20.08.2013, 09:39 Uhr | 0 |

VDI-Autokongress Gesamtlebenszyklen prägen Werkstoff-Mix

Leichtbaustrategien für den Automobilbau: Welchen Werkstoff sie einsetzen, entscheiden Autohersteller anhand von Analysen zum Lebenszyklus. Beim Blick auf Erzeugung und Recycling schmelzen die Klimavorteile von Faserverbundwerkstoffen und Leichtmetallen aber dahin. Noch aber entsteht ein Großteil der CO2-Emissionen im Fahrbetrieb.

Space Frame
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Beim Audi Space Frame handelt es sich um eine hochfeste Aluminium-Rahmenstruktur, bei der jedes Flächenteil mittragend integriert wird.

Foto: Audi

Die Zahlen scheinen eindeutig: Wird ein und dasselbe Bauteil aus Stahl gefertigt, liegen die CO2-Emissionen der Vorkette laut Volkswagens leitendem Werkstoffforscher Armin Plath bei 2 kg, bei Aluminium (Alu) sind es 15 kg und bei Carbonfaserverbunden (CFK) satte 40 kg. Bei Magnesium schwanke der CO2-Ausstoß je nach Erzeugungsverfahren zwischen 20 kg und 60 kg.

So gesehen spricht im Wettbewerb der Leichtbauwerkstoffe neben den Kosten auch der CO2-Ausstoß eindeutig für Stahl. Doch das greift für Heinrich Timm zu kurz. "Es gilt die Funktion zu vergleichen", mahnte der Erfinder von Audis Alu-Spaceframe und jetzige Vorstand des Vereins Carbon Composites auf dem VDI-Fachkongress "Leichtbau-Strategien für den Automobilbau" in Wolfsburg.

Auch die Motorleistung kann reduziert werden

Gut gemachter Leichtbau entfalte Hebelwirkung in der Gesamtkonstruktion, die das Gewicht weiter senke. Auch die Motorleistung könne reduziert werden. Laut Timm ginge es bei Alu oft um die Emissionen des Primärwerkstoffs. Dass Alu-Recycling nur ein Zehntel der Energie brauche, falle ebenso unter den Tisch wie die Tatsache, dass in Primäraluminium gut 40 % Aluschrott einfließen. All das verringere den Emissionsfaktor von Aluminium gegenüber Stahl auf 2,7. Durch leichtbaubedingte CO2-Reduktion im Fahrbetrieb wende sich der Nachteil von Alu teils schon nach 40 000 km in einen Vorteil gegenüber Stahl.

Laurent Musy, Leiter des Automotive-Geschäfts des französischen Alu-Spezialisten Constellium, erwartet durch die Autoindustrie ein globales Marktwachstum der Aluproduktion von bis zu 25 %/Jahr. Zugleich baue man die Recyclingkapazitäten aus. "Aluminium kann 1:1 wieder genutzt werden – es grenzt an ein Verbrechen, es nicht zu recyclen", sagte Musy.

Noch ist der Rücklauf aus Fahrzeugen allerdings bescheiden. 20 Jahre nach Produktionsstart des A8 und trotz vieler weiterer Audi-Modelle mit Alu-Spaceframe laufen laut Timm kaum Altfahrzeuge zurück. Sie seien noch weltweit im Einsatz.

Differenzierte Lebenszyklus-Analysen unabdingbar

Plath hält es ungeachtet der Recyclingquoten für unabdingbar, Leichtbau differenzierte Lebenszyklus-Analysen zugrunde zu legen. Volkswagen folge der Maxime, dass jedes neue Modell darin besser abschneiden muss als sein Vorgänger.

Das wird nicht leichter. Heute verursacht ein Golf von der Wiege bis zur Bahre etwa 22 t CO2-Emissionen, davon grob drei Viertel im Fahrbetrieb und ein Viertel in der Produktion. Da der Kraftstoffverbrauch sinkt, verschieben sich die Gewichte in Richtung Produktion.

Um trotzdem die Gewichtsvorteile von CFK nutzen zu können, treibt VW mit Partnern die energetische Optimierung der Herstellungsprozesse voran. Auf sie entfällt 52 % des Energieeinsatzes in der Vorkette. Zudem sind Alternativen zum Fasergrundstoff Polyacrylnitril gesucht. Im Fokus: pflanzlich basierte Lignin-Fasern und kostengünstige Polyolefine. Noch lassen beide Alternativen die überragenden Eigenschaften der bisherigen Fasern vermissen.

Laut Plath sind aber gerade Polyolefine vielversprechend: "Sie kosten etwa ein Drittel weniger als Polyacrylnitril und haben eine um gut 15 % höhere Konversionsrate", berichtete er. Während sich aus 100 kg Polyolefinen etwa 63 kg Fasern erzeugen ließen, seien es bei Polyacrylnitril nur 47 kg. "Allerdings braucht die Entwicklung noch mindestens fünf bis zehn Jahre." 

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Von P. Trechow | Präsentiert von VDI Logo
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