In der öffentlichen Wahrnehmung steht die Automobilindustrie zunehmend in der Kritik, sie hätte den Trend zu mehr Nachhaltigkeit verpasst. Viel wird dabei über fossile Brennstoffe diskutiert, die unwiederbringlich mit jedem gefahrenem Kilometer verbrannt werden. Rohstoffe werden aber auch bei der Herstellung verbraucht. Dies betrifft einerseits den Energieverbrauch der Maschinen in der Teile- und Komplettfertigung aber auch die einzelnen Bauteile der Automobile selber. Dies sind beispielsweise Kunststoffe auf Erdölbasis oder Metalllegierungen in der Karosserie, der Elektronik und Mechanik des Automobils. Problematisch dabei ist, dass es sich um endliche Ressourcen handelt, die nicht rezyklierbar sind und bei deren Verbrennung schädliche Stoffe freigesetzt werden. Dazu zählt auch Kohlendioxid, das über Jahrmillionen in den fossilen Rohstoffen gebunden war und freigesetzt einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Weltklima hat. Eine Kompostierung der im Automobil verbauten Materialien ist nur selten möglich und selbst die Endlagerung ist bei einigen giftigen Stoffen umstritten. Die nachfolgenden Generationen müssen also nicht nur auf die verbrauchten und verbauten Rohstoffe verzichten, sondern auch mit den ökologischen Folgen der Entsorgung leben.
Eine Lösung für diese Probleme heißt Recycling und betrifft in erster Linie die im Automobil verbauten, sortenreinen Metalle oder die Wiederverwendung noch funktionsfähiger Bauteile. Das EU-Parlament sieht in seiner Richtlinie 2000/53/EG jedoch vor, das neue Automobile, die ab 2006 in der EU verkauft werden mindestens zu 80 Gewichts-% recycelt und zu 85 Gewichts-% wiederverwertet werden. Für ab dem 1. 1. 2015 verkaufte Automobile sollen diese Mengen auf 85 bzw. 95 % steigen. Eine energetische Verwertung der Materialien ist laut der Richtlinie beim Recycling ausgeschlossen. Demnach dürfen ab 2015 verkaufte Autos am Lebensende nur noch zu maximal 5 % auf Mülldeponien entsorgt und zu 10 % zur Energiegewinnung verbrannt werden. Ein moderner PKW besteht aktuell aus nur noch ca. 60 - 70 % Stahl- und, die sich leicht wiederverwenden lassen. Es müssen zukünftig also mindestens 250 kg Kunststoffe, Metalllegierungen und andere Werkstoffe je Tonne Altauto stofflich wiederverwendet werden. Dies ist aufgrund von Materialvermischungen, Farbstoffen sowie Hart- bzw. Weichmachern insbesondere bei den verbauten Kunststoffen nicht immer realisierbar oder ökonomisch sinnvoll.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
2 Von der Pflanze zum Produkt
2.1 Stärkebasierte Kunststoffe
2.2 Kunststoffe aus Polymilchsäure
2.3 Holz-Polymer-Werkstoffe
2.4 Naturfaserverstärkte Kunststoffe
2.5 Lignin-Verbundstoffe
3 Mögliche Einsatzbereiche und Anforderungen
3.1 Karosserie und Motorraum
3.2 Innenraum
4 Praktische Anwendungsbeispiele im Automobil
4.1 Anwendungsbeispiele für Karosserie und Motor
4.2 Anwendungsbeispiele im Innenraum
4.3 Kommunikation der Marken
5 Zusammenfassung, Ausblick und zu klärende Fragen
6 Anhang
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht den aktuellen Stand der Technik beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe in der Automobilindustrie. Ziel ist es, sowohl die theoretischen Möglichkeiten als auch praktische Anwendungsbeispiele für biologische Werkstoffe aufzuzeigen, Herausforderungen bei der Materialwahl zu analysieren und das Potenzial für eine nachhaltigere Automobilproduktion zu bewerten.
- Biokunststoffe und Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK)
- Anforderungen an Materialien in Karosserie, Motorraum und Interieur
- Ökologische Vorteile gegenüber konventionellen, erdölbasierten Materialien
- Praktische Fallbeispiele verschiedener Automobilhersteller
- Ökonomische und technische Herausforderungen beim Masseneinsatz
Auszug aus dem Buch
2.4 NATURFASERVERSTÄRKTE KUNSTSTOFFE
Um Kunststoffe besonders haltbar, formstabil oder schlagfest zu machen werden in eine Polymermatrix üblicherweise Glas- oder Karbonfasern eingebettet. Diese lassen sich jedoch ebenfalls durch nachwachsende Naturfasern ersetzen. Die daraus resultierenden Werkstoffe werden als naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) bezeichnet. Für die Verwendung in NFK kommen in gemäßigten Regionen heimische Pflanzenfasern aus Hanf oder Flachs ebenso in Frage, wie Sisal, Baumwolle oder Abacá aus tropischen und subtropischen Anbaugebieten. Generell unterscheiden kann man Fasern aus Bast, Blättern oder Früchten bzw. Samen sowie Holz (Siehe Abbildung 2).
Durch die geringere Dichte der Naturfasern kann bei gleichem Volumen das Gewicht im Vergleich zu glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) sogar leicht reduziert werden. Auch die Biege- und Zugfähigkeit ist mit den konkurrierenden GFK vergleichbar, deren Schlagzähigkeit wird jedoch noch nicht erreicht (Carus, 2008, S. 22). Die Naturfasern sind dafür weniger schädlich für Menschen, weshalb bei der Verarbeitung weniger Schutzmaßnahmen nötig sind, was wiederum geringere Kosten verursacht. Für die Naturfasern spricht auch der niedrigere Energieaufwand während der Produktion. Die Herstellung einer Flachsfasermatte benötigt inkl. Anbau, Ernte und Faseraufbereitung viel weniger Energie (9,55 MJ/kg) als eine vergleichbare Glasfasermatte (54,7 MJ/kg) (Holbery & Houston, 2006, S. 80). Die Verwendung von Naturfasern wird jedoch durch die Verarbeitungstemperatur der Polymermatrix eingeschränkt. Die meisten Naturfasern halten unbeschadet längere Zeit höchstens Temperaturen von 150 Grad Celsius aus. Kurzfristige Temperaturspitzen von bis zu 220 Grad Celsius sind jedoch möglich (Holbery & Houston, 2006, S. 81). Die Entwicklung von hochwertigen Kunststoffen mit geringen Verarbeitungstemperaturen ist demzufolge eine Grundvoraussetzung für den breiten Einsatz der naturfaserverstärkten Kunststoffe.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Die Einleitung beleuchtet die ökologische Notwendigkeit nachhaltiger Materialien in der Automobilindustrie aufgrund endlicher Ressourcen und gesetzlicher Recyclingvorgaben.
2 Von der Pflanze zum Produkt: Dieses Kapitel klassifiziert verschiedene Biokunststoffe, wie stärkebasierte Kunststoffe, PLA, Holz-Polymer-Werkstoffe, NFK und Lignin-Verbundstoffe, und beschreibt deren Eigenschaften.
3 Mögliche Einsatzbereiche und Anforderungen: Hier werden die spezifischen Anforderungen an Werkstoffe in den verschiedenen Fahrzeugbereichen wie Karosserie, Motorraum und Innenraum detailliert analysiert.
4 Praktische Anwendungsbeispiele im Automobil: Dieses Kapitel präsentiert reale Fallbeispiele von Herstellern wie Denso, Daimler, Ford, Lotus und Mazda und untersucht, wie Marken den Einsatz dieser Stoffe kommunizieren.
5 Zusammenfassung, Ausblick und zu klärende Fragen: Abschließend werden die Potenziale und Risiken abgewogen sowie der zukünftige Forschungsbedarf für einen breiteren industriellen Einsatz skizziert.
6 Anhang: Der Anhang enthält visuelle Dokumentationen und Abbildungen zu den im Text genannten Anwendungsbeispielen und Konzeptfahrzeugen.
Schlüsselwörter
nachwachsende Rohstoffe, Automobilindustrie, Biokunststoffe, Naturfaserverstärkte Kunststoffe, NFK, Polymilchsäure, PLA, Nachhaltigkeit, Recycling, Fahrzeugbau, Leichtbau, Werkstofftechnik, ökobilanz, Holz-Polymer-Werkstoffe, Biogene Schmiermittel
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Integration nachwachsender Rohstoffe als Ersatz für petrochemische Materialien im modernen Automobilbau, um ökologische Anforderungen zu erfüllen.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Schwerpunkte liegen auf der Materialkunde von Biokunststoffen, den spezifischen Anforderungen in verschiedenen Fahrzeugsektoren und der praktischen Umsetzung durch Automobilhersteller.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Aufzeichnung theoretisch möglicher sowie bereits umgesetzter Anwendungsbereiche für nachwachsende Ressourcen sowie die kritische Bewertung der ökonomischen und technischen Rahmenbedingungen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse, dem Studium von Nachhaltigkeitsberichten sowie der Auswertung aktueller technischer Entwicklungen und Pressemeldungen der Automobilbranche.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung biogener Werkstoffgruppen, die Analyse technischer Anforderungen im Fahrzeug (z.B. Temperatur- und Sicherheitsstandards) und eine Bestandsaufnahme konkreter industrieller Anwendungen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Publikation?
Wichtige Begriffe sind nachwachsende Rohstoffe, Biokunststoffe, naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK), Leichtbau sowie Nachhaltigkeit im Automobilbau.
Warum spielt die Temperaturfestigkeit bei Biokunststoffen wie PLA eine so zentrale Rolle?
Biokunststoffe erweichen häufig bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, was ihren Einsatz in stark beanspruchten Bereichen wie dem Armaturenbrett oder dem Motorraum erschwert.
Welche Rolle spielen Konzeptfahrzeuge wie der "Re3" von Johnson Controls?
Konzeptfahrzeuge dienen der Machbarkeitsstudie und demonstrieren, wie weit der Einsatz natürlicher Materialien bei konsequenter Anwendung der Nachhaltigkeitsprinzipien (Reduce, Reuse, Recycle) theoretisch gehen könnte.
- Arbeit zitieren
- Matthias Siebert (Autor:in), 2010, Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen in der Automobilindustrie, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/154677
