FNR: Biobasierte Karosserie für eine klimaneu...
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Biobasierte Karosserie für eine klimaneutralen Mobilität

FNR/Norbert Breuer
Bioconcept-Car Porsche GT4 mit Karosserie-Bauteilen aus Bioverbundwerkstoffen
Bioconcept-Car Porsche GT4 mit Karosserie-Bauteilen aus Bioverbundwerkstoffen

Biowerkstoffe sind ein wichtiger Baustein bei der Umsetzung der Nationalen Bioökonomiestrategie. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Bonn, fördert über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), Gülzow, seit Oktober 2020 die Entwicklung einer Auto-Karosserie mit einem hohen Anteil nachwachsender Rohstoffe. Zusammen mit Hobum Oleochemicals GmbH, Hamburg; Porsche Motorsport, Zuffenhausen und dem Rennteam Four Motors GmbH, Reutlingen, entwickeln die Fraunhofer Institute für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, Hannover, Leichtbauteile aus naturfaserverstärkten Bio-Kunststoffen für Fahrzeugkarosserien. Sie sind eine nachhaltige, kostenneutrale Alternative zu herkömmlichen Leichtbau-Karosseriematerialien und bieten technische Vorteile. Die Leistungsfähigkeit wird zunächst im Motorsport unter Extrembedingungen getestet. Mit den gewonnenen Erkenntnissen soll dann eine potenzielle Materiallösung für den serienfähigen Einsatz im Straßenverkehr konzipiert werden. Damit soll das Vorhaben der Europäischen Union, bis 2050 klimaneutral zu werden, unterstützt werden.

Im Motorsport kommen leichte Hochleistungsverbundwerkstoffe schon lange zum Einsatz. Angesichts des Klimawandels spielen effiziente Leichtbaulösungen aber auch bei Alltagsfahrzeugen eine immer größere Rolle. Sie reduzieren das Gesamtgewicht und tragen somit zur Energieeinsparung und zur Verringerung der Emissionen bei. Beim Leichtbau mit Polymerwerkstoffen werden bisher nahezu ausschließlich carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) verwendet. Carbonfasern bieten eine sehr gute Steifigkeit und Festigkeit, doch für ihre Herstellung benötigt man fossile Ressourcen und viel Energie. Technische Herausforderungen bestehen beim Handling, der Reparatur und dem Recycling.

Über das Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe unterstützt das BMEL seit einigen Jahren die Entwicklung biobasierter Werkstoffe im Karosseriebau. Jetzt startete das 3-jährige Verbundprojekt „Biobasierte Harze für die serielle Verarbeitung faserverstärkter Bauteile (BioResinProcess)“. Lag der Fokus der Förderung bisher vor allem auf den Naturfasern, richtet sich der Blick nun verstärkt auf biobasierte Harzsysteme.

BioResinProcess knüpft nahtlos an das im Sommer 2020 abgeschlossene Förderprojekt „Nachhaltiger Biohybrid-Leichtbau für eine zukunftweisende Mobilität“ an. Dort ist erstmals die Serienfertigung eines Karosseriebauteils aus naturfaserverstärkten Werkstoffen gelungen. Im Folgeprojekt soll der Bioanteil der Bauteile auf mindestens 85 % erhöht und die Verarbeitung mit dem RTM (Resin-Transfer-Moulding)-Verfahren optimiert werden. Weitere Stationen in der industriellen Fertigung sind die Oberflächenbearbeitung und die abschließende Lackierung. Für beide Schritte werden geeignete biobasierte Lösungen gesucht.

Damit wird nicht nur die ökologische Bilanz verbessert – auch aus wirtschaftlicher Sicht ist der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen interessant, denn Naturfasern sind günstiger als Carbonfasern. Im Vergleich weisen Naturfasern zwar geringere Steifigkeiten und Festigkeiten auf, jedoch sind diese Werte für viele Anwendungen ausreichend. Durch ihre natürlich gewachsene Struktur dämpfen Naturfasern Schall und Schwingungen sogar besser. Außerdem lösen sie bei der Verarbeitung keine Hautirritationen aus. Die geringere Splitterneigung kann außerdem dabei helfen, die Verletzungsgefahr bei Unfällen zu reduzieren.

Tür des Bioconcept-Cars aus naturfaserverstärktem Kunststoff (NFK)
Fraunhofer WKI | Federico Böhm
Tür des Bioconcept-Cars aus naturfaserverstärktem Kunststoff (NFK)

Das Ziel ist, ein Serienbauteil aus biobasierten Verbundwerkstoffen im Hinblick auf die Anforderungen einer Straßenzulassung zu konzipieren. Das Bioconcept-Car des Rennteams Four Motors ist ein rollendes Testlabor für umweltfreundliche Fahrzeugtechnologien: Biokraftstoffe, Bio-Leichtbauteile und reraffiniertes Öl. Im Renneinsatz wird ihre Serientauglichkeit unter Extrembedingungen geprüft.

Mit dem Fraunhofer WKI und mit der HOBUM GmbH sind für die Werkstoffseite die anwendungsnahe Forschung und ein industrieller Partner vertreten. Die Automobilbranche ist mit der Porsche AG, die als assoziierter Partner technisches Knowhow einbringt, direkt beteiligt.

Parallel zum Ziel einer Straßenzulassung arbeiten die Partner an der Steigerung des Anwendungspotenzials von Bioverbundwerkstoffen. Bioverbundwerkstoffe sind nicht nur im Automobilbau gefragt, vielmehr setzen verschiedene Industriebereiche große Hoffnung auf diese innovativen Materialien, die einen preisgünstigen Leichtbau ermöglichen.

Damit knüpft das Forschungsprojekt BioResinProcess an die Nationale Bioökonomiestrategie der Bundesregierung an. Mit Karosseriebauteilen aus nachwachsenden Rohstoffen lässt sich anschaulich darstellen, wie der Umbau zu einer nachhaltigen, kreislauforientierten Wirtschaft auf Basis biogener Rohstoffe funktionieren kann. Darüber hinaus verdeutlicht der Einsatz von Pflanzenfasern und Pflanzenölen für die Herstellung von Bioverbundwerkstoffen die wichtige Rolle der Land- und Forstwirtschaft als Rohstoffproduzent und -lieferant.

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