• Digg this!
• Add to Technorati Favorites
• Bookmark this on Delicious

Stahl kann sich gegen andere Werkstoffe im Automobilbau noch immer durchsetzen, auch wenn in Zukunft leichtere Autos gefragt sind. Rechnet man Werkstoffe über den gesamten Lebenszyklus, zeigt Stahl im Vergleich zu Aluminium und Co. deutlich seine Vorteile in den Kosten und in der Ökobilanz.

Leichtere Autos sparen Energie, das ist eine physikalische Tatsache. Wer weniger Gewicht in Bewegung versetzen muss, hat die Nase vorn. Eine Verminderung des Gewichts um 100 Kilogramm reduziert den Kraftstoffverbrauch eines Pkw im Mittel um etwa 0,3 Liter pro 100 Kilometer. Umgerechnet auf den Kilometer emittiert ein Benziner dementsprechend 7,1 Gramm CO2 weniger, ein Diesel 7,9 Gramm. Warum also nicht verstärkt auf leichte Werkstoffe setzen, um Gewicht und damit auch den Energieverbrauch zu reduzieren?

Der Werkstoff im Detail: Leicht allein ist nicht genug

Verschiedene Automobilhersteller setzen daher auf Aluminium, Magnesium und innovative (Kohlefaser-)Verbundstoffe. Doch der Einsatz von leichten Werkstoffen hat seine Tücken.
Beispiel Aluminium: Auch wenn etwa das spezifische Gewicht von Aluminium nur knapp mehr als ein Drittel von Stahl beträgt, weist es noch lange nicht die essentiellen Materialeigenschaften auf, die von Automobilherstellern gefordert werden. Durch die höheren Festigkeitswerte von Stahl werden etwa wesentlich geringere Wandstärken möglich. Gewichtsvorteile von Aluminium werden dadurch verringert oder in zahlreichen Fällen sogar aufgehoben.

Ähnlich sieht es im Fall von Magnesium aus. Das Material ist zwar leicht, verträgt aber auch nur geringe Belastungen, zudem korrodiert es extrem schnell. Daher lässt es sich nur für spezielle Bauteile einsetzen.

Bei den kohlefaserverstärkten Kunststoffen, kurz CFK genannt, wird vor allem das Kostenargument schlagend. Sie sind zwar um 60 Prozent leichter als Stahl und etwa 30 Prozent leichter als Aluminium, durchstoßen aber bei den Produktionskosten die Schallmauer. Ein gewichtiges Argument besonders in der Serienproduktion.

SuperLIGHT-Car-Projekt

Ein modernes Auto in Leichtbauweise zu konstruieren und um 100 Kilogramm abzuspecken, ist daher ein komplexes Unterfangen, wie etwa das SuperLIGHT-Car-Projekt zeigte. Im Rahmen dieses europäischen Verbundprojekts wurde eine Rohkarosserie in Mischbauweise realisiert, deren Gewicht um gut 35 Prozent unter dem der Referenzstruktur liegt. Erreicht werden konnte dies nur mit einem hohen fertigungstechnischen Aufwand, der die Kosten der Karosserie mehr als verdoppelte. So wie in der Studie realisiert, wird die Rohkarosserie daher nie zum Einsatz kommen, sagt der Leiter der Volkswagen-Konzernforschung Jürgen Leohold, der federführend an diesem Projekt beteiligt war. Er bringt dafür auch einen einfachen Vergleich: Pro eingesparten Kilogramm werden in der Raumfahrt 10.000 Euro akzeptiert, in der Luftfahrt liegt die Rentabilitätsgrenze bei 500 Euro, in der Großserienproduktion von Automobilen liegt der Wert bei ungefähr fünf Euro pro Kilogramm.

Lifecycle-Analyse bringt ökologische Transparenz

Besonders seit die Automobilhersteller angehalten sind, auch die ökologischen Kosten ihrer Werkstoffe über den gesamten Lebenszyklus zu betrachten, zeigt sich, dass Leichtbau allein nicht ausreicht, um an Fahrzeuge das ökologische Gütesiegel zu vergeben. Denn den Energieeinsparungen, die man durch leichtere Werkstoffe in der Nutzungsphase des Fahrzeuges erzielen kann, kann auch ein höherer Energieeinsatz in der Werkstofferzeugung gegenüberstehen. Gerade aber für eine ganzheitliche ökologische Betrachtung sind auch die Werkstofferzeugung, die Fahrzeug- bzw. Bauteilherstellung sowie das spätere Recycling zu analysieren.

Rechnet man etwa den Energieeinsatz ein, der für die Herstellung von Aluminium benötigt wird, zeigen sich interessante Details. So beträgt der Primärenergieverbrauch bei der Herstellung einer Tonne Rohstahl rund 42.000 kWh weniger als bei der gleichen Menge Primäraluminium. Mit dieser eingesparten Primärenergiemenge lässt sich ein durchschnittlicher österreichischer Haushalt zehn Jahre mit Strom versorgen. Rund zwölf Tonnen CO2 weniger werden zudem pro Tonne Stahlerzeugung im Vergleich zur Erzeugung einer Tonne Aluminium ausgestoßen. Das entspricht der gleichen Menge, die ein durchschnittlicher Pkw über eine Fahrstrecke von 70.000 Kilometer emittiert. Summa summarum wird für die Herstellung von Karosserieblech aus Aluminium im Vergleich zu hochfestem Stahl die siebenfache Menge an Energie benötigt.

Stahl: 100 Prozent recycelbar

Zieht man auch noch die Recyclingfähigkeit von Werkstoffen mit in die Analyse ein, zeigt der Werkstoff Stahl noch weitere hochgeschätzte Qualitäten. Für die Herstellung der gleichen Menge Stahl aus Stahlschrott benötigt man im Vergleich zu Aluminium eine um rund 14 Prozent geringere Energiemenge. Genauso liegt auch der CO2-Ausstoß bei der Sekundärherstellung von Stahl deutlich unter der von Aluminium. Hinzu kommt aber noch folgender Vorteil: Während Recycling bei vielen Verbundwerkstoffen in der großtechnischen Anwendung nicht funktioniert oder bei Aluminiumschrott im Recyclingprozess Qualitätsverluste auftreten – Aluminiumblech kann nicht mehr als Blech, sondern nur noch als Material für den Aluguss eingesetzt werden –, ist Stahlschrott ohne Qualitätsverlust beliebig oft recycelbar. Stahlschrott kann zudem aus allen ausgedienten Produkten – nicht nur aus Fahrzeugen – wiederverwendet werden. Der Stoffkreislauf des Stahls ist also vollständig geschlossen.

Stahl: Kostengünstiger und ökologisch vorteilhafter

Nicht ohne Grund unterziehen Automobilhersteller daher bereits im frühen Stadium der Fahrzeugentwicklung jedes einzelne Bauteil nach technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten einer „Lifecycle-Analyse“. Die Transparenz dieser ganzheitlichen Betrachtung von Werkstoffen im Auto zeigt dabei auch, das leicht allein noch nicht genug ist. Bei der aktuellen Mercedes C-Klasse hat dies beispielsweise dazu geführt, dass der Vorderachsträger wieder aus Stahl gefertigt wird und nicht wie im Vorgängermodell aus Aluminium. Die Berechnungen ergaben, dass sich der Einsatz von Aluminium selbst nach 200.000 gefahrenen Kilometern nicht rechnet. Auch mit einem Mehrgewicht von 1,5 Kilogramm war die Stahlvariante nicht nur um 45 Prozent kostengünstiger, sondern auch über den gesamten Lebenszyklus ökologisch vorteilhafter als die aus Aluminium.