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Was uns bewegt - Teil 2: Mobilität von morgen – Fortschritt und Klimaschutz

Anzeigensonderveröffentlichung

Was uns bewegt

Die große Serie über Lebensqualität und warum
Chemie im Alltag unersetzlich ist

Teil 2: Mobilität von morgen – Fortschritt und Klimaschutz

Die große Serie über Lebensqualität und warum Chemie im Alltag unersetzlich ist

Teil 2: Mobilität von morgen – Fortschritt und Klimaschutz

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Innovationen für den Klimaschutz. Wie die Chemie den Weg für die Mobilität von morgen bereits heute ebnet.

Mit Leichtigkeit zur Mobilität von morgen

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st das E-Auto das Zukunftsmodell der Mobilität? Darüber diskutieren seit Jahren Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Aktuelle Studien führender Wirtschaftsberatungsunternehmen trüben die Zukunft der E-Mobilität. Schwachpunkt sei die mangelnde Alltagstauglichkeit. Tatsächlich ist die Energiedichte der elektrischen Antriebstechnologien nach wie vor zu gering, um mit bestehenden Verbrennungsmotoren Schritt zu halten. Gleiches gilt für den Ausbau von Ladestationen. Die Universität Duisburg-Essen hat 2017 herausgefunden, dass in den 50 größten deutschen Städten insgesamt nur 1897 öffentliche Ladesäulen installiert sind. Die Situation ist für Besitzer von Kraftfahrzeugen mit Erdgas- oder Wasserstoffantrieb nicht besser. Auch sie müssen lange suchen, um eine Tankstelle für CNG, LPG oder H2 zu finden.

Neue Mobilitätskonzepte braucht das Land

Die Mobilitätswende muss kommen, wenn die Europäische Union die Ziele des Pariser Klimagipfels, die Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, erreichen will.

Nach einer Studie des European Alternative Fuel Observery (EAFO) der Europäischen Kommission dürften ab 2035 keine Autos mit Verbrennungsmotoren mehr auf europäischen Straßen fahren.

Der ITF Transport Outlook 2017 der OECD prognostiziert, dass trotz eines großen technologischen Fortschritts die CO2-Emissionen im Kraftverkehr bis 2050 um 60 Prozent zunehmen könnten.

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Runter mit den Pfunden:
Warum Autos eine Diät brauchen

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tatt auf die große Mobilitätswende zu warten, lohnt ein Blick auf Neuentwicklungen, mit denen bereits heute ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden kann. Zum Beispiel im Bereich der Karosserien. Dass Kraftfahrzeuge dank innovativer Infotainment-, Sicherheits- und Komforttechnologien immer schwerer werden, ist kein Geheimnis. Dass sich das Gewicht negativ auf den Ausstoß von Treibhausgasen auswirkt, ebenfalls nicht. Während die Metallindustrie immer stärkere Spezialstähle entwickelt, setzt die Chemieindustrie auf extrem leichte, aber nicht minder stabile Hochleistungskunststoffe.

Leichtbau“ lautet die Lösung für eine bessere CO2-Bilanz bei gleichbleibendem Standard bei Sicherheit und Komfort. Des Deutschen liebstes Kind muss auf Diät. „Beim Kassenschlager VW-Golf liegen zwischen dem Modell 1 aus den 1970er Jahren und dem aktuellen Golf VII locker 450 Kilogramm Mehrgewicht“, weiß der Wirtschaftsingenieur Jan Bender. Er leitet das Marketing für Hochleistungskunststoffe beim Spezialchemiekonzern LANXESS.

weniger Gewicht
weniger Treibstoff
 pro 100 km
weniger CO pro zurückgelegtem Kilometer

„Hundert Kilogramm weniger Gewicht bedeuten bereits Einsparungen von einem halben Liter Treibstoff pro hundert Kilometern und 11,65 Gramm weniger CO2 pro zurückgelegtem Kilometer. Deswegen spielt das Thema ‚Gewicht‘ bei der Entwicklung neuer Kunststoffe eine entscheidende Rolle.“

Kunststoff statt Stahl: eine leichte Sache

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Heute kommen Leichtbauanwendungen aus Hochleistungskunststoffen in allen Bereichen des Automobils zum Einsatz. Neben der Karosserie ersetzen sie bereits zu rund einem Viertel klassische Stahlkonstruktionen im Fahrwerk und bis zu 16 Prozent im Antrieb. Wo Stahl ersetzt werden kann, setzen Ingenieure auf Verbundstoffe, die sogar deutlich stabiler und dabei leichter sind als Stahl. So werden zusätzlich Fasern aus Glas oder Karbon in den Kunststoff eingebettet.

Das Prinzip ist vergleichbar mit dem des menschlichen Skeletts, wobei in den Verbundmaterialien die Fasern bei Belastung den Kunststoffen die nötige Stabilität verleihen. Durch diesen Trick lassen sich Bauteile herstellen, bei denen Kunststoffe bislang nicht als Werkstoffe in Betracht kamen. Zum Beispiel eine Reserveradmulde für eine Oberklasse-Limousine, die aus Polyamid mit 60 Prozent Glasfaser-Anteil besteht. Das Kunststoff-Bauteil wird in die Alu-Karosserie des Fahrzeugs geklebt und ist so stabil, dass es sogar mithilft, den hinteren Teil des Wagens zu versteifen – und das ist wichtig für ein gutes Fahrverhalten. Selbst Bremspedale können heute aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt werden. Sie reduzieren das Gewicht des Bremspedals um mehr als 40 Prozent.

Interview mit Jan Bender

Leiter Marketing EMEA im Geschäftsbereich
High Performance Materials (HPM) bei LANXESS

Herr Bender, welche Vorteile haben die heutigen Hochleistungskunststoffe gegenüber Metallen, die im Automobil verarbeitet werden?

Nicht überall kann auf Metallteile verzichtet werden. Aber oftmals bieten faserverstärkte Kunststoffe eine erhöhte Designfreiheit, die mit Vorteilen für die Integration von Funktionen in Bauteilen einhergeht. Selbst im Falle komplexer Geometrien entstehen in der Regel nacharbeitsfreie Bauteile, was vor allem in der Großserie deutliche Kostenvorteile erschließt.
Viele sehr interessante Anwendungen werden zunehmend mit Hybridbauteilen erschlossen. Das sind Bauteile aus Metall und Kunststoff. Hier ergänzen sich die positiven Eigenschaften beider Materialien und bieten neben den beschriebenen Vorteilen des Kunststoffs verbesserte Steifigkeiten und eine einfachere Verarbeitung. Ein aktuelles Beispiel sind Bauteile in der Hohlprofil-Hybridtechnik. Mit ihr können Strukturbauteile mit hohen Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit vergleichsweise schnell und kostengünstig hergestellt werden.

Ein Bremspedal aus Kunststoff. Für den Otto-Normal-Verbraucher, der bei Kunststoff an Spielgeräte oder Haushaltsartikel denkt, stellt sich die Frage, wo das Geheimnis der Stabilität und Sicherheit bei den Hightech-Anwendungen liegt. Können Sie es lüften?

Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff. Die Palette der Kunststoffe ist heutzutage riesig. Aber für den Einsatz in hochbelasteten Bauteilen sind sogenannte Thermoplaste die erste Wahl. Neben der Wahl des geeigneten Kunststoffs liegt ein wesentlicher Teil des Geheimnisses im anforderungsgerechten Design des Bauteils. Durch die Kombination von Glasfasern zu den endlosfaserverstärkten Thermoplasten erreicht man genau auf die Belastung abgestimmte Werkstoffkennwerte. Einzelne Endlosglasfaserlagen werden in weitgehend frei wählbaren Winkeln angeordnet. Damit lassen sich multiaxial verstärkte Laminate aufbauen, die optimal an die jeweiligen lastspezifischen Bauteilanforderungen angepasst sind, was dünnere und damit leichtere Konstruktionen ermöglicht ohne Einbußen in der Sicherheit.

Wäre es möglich, ein Auto aus Kunststoff in Serienreife zu bauen? Neu ist die Idee ja nicht. Leider haben Vollkunststoffautos es nie über die Konzeptstufe gebracht.

Eine schöne Vision, die man sich mit viel Phantasie vielleicht in einigen Jahren für autonom fahrende Autos vorstellen könnte. Möglicherweise könnten Unfallrisiken durch autonome Fahrassistenzsysteme so weit gesenkt werden, dass völlig andere Fahrzeugkonstruktionen denkbar sind. In dem Fall werden Kunststoffe auch in der Karosserie eine noch bedeutendere Rolle spielen. Bereits heute ist aber klar, dass das Thema Leichtbau – und damit auch der Einsatz von Kunststoffen – in der Elektromobilität einen großen Stellenwert hat. Denken Sie nur an das aktuell vieldiskutierte Thema der Reichweiten elektrifizierter Fahrzeuge. Ähnlich wie beim Verbrennungsmotor ermöglicht reduziertes Gewicht in Fahrzeugen größere Reichweiten. Design- und Materiallösungen für die großen Trends Elektromobilität und autonomes Fahren entwickeln sich gerade rasant. Kunststoffe spielen hier eine unverzichtbare Rolle.

Biomethan vom Bauernhof? Der Landwirt als Treibstoffproduzent

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wichtsreduktion durch den Einsatz von modernen Hochleistungskunststoffen ist nicht alles, womit die Spezialchemie einen Beitrag zum Klimaschutz in der Mobilität leisten kann. Ein anderes Beispiel ist Biomethan als klimafreundlicher Treibstoff. Die Vorteile gegenüber den Treibstoff-Konkurrenten sind eindeutig: rund 20 Prozent weniger CO2-Emissionen als Diesel, kaum messbare Stickoxidwerte, eine Reichweite, die mit rund 400 Kilometern je nach Automobil akzeptabel ist. Zu guter Letzt ist Biomethan günstiger als Benzin.

Biogas, der Rohstoff für Biomethan, wird aus Gülle und landwirtschaftlichen Abfallprodukten gewonnen. Hauptbestandteil ist Methan. Das Besondere:

Bei der Verbrennung von Biogas wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie bei der Herstellung aus der Luft entnommen wird. Es verbrennt also nahezu klimaneutral.

Ferner werden auf diesem Weg die landwirtschaftlichen Abfallprodukte wiederverwertet, was abermals die Treibhausgasemissionen signifikant mindert.

 

Klimaneutraler Treibstoff direkt vom Bauernhof: Die Idee ist schon Realität. In der Schweiz und in Süddeutschland gibt es erste Hoftankstellen, an denen bis zu zehn Kunden pro Tag klimaneutrales Biomethan zapfen können. Damit die Treibstoffgewinnung aus Biogas funktionieren kann, ist ein kleiner chemischer Zusatzschritt vonnöten. Im Produktionsprozess fällt Schwefelwasserstoff an – ein Gas, das nicht nur durch seinen unangenehmen Geruch von faulen Eiern störend wirkt, sondern vor allem den Motor schädigen und langfristig zerstören kann. Um diesen Stoff zu entfernen, setzt die Spezialchemie synthetisches Eisenoxid ein. Es ist eine kosteneffiziente Alternative zur Aktivkohle, die ebenfalls zur Entschwefelung eingesetzt werden kann. Der Treibstoffproduktion mittels Recycling von landwirtschaftlichen Abfallprodukten steht somit nichts im Weg.

  • Methan
  • Formel: CH4
  • Schmelzpunkt: -182°C
  • Siedepunkt: -162°C
  • Aggregatzustand: gasförmig

Biomethan als alternativer Treibstoff
Biogas ist als ressourcenschonender und klimaneutraler Energieträger im Trend. Deutschland ist mit rund 9000 Biogasanlagen führend in Europa. Biogas wird aktuell vornehmlich zur Stromerzeugung eingesetzt. Für die Treibstoffanwendung wird der Methangehalt auf rund 95 Prozent angereichert.

Das Biomethan besitzt damit dieselben chemischen Eigenschaften wie konventionelles Erdgas und kann äquivalent genutzt werden. Mit Biomethan lassen sich die Treibhausgasemissionen eines Fahrzeugs um 65 Prozent senken. Laut Interessenverband Zukunft Erdgas bietet aktuell etwa ein Viertel aller CNG-Tankstellen Biomethan in verschieden hoher Beimischung an.

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Altreifen-Recycling: Back on Road

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ch im Straßenbau kommen Recyclingmaterialien zum Einsatz. Und zwar Altreifen. Aus ihnen wird gummimodifizierter Asphalt hergestellt. „Um den Straßenbelag elastischer und länger haltbar zu machen, wird der Bitumenmischung Gummimehl zugefügt, das über ein stoffliches Wiederverwertungsverfahren aus alten Reifen gewonnen wird“, erklärt Dr. Dietmar Hoff, Leiter Marketing Tire Products des Geschäftsbereiches Rhein Chemie bei LANXESS.

Laut ADAC tragen Straßenbeläge, in denen recyceltes Gummimehl verarbeitet ist, zu einer Lärmreduzierung von rund drei Dezibeln bei. Das kommt der Halbierung des Schalldrucks gleich. Damit die gewünschten Eigenschaften des Gummimehls im späteren Straßenbelag optimal zur Wirkung kommen, werden ihm kleine Zusätze, sogenannte Additive, aus dem Chemielabor beigemischt.

Additive sind im Automobilbereich unersetzlich. Die kleinen Helfer sind in fast allen Bauteilen vom Motor über die Antriebsstränge bis hin zu Kabeln und sogar dem Treibstoff zu finden. Im Motoröl sind sie beispielsweise vergleichbar mit Nahrungsergänzungsmitteln. Sie sorgen dafür, dass der Motor länger rundläuft. Dank der Additive im Motoröl kann der nächste Ölwechsel entspannt auf sich warten lassen. Je nach Komponenten verlängert sich die Kilometerleistung um das Doppelte. Unter der Motorhaube eines Autos stecken jede Menge Additive. So werden Kabel mit entsprechenden Flammschutzmitteln modifiziert, um den hohen Temperaturen im Herzen des Autos standzuhalten.

 

„Additive sind Vertrauenssache“, weiß Dr. Anno Borkowsky, Leiter des Geschäftsbereichs Additive bei LANXESS. Der Chemiker ist Experte auf seinem Gebiet. Seit mehr als 20 Jahren forschen er und seine Teams in enger Kooperation mit Autobauern und Zulieferern an den optimalen Zusätzen, um Endprodukte effizienter zu machen. „Die Automobilbranche steht vor großen Herausforderungen, um gesetzliche Normen zur Emissionsreduktion und Treibstoffeffizienz einzuhalten. Um diese zu erfüllen, können wir mit unseren hochspezialisierten Anwendungen einiges erreichen“, meint Borkowsky. Wie viel Chemie im Auto steckt, nimmt der Otto-Normalautofahrer in der Regel kaum wahr.

Fest steht, dass die Chemie die Mobilität bewegt. Sogar zu mehr Nachhaltigkeit.

 

Eine Content Marketing-Lösung der F.A.Z. Media Solutions Manufaktur.
Für LANXESS.

Quelle: Was uns bewegt - Teil 2: Mobilität von morgen – Fortschritt und Klimaschutz

Veröffentlicht: 15.12.2017 10:37 Uhr