56,87 dollaria, mikä on 9,3 % laskua vuoden alusta. Tällöin EPS (TTM) on 1,51 ja P/E (TTM) 37,66. Tarjottu osinkotuotto on 1,20 %.

Taloudellisesti yritys raportoi 457 miljoonaa dollaria myyntiä vuoden 2025 Q1‑kaudella, josta 280,1 miljoonaa dollaria tuli kaupalliseen avaruusteollisuuteen ja 176,4 miljoonaa puolustukseen, avaruuteen ja muihin. GAAP‑laimennettu EPS oli 0,35 $, ja säädetty laimennettu EPS 0,37 $. Bruttokate kyseiselle neljännekselle oli 22,4 %.

Vuoden 2025 Q1‑kaudella nettokassa, jota käytettiin liiketoiminnan toimintaan, oli 28,5 miljoonaa dollaria, ja pääomamenot kassaperusteisesti olivat 26,1 miljoonaa dollaria. Vapaa kassavirta oli (-54,6) miljoonaa dollaria.

Tänä aikana Hexcel palautti 64 miljoonaa dollaria osakkeenomistajille osakkeiden takaisinostojen ja osinkojen kautta. Se myös refinanssi 300 miljoonaa dollaria kiinteäkorkoisia velkoja.

“Hexcelin perusarvo on edelleen vahva, sillä sitä ohjaa kysyntä innovatiivisille kevyille komposiiteille, jotka tuottavat vahvaa syklistä ja sekulaari‑myynnin kasvua ajan myötä.”

– toimitusjohtaja Tom Gentile

Viimeisimmät Hexcel Corp (HXL) -osaketuotteiden uutiset ja kehitykset

Lopulliset ajatukset: Luonnonkuidun tulevaisuus autoissa

Kun autonvalmistajat pyrkivät saavuttamaan hiilineutraalisuustavoitteet, luonnonkuidut tulevat näyttelemään keskeistä roolia. Vaikka hiilikuitu säilyy arvokkaana sen vertaansa vailla olevan lujuuden vuoksi, luonnonkuitukomposiitit, erityisesti pellavapohjaiset ratkaisut, saavat yhä enemmän jalansijaa niiden potentiaalin vuoksi mullistaa autoteollisuuden tuotannon.

Vähentämällä hiilidioksidipäästöjä, mahdollistamalla kevyet rakenteet ja täyttämällä tiukat suorituskykyvaatimukset, luonnonkuitukomposiitit tarjoavat houkuttelevan vaihtoehdon hiilikuidulle. Nämä luonnolliset komposiitit lupaavat olla seuraava merkittävä innovaatio, auttaen skaalauttamaan kestävää liikkumista premium‑urheiluautoista jokapäiväisiin ajoneuvoihin ja ohjaten autoteollisuuden kohti vihreämpää tulevaisuutta.