In Zeiten hoher Rohölpreise 22.03.2022, 07:00 Uhr

Autos aus Erdölrückständen herstellen – diese verrückte Idee könnte funktionieren

Ein neues Verfahren macht aus Nebenprodukten der Erdöl-Raffinerie zu hochwertige, ultraleichte Strukturmaterialien Autos, Flugzeuge und Raumfahrzeuge. Der Bedarf an preisgünstigen Lösungen ist dringender denn je.

Kohlefasern

Aus Rückständen der Erdölverarbeitung lassen sich Kohlenstofffasern für Autos herstellen.

Foto: Nicola Ferralis/MIT

Die Rohölpreise explodieren. Gleichzeitig versuchen Firmen weltweit, den Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern und die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu maximieren. Hersteller machen sich deshalb auf die Suche nach immer leichteren Materialien, die stabil genug sind, um für die Karosserien von Autos eingesetzt zu werden.

Leichte Materialien aus Kohlenstofffasern oder Carbonfasern gelten als große Hoffnungsträger, sind in der Herstellung aber teurer als vergleichbare Strukturelemente aus Stahl oder Aluminium. Nun haben Forscher einen Weg gefunden, diese leichten Fasern aus extrem preisgünstigen Ausgangsmaterialien herzustellen: aus Rückständen der Erdöl-Verarbeitung, die momentan nur für Asphalt verwendet oder entsorgt werden. Ihre neue Kohlenstofffaser hat auch Vorteile gegenüber herkömmlichen Fasern, da sie eine höhere Druckfestigkeit aufweist. Sie eignet sich deshalb sogar für tragende Anwendungen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
EGGER Holzwerkstoffe Brilon GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Mitarbeiter (w/m/d) Arbeitsvorbereitung Kraftwerk EGGER Holzwerkstoffe Brilon GmbH & Co. KG
Korsch AG-Firmenlogo
Abteilungsleiter Forschung / Head of Research (m/w/d) Korsch AG
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur als Abteilungsleiter (w/m/d) Konstruktiver Ingenieurbau, Lärmschutzbauwerke Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Stadtwerke Pinneberg GmbH-Firmenlogo
Betriebsingenieur für den Bereich Fernwärmeerzeugung, Verteilung und Netzbetrieb (m/w/d) Stadtwerke Pinneberg GmbH
Pinneberg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (w/m/d) Straßen- und Landschaftsbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur oder Ingenieurin Landschaftspflege Planung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Fraunhofer-Gesellschaft e.V.-Firmenlogo
Architekt*in / Dipl.-Ingenieur*in - Vergabe von Bau- & Bauplanungsleistungen Fraunhofer-Gesellschaft e.V.
München Zum Job 
Stadtwerke Hamm GmbH-Firmenlogo
Teamleitung Netzdokumentation/ Vermessung (m/w/d) Stadtwerke Hamm GmbH
KEMNA BAU Andreae GmbH & Co.KG-Firmenlogo
Bauingenieur (m|w|d) Asphalttechnologie und Qualitätssicherung KEMNA BAU Andreae GmbH & Co.KG
Pinneberg Zum Job 
Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Rhein-Firmenlogo
Bauingenieurinnen / Bauingenieure (m/w/d) (FH/Bachelor) Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Rhein
AGCO GmbH-Firmenlogo
Technischer Assistent (m/w/d) der Werkleitung Traktor AGCO GmbH
Marktoberdorf Zum Job 
Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung'-Firmenlogo
Technische Referentinnen / Technische Referenten (w/m/d) in den Fachrichtungen Versorgungstechnik, Energie- oder Elektrotechnik bzw. Nachrichtentechnik Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung'
HILTI Deutschland AG-Firmenlogo
Technischer Projektleiter Verankerungen (m/w/d) HILTI Deutschland AG
Kaufering nahe München oder Schaan (Lichtenstein) Zum Job 
HILTI Deutschland AG-Firmenlogo
Senior Software Engineer for development of innovative power tools (m/f/d) HILTI Deutschland AG
Kaufering nahe München Zum Job 
Deutsches Patent- und Markenamt-Firmenlogo
Patentprüferin/Patentprüfer (w/m/div) Deutsches Patent- und Markenamt
München, Jena Zum Job 
HILTI Deutschland AG-Firmenlogo
Embedded Software Architect - power tool operating system (m/f/d) HILTI Deutschland AG
Kaufering nahe München Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Senior Projektmanager*in (m/w/d) in Energieprojekten THOST Projektmanagement GmbH
Freiburg im Breisgau, Stuttgart, Karlsruhe, München, Mannheim Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Dokumentenmanagement THOST Projektmanagement GmbH
Freiburg im Breisgau, Mannheim, München, Stuttgart Zum Job 
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY-Firmenlogo
Laboratory Technician (f/m/d) Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Hamburg Zum Job 
Litens Automotive GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Safety and Environmental Advisor (m/w/d) Litens Automotive GmbH & Co. KG
Gelnhausen Zum Job 

Erstaunliche Eigenschaften: Endlich nachhaltiger Kunststoff in Sicht

Die Herausforderungen: Autos werden immer schwerer 

Die Forschungsarbeiten begannen vor etwa vier Jahren als Reaktion auf eine Anfrage des US-Energieministeriums, das nach Möglichkeiten gesucht hat, um Autos effizienter zu machen und um den Kraftstoffverbrauch durch ein geringeres Gesamtgewicht zu senken. „Wenn man sich ein Automodell heute ansieht, ist es im Vergleich zu dem gleichen Modell vor 30 Jahren deutlich schwerer“, sagt Nicola Ferralis. Er forscht am Department of Materials Science and Engineering des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge.

Ein schwereres Auto braucht beispielsweise einen größeren Motor und stärkere Bremsen. Verringert man das Gewicht der Karosserie oder anderer Komponenten, sind Einsparungen an anderer Stelle möglich. Am MIT versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler deshalb, Leichtbau-Werkstoffe mit der Sicherheit normaler Stahlbleche zu entwickeln, die preisgünstig genug für Serienproduktionen sind.

Verbundwerkstoffe aus Kohlenstofffasern wurden aus Kostengründen in der Automobilbranche nur bei sehr teuren Modellen eingesetzt. Solche Fasern werden in der Regel aus Polymeren wie Polyacrylnitril hergestellt. Grundlage ist Erdöl. „Die Kosten für das Polymer können mehr als 60% der Gesamtkosten der fertigen Faser ausmachen“, sagt Ferralis.

Werkstofftechnik der Zukunft: Leistungsfähige Kunststoffe aus der digitalen Werkstofffabrik

Vom Abfallprodukt aus Erdölraffinerien zu Fasern für Autos

Anstatt ein raffiniertes und verarbeitetes Erdölprodukt zu verwenden, nutzt das MIT-Team bei seinem neuen Ansatz Rückstände aus der Destillation von Erdöl. Die pechartige Masse, bekannt als Bitumen, besteht aus unterschiedlichen langkettigen Kohlenwasserstoffen. Sie ist preisgünstig – und steht in großen Mengen zur Verfügung. Ähnliche Eigenschaften hat Steinkohlenpech. Es bildet sich bei der Verkokung von Steinkohle.

In Zusammenarbeit mit Forschern des Oak Ridge National Laboratory, die über Fachwissen zur Herstellung von Kohlenstofffasern unter verschiedenen Bedingungen verfügen, vom Labormaßstab bis hin zum Maßstab einer Pilotanlage, suchten MIT-Ingenieurinnen und -Ingenieure nach geeigneten Reaktionsbedingungen. Durch sorgfältige Modellierung der Art und Weise, wie sich Bindungen zwischen den einzelnen Molekülen bilden und vernetzen, konnten die Forschenden vorhersagen, wie sich bestimmte Verarbeitungsbedingungen auf die resultierenden Fasereigenschaften auswirken würden. „Wir waren in der Lage, unsere Ergebnisse mit einer verblüffenden Genauigkeit zu reproduzieren“, berichtet Asmita Jana vom MIT.

Durch die Anpassung der Ausgangsbedingungen gelang es, Kohlenstofffasern herzustellen, die nicht nur zugfest sind, wie die meisten dieser Fasern, sondern auch druckfest, was bedeutet, dass sie potenziell in tragenden Anwendungen eingesetzt werden könnten. Dies eröffne völlig neue Möglichkeiten für den Nutzen dieser Materialien, so Jana weiter.

Vom Labor nicht nur ins Auto: Viele Einsatzmöglichkeiten der Faser

Die ursprüngliche Aufforderung des US-Energieministeriums zielte darauf ab, Kosten für Leichtbaumaterialien auf unter zehn US-Dollar (rund neun Euro) pro Kilogramm Material zu drücken, um in breitem Umfang bei der Fertigung von Autos eingesetzt zu werden. Das MIT-Team schätzt, dass seine Methode noch besser abschneiden könnte – und dass sich die Kosten bei etwa sechs US-Dollar (rund 5,40 Euro) bewegen werden.

Die Forschenden sehen aber nicht nur Einsatzmöglichkeiten in der Autoindustrie. Bislang steht dem Einsatz herkömmlicher Faserverbundwerkstoffe im Wege, dass die Fasern zu einem Gewebe verarbeitet und in präzisen, detaillierten Mustern ausgelegt werden müssen. Nicht immer lohnt sich dieser Aufwand. Neue Materialien könnten durch ihre Druckfestigkeit nicht nur in Autos, sondern auch in anderen Bereichen zum Einsatz kommen.

Mehr zum Thema Innovationen der Automobilindustrie:

Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.