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Der Verkehr nimmt zwar in Gesellschaft und Wirtschaft eine wichtige Rolle ein, ist jedoch mit erheblichen Kosten für die Umwelt verbunden. Tatsächlich ist der Verkehrssektor für fast ein Viertel der gesamten Treibhausgasemissionen in Europa verantwortlich und damit eine wesentliche Ursache für den Klimawandel. Der Sektor verdient sich zudem die unliebsame Ehre, die Hauptursache für die Luftverschmutzung in städtischen Gebieten zu sein.
Wenn Europa sein Ziel erreichen will, die CO2-Emissionen bis 2030 um mindestens 55 % zu senken, muss auch der Verkehrssektor seinen Anteil leisten. Dafür ist nicht nur der Einsatz effizienterer Fahrzeuge, sondern auch die Entwicklung effizienterer Fertigungsverfahren erforderlich.
Das EU-finanzierte Projekt RECOTRANS zielt darauf ab, beides zu schaffen.
„Einerseits trägt die Integration von Leichtbaumaterialien in die Fahrzeugkonstruktion zur Verringerung des Gesamtgewichts bei, wodurch das Fahrzeug mit weniger Energieverbrauch weiter fahren kann“, sagt Rocío Ruiz Gallardo, Forscherin bei der Sustainable and Future Mobility Group, einem der federführenden Projektpartner. „Wenn der Fertigungsprozess andererseits jedoch nicht effizient ist, werden die Energieeinsparungen des Materials praktisch zunichte gemacht.“
Um diese beiden Probleme zu lösen, wurde im Projekt ein hochmodernes Verfahren zur Fertigung von Leichtbauwerkstoffen für den Verkehrssektor entwickelt. „Unser Verfahren nutzt unkonventionelle Fertigungstechnologien wie Mikrowellenstrahlung und Laserfügen, um thermoplastische Verbundwerkstoffe herzustellen“, erklärt Ruiz.
Thermoplastische Verbundwerkstoffe sind nicht so chemisch instabil wie herkömmliche Polymerkomposite. Das bedeutet, dass sie leicht durch Wärme erweicht und in die gewünschte Form gebracht werden können, ohne dass die Integrität des Materials beeinträchtigt wird. Nach dem Abkühlen verfestigt sich das Material zu der fertigen Form, z. B. einer Autotür, einem Lkw-Aufhängungssystem oder einer Zuginnenverkleidung.
„Da Verbundwerkstoffe stärker und leichter sind als herkömmliche Materialien, können sie das Gewicht eines Fahrzeugs um bis zu 30 % verringern“, so Ruiz. „Eine solche Gewichtsersparnis führt zu Energieeinsparungen und Leistungssteigerungen.“
Laut Ruiz haben die Verbundwerkstoffe von RECOTRANS den zusätzlichen Umweltvorteil, dass sie aus einem vom Projektpartner Arkema entwickelten thermoplastischen Harz hergestellt werden, das die Wiederverwertung der Produkte erlaubt. „Diese leichten Fahrzeugteile sind nicht nur nachhaltiger, sie können am Ende ihrer Nutzungsdauer auch zu neuen Produkten und Teilen recycelt werden und ermöglichen so eine Kreislaufwirtschaft“, fügt sie hinzu.
RECOTRANS hat mehrere innovative Technologien ausgearbeitet. Die Mikrowellentechnologie wird im Projekt sowohl für das Harz-Injektionsverfahren als auch für die Pultrusionsfertigung eingesetzt, um eine hohe Produktionsleistung zu gewährleisten.
„Diese neuartige Fertigungsmethode bietet die Möglichkeit, die Produktionsraten zu erhöhen, indem die Polymerisationszeit des thermoplastischen Harzes beschleunigt wird“, sagt Ruiz. „Diese Verkürzung der Zykluszeit begünstigt eine Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs.“
RECOTRANS nutzte auch die Laserfügetechnik, um ein kostengünstiges Fügeverfahren für Polymer-Metall-Verbundwerkstoffe zu erarbeiten, mit dem das Gewicht der Bauteile durch die vollständige Integration des Verbundwerkstoffs in das Metallteil verringert wird.
Effizienz und Kosteneinsparungen
Nach ersten Bewertungen sind die Effizienz und die Kosteneinsparungen des Systems bemerkenswert. In der Fertigung kann das RECOTRANS-System beispielsweise die Produktionszeit um 10-50 % und die Kosten um bis zu 35 % senken. Außerdem wird geschätzt, dass durch den Einsatz dieser Technologien der Energieverbrauch um 10 % geringer ausfallen kann.
Was die hergestellten Verbundwerkstoffteile betrifft, so entstehen nach Ansicht von Ruiz auch im Endverbrauch Vorteile. „Im Vergleich zu gleichwertigen konventionellen Metallteilen werden unsere Verbundwerkstoffteile zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung bei Pkw, Lkw und Zügen führen, was sich in erheblichen wirtschaftlichen Einsparungen niederschlagen könnte.“
Um diese Behauptungen mit Zahlen zu untermauern, schätzt RECOTRANS die Gewichtsreduzierung für Lkw, Pkw und Züge auf 64 %, 63 % bzw. 57 %. Darüber hinaus können die Einsparungen (pro Teil) im Einkauf und in der Nutzung bis zu 40,80 EUR für Lkw-Teile, 2,10 EUR für Kfz-Teile und 6,60 EUR für Zugteile betragen.
Nicht zu vernachlässigen sind zudem die ökologischen Vorteile, die sich aus dem Einsatz dieser leichten Teile ergeben. „Unsere Verbundwerkstoffteile bergen das Potenzial, die CO2-Emissionen eines Fahrzeugs um bis zu 39,8 kg bei Lkw und 40,3 kg bei Pkw zu mindern“, so Ruiz abschließend. „Solche Einsparungen werden sicherstellen, dass der Verkehrssektor die Versprechen des europäischen Grünen Deals einhält.“