Auftrieb für Fliegengewichte

Die Abwrackprämie hat für die Umwelt unterm Strich nicht viel gebracht, weil die höhere Effizienz neuer Automodelle meist durch ihr größeres Gewicht zunichte gemacht wird. Dass sich Leichtbaumaterialien im Autobau bisher nicht durchgesetzt haben, liegt auch daran, dass sie nur schwer wiederverwertbar sind. Neue Recycling-Verfahren sollen das ändern – und so den Siegeszug der Werkstoffe in der Autoindustrie unterstützen.

Dieser Text ist der Print-Ausgabe 04/2009 von Technologie Review entnommen. Das Heft kann, genauso wie die aktuelle Ausgabe, hier online portokostenfrei bestellt werden.

Masse mobil zu machen erfordert Energie. Diese triviale physikalische Tatsache bereitet momentan vor allem den Automobilbauern Kopfzerbrechen. Denn jedes zusätzliche Kilogramm Gewicht eines Fahrzeugs schlägt sich fast direkt auf seinen Kraftstoffverbrauch nieder. Und der soll künftig möglichst niedrig sein, damit der Kohlendioxid-Ausstoß auf ein Mindestmaß schrumpft. Dabei scheint die Lösung für das Problem klar zu sein: Leichtbau.

Doch die Schlankheitskur für das Automobil hat einige Haken. Nicht nur die deutlich höheren Produktions- und Fertigungskosten von Bauteilen aus Aluminium, Magnesium und exotischen Verbundwerkstoffen machen den Leichtbau zum regelrechten Spießrutenlauf für die Ingenieure. "Zur echten Herausforderung wird Leichtbau durch die von der europäischen Altautorichtlinie vorgegebene Recyclingquote", sagt Jürgen Stichling, Automobilexperte beim Beratungsunternehmen PE International. Müssen heute bereits 80 Prozent des durchschnittlichen Gewichts eines Altfahrzeugs recycelt werden, steigt die Quote bis 2015 auf 85 Prozent.

Moderne Leichtbaumaterialien, allen voran Mischwerkstoffe aus verschiedenen Kunststoffsorten, haben zwar viele herausragende Eigenschaften; sie sind beispielsweise fester, steifer oder korrosionsbeständiger als andere Materialien. Nur leider sind sie nicht recyclingfreundlich. Oft lassen sie sich gar nicht oder nur mit hohem technischen Aufwand wiederverwerten. "Durch einen größeren Leichtbauanteil kann ich über die gesamte Lebenszeit eines Automobils zwar mehrere Tonnen CO2-Emissionen einsparen und so die Ökobilanz verbessern, habe aber gleichzeitig Probleme, die Recyclingquote zu erfüllen", fasst Stichling das Dilemma zusammen.

"Neue und dabei vor allem auch wirtschaftliche Recycling-Verfahren für Leichtbaumaterialien sind daher sehr gefragt", sagt Daniel Goldmann, Inhaber des Lehrstuhls für Rohstoffaufbereitung und Recycling an der TU Clausthal-Zellerfeld. Generell macht eine Wiederverwertung als Werkstoff immer dann Sinn, wenn der Energieaufwand für die Herstellung eines Materials sehr hoch ist. Bei einfachen Kunststoffen, die gerade einmal etwas mehr Energie enthalten als ihr Grundbestandteil Erdöl, sei das Recycling "vergebene Liebesmüh", so Goldmann: Die nutzt man besser als Rohstoff für andere Materia-lien oder verbrennt sie, um Strom und Wärme zu erzeugen.

Metalle im Automobil wie Aluminium oder Stahl werden hingegen schon seit Jahrzehnten wieder in ihre Stoffkreisläufe zurückgeführt. "Die Prozesse hat man weitgehend im Griff", sagt Goldmann. Dabei werden die Fahrzeuge zunächst in einer Schredderanlage zerkleinert. Magnete ziehen die Eisenteile heraus. Die restlichen Metalle werden hauptsächlich nach ihrer Dichte getrennt. Übrig bleibt eine Mischung aus Kunststoff, Glas, Rost, Lack und Textilien.

Bisher waren diese Rückstände ein klarer Fall für die Deponie. Volkswagen und die auf Recyclingprozesse spezialisierte SiCon GmbH entwickelten in den letzten Jahren ein Verfahren, mit dem es nun zumindest möglich ist, die Schredderreste in weiterverwertbare Fraktionen zu zerlegen. Hartkunststoff wandert als Ölersatz in Hochöfen von Stahlwerken, textile Bestandteile kommen bei der Entwässerung von Klärwerks-Schlämmen zum Einsatz – und selbst aus dem übrig bleibenden Rückstand wird noch Kupfer gewonnen. "Die Technologie hat das Potenzial, sich durchzusetzen", sagt der Wissenschaftler, "vor allem dann, wenn die Rohstoffpreise weiter steigen." Fünf Anlagen sind europaweit im Bau oder bereits im Einsatz. Beim aktuellen Stand des Leichtbaus lassen sich so die von der EU geforderten Recyclingquoten für 2015 schon heute erreichen.

Für einen der wichtigsten Leichtbauwerkstoffe der Zukunft ist die neue Technologie indes noch nicht ausgelegt: für kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, kurz CFK. 70 Prozent leichter als Stahl und 30 Prozent leichter als Aluminium, bei höherer Festig- und Steifigkeit – bessere Werte erreicht kein anderer Werkstoff. Trotzdem kommt CFK im Automobilbau bisher nur in homöopathischen Dosen zum Einsatz. Bei einem Preis, der mit rund 20 Euro pro Kilogramm Neufasern rund viermal höher liegt als der von einem Kilogramm Aluminium, ist das allerdings kein Wunder.

Die Ausnahmen finden sich ausschließlich in der Premiumklasse: So ist etwa das Chassis des Porsche Carrera GT komplett aus CFK gefertigt, seit Herbst 2007 gibt es den BMW M3 in einer Version mit Dach aus dem faserhaltigen Material, und auch der unbezahlbare Bugatti Veyron besteht zu großen Tei-len daraus. "Wenn CFK leicht recycelt und kostengünstiger hergestellt werden könnte, hätte der Werkstoff durchaus auch im Automobilbau Chancen, vermehrt eingesetzt zu werden", sagt Stefan Wöhrl, Leiter der Abteilung Umwelt beim Verband der Automobilindustrie.

Zumindest für das Recycling-Problem scheint eine Lösung in Sicht zu sein. "In unserer Pilotanlage haben wir bereits mehrere Karosserie-Bauteile aus CFK zu hochwertigen Kohlenstofffasern aufbereitet", sagt Tim Rademacker, Marketing- und Vertriebsleiter der CFK Valley Stade Recycling GmbH. Der Prozess laufe einwandfrei. Im ersten Schritt werden größere CFK-Bauteile zerkleinert und unter Sauerstoffausschluss auf Temperaturen zwischen 500 und 900 Grad Celsius erhitzt. Bei dem Vorgang, Pyrolyse genannt, verdampft das Epoxydharz aus den Gewebestücken, in welchen die Kohlenstofffasern eingebettet sind. Der Harzdampf wird abgeführt und für weitere Prozessschritte wieder aufbereitet. Da auf den Fasern, die aus dem Pyrolyseschritt hervorgehen, noch Pyrolyse-Koks haftet, folgt ein zweiter Prozessschritt, in dem der holzkohleartige Überzug kontrolliert entfernt wird.

"Heraus kommen Kohlenstofffasern, die zu mehr als 90 Prozent die Materialeigenschaften von Neufasern erreichen", sagt Rademacker. Zwar sind die Fasern zu kurz, um daraus große Strukturbauteile wie Seitenleitwerke oder Rotoren herzustellen, dafür eignen sie sich gut, um Kunststoffe zu verstärken. "Diese Werkstoffe nehmen dann zu großen Teilen die Festigkeit und Robustheit der Kohlenstofffasern an, sind aber deutlich günstiger", sagt Rademacker. So könnten aus der Recycling-Kohlenstofffaser auch Bauteile fabriziert werden, für die Neufasern bisher zu teuer waren: Innenverkleidungen von Flugzeugen und Automobilen, abriebfeste Zahnräder oder bruchsichere Chemikalientanks.

Interessante Möglichkeiten ergeben sich auch aus der Tatsache, dass Kohlenstofffasern Strom leiten und Röntgenstrahlen passieren lassen: "Medizintechnik-Unternehmen haben bereits mit uns Kontakt aufgenommen", sagt Rademacker. Ab 2010 wollen die Niedersachsen zusammen mit dem Chemiekonzern Dow eine Großanlage in Betrieb nehmen, die jährlich mehr als 1000 Tonnen CFK verarbeiten soll. Den CFK-Nachschub für das Recycling-Werk wird dann unter anderem der Flugzeugbauer Airbus liefern.

Die deutsche Automobilbranche verfolgt die Fortschritte der Stader CFK-Recycler derzeit mit Argusaugen. Erst Ende Oktober waren Vertreter aller namhaften Unternehmen zu Gast, erzählt Rademacker. Der Tenor sei eindeutig gewesen: Mit der geplanten Anlage ist der Großserien-Einsatz von CFK im Automobil zum Greifen nah. (bsc)