https://www.faz.net/-isd-9myvl
Verlagsspezial

: Elektrisiert mit Stahl

  • -Aktualisiert am

Bild: seksan mongkhonkhamsao/iStock

Ohne Stahlkocher käme die Elektromobilität nicht auf Touren. Der Werkstoff steckt im Motor, im Antriebsstrang und in der Karosserie von Elektrofahrzeugen.

          Der Trend ist eindeutig: Der Verbrennungsmotor gilt als Vergangenheit, dem Elektromotor soll die automobile Zukunft gehören. Dementsprechend investieren die Automobilkonzerne weltweit Milliardenbeträge in die neue Antriebstechnologie. Für die Stahlbranche klingt das zunächst nach einer schlechten Nachricht, denn mit der Elektrifizierung ändert sich der Antriebsstrang eines Autos grundlegend: Bestehen Motor und Getriebe bei einem konventionellen Pkw aus rund 1400 Teilen, sind es bei einem Elektromotor samt Getriebe nicht mehr als 200. Geschmiedete Kurbelwellen, Nockenwellen, aufwendige Schaltgetriebe – all jene aus Stahl gefertigten Komponenten eines Verbrennungsmotors gibt es in einem Elektromotor nicht.

          Doch das ist nur die eine Seite der Medaille. Denn zum einen müssen klassische Verbrennungsmotoren und neue Elektromotoren noch auf viele Jahre nebeneinander gefertigt werden, was erst mal einen Zuwachs an Komponenten bedeutet. Und zum anderen stecken auch im Elektroauto geschmiedete Stahlteile – und damit Chancen für die Stahlindustrie. Denn kein Batteriefahrzeug bewegt sich ohne hochkomplexe Stahlkomponenten.

          Elektroautos leichter bauen

          So kommt eine aktuelle Studie des Handelsblatt Research Institutes (HRI) im Auftrag des österreichischen Stahlkonzerns Voestalpine zu dem Schluss, dass trotz des Trends zur Elektrifizierung mit einer gleichbleibenden oder gar steigenden Stahlnachfrage der Automobilindustrie zu rechnen ist – vor allem aufgrund der Entwicklung innovativer hoch- und ultrafester Sorten, die den Werkstoff gleichermaßen leicht und fest machen, dabei aber bestens verarbeitbar, recyclingfähig und wirtschaftlich sind. „Für den Einsatz von Stahl in der Elektromobilität sprechen nicht nur wirtschaftliche Gründe, sondern auch eine vergleichbar gute Ökobilanz und Sicherheitsaspekte“, erklärt Jan Kleibrink, Head of Economic Analysis beim HRI. In der Elektromobilität werde künftig ein „intelligenter Werkstoffmix“ vorherrschen, in dem Stahl eine entscheidende Rolle spielt. Die Stahlkocher können die aktuelle Entwicklung in der Automobilindustrie also relativ gelassen verfolgen. Zumal Verbrennungsmotoren nach Expertenmeinung ohnehin parallel zum Elektromotor noch lange Zeit eine Rolle spielen werden. Eine Studie von FEV, einem der weltweit größten unabhängigen Entwicklungsdienstleister im Automotive-Bereich, geht davon aus, dass auch 2030 noch die Mehrheit aller in Europa verkauften Fahrzeuge einen Verbrennungsmotor besitzen wird (75 bis 85 Prozent), allerdings zum Großteil in hybridisierten Antriebssträngen. Weltweit sieht es nicht wirklich anders aus. „Der Umstieg zum reinen Elektrofahrzeug wird sich über Hy­bridantriebe vollziehen“, sagt auch Hermann Rottengruber, Professor für Energiewandlungssysteme für mobile Anwendungen an der Universität Magdeburg. Für eine Vielzahl von Anwendungen und Fahrzeugvarianten werde auch langfristig ein hybrider Antriebsstrang mit Verbrennungsmotor und Elektromotor die optimale Lösung bleiben. „Dennoch ist es Zeit, darüber nachzudenken, wie sich der Markt für Fahrzeugantriebskomponenten vor dem Hintergrund dieser Veränderungen umgestalten wird“, so der Motorenexperte.

          Die entscheidenden Bausteine der Elek­tromobilität sind Batterie, Elektromotor, Antriebsstrang und Leistungselektronik. Nur wenn die einzelnen Komponenten perfekt miteinander harmonieren, entsteht ein leistungsstarkes Fahrzeug mit hoher Reichweite. In der Branche hat sich daher ein Wettrennen um die leistungsfähigsten Antriebskonzepte entwickelt. Jene neuen Antriebskonzepte stehen auch im Fokus zahlreicher Vorträge und Diskussionsveranstaltungen beim Branchentreffen GIFA Ende Juni in Düsseldorf – und der Blick auf das Teilnehmerfeld verdeutlicht die Bedeutung der Stahlindustrie in diesem Bereich: Von ArcellorMittal über Saarstahl und die Stahlgruppe Georgsmarienhütte bis hin zu Thyssen-Krupp Steel und die österreichische Voestalpine sind dort sämtliche Branchengrößen mit ihren Konzepten vertreten.

          Von Thyssen-Krupp Steel beispielsweise gibt es ein Konzept eines neuartigen Batteriegehäuses aus hochfestem Stahl. Es soll nicht mehr wiegen als eine vergleichbare Aluminiumvariante, aber nur annähernd die Hälfte kosten. Das ist ein extrem wichtiger Faktor im hochsensiblen Volumenmarkt, wo deshalb überwiegend hochfester Stahl zum Einsatz kommt. „Mit Stahl kann man Elektroautos 50 bis 60 Kilogramm leichter bauen“, sagt Philippe Aubron, Chief Marketing Officer der Unternehmenssparte Automotive Europe von ArcelorMittal. Der weltgrößte Stahlerzeuger hat neben Flachstahl auch Langprodukte für reine Elektrofahrzeuge im Portfolio. Getriebe von Elektrofahrzeugen seien zwar weniger komplex als bei klassischen Antrieben, die Anforderungen an die Teile aber ähnlich. So stecken darin beispielsweise Antriebswellen und Getriebekomponenten, die aus speziellen Stäben und Walzdrähten hergestellt werden. Eine ähnliche Entwicklung wie ArcellorMittal verfolgen daher auch Wettbewerber wie Saarstahl oder die Stahlgruppe Georgsmarienhütte. Dass der wirtschaftliche Leichtbau zunehmend zur Schlüsseltechnologie im Automobilbau wird, haben auch die Automobilhersteller erkannt. So schleppt beispielsweise die mit 600 Kilometern reichweitenstärkste Elektrolimousine von Tesla satte 750 Kilogramm Batteriegewicht mit sich herum, durchschnittliche E-Autos müssen Batterien mit einem Gewicht zwischen 200 und 300 Kilogramm bewegen. Damit die Elektromobilität trotz der schweren und teuren Stromspeicher den Massenmarkt erreicht, wird Stahl immer wichtiger: Ging der Elektroauto-Pionier Tesla anfangs mit einem Materialmix aus Aluminium, Titan und Stahl an den Start und packte BMW seinen Elektroflitzer i3 in den teuren Leichtbaukunststoff Karbon, so zeichnet sich hier dank neuer Leichtbau-Stähle ein Wandel ab. Beim neuen Tesla Modell 3 ist hauptsächlich Stahl angesagt – und BMW hat sich von seinem Gemeinschaftsunternehmen mit dem Karbonfabrikanten SGL Carbon inzwischen getrennt.

          Kernwerkstoff Elektroband

          Beim Übergang zum Elektroauto würden Stahlprodukte unverzichtbar für Motor und Antriebsstrang bleiben, betont Andreas J. Goss von Thyssen-Krupp Steel. „Ohne Stahl keine Elektromobilität“, sagt der Vorstandschef des Stahlkonzerns, der sich als Markt- und Technologieführer bei Elektroband sieht, dem Kernwerkstoff aller Elektromotoren. Die Qualität des weichmagnetischen Stahlprodukts entscheidet maßgeblich über das Drehmoment des Motors, der einen möglichst hohen Wirkungsgrad haben soll – bei möglichst geringem Energieverlust durch Ummagnetisierung. Elektroband ist ein teurer Spezialwerkstoff, den weltweit nur wenige Hersteller in ihrer Angebotspalette haben – neben Thyssen-Krupp Steel unter anderem ArcelorMittal und die österreichische Voestalpine.
          Welches Potential in der Technologie Elektroband steckt, führte kürzlich die Vacuumschmelze aus Hanau vor Augen: Mit Material des Spezialwerkstoffherstellers ausgerüstet, beschleunigte der Weltrekord-E-Rennwagen „Grimsel“ von null auf hundert in nur 1,513 Sekunden. Kein Serienauto der Welt kommt an eine solche Beschleunigung auch nur annähernd heran.

          Topmeldungen

          : Die Stahlproduktion soll grüner werden

          Bisher gehören CO2-Emissionen zur Stahlherstellung wie der Verbrennungsmotor zum Auto. Jetzt arbeiten die Produzenten mit Hochdruck an umweltfreundlicheren Verfahren. Für die Branche beginnt ein Rennen gegen die Zeit.
          Autos: Leichte und crashsichere Fahrzeuge wären ohne hoch-  und neuerdings ultrahochfeste Stahlbleche kaum möglich.

          : Kollaboration in Stahl

          Ob Verbrenner oder E-Fahrzeug: Wirtschaftlicher Fahrzeugleichtbau in der Großserienfertigung ist ohne innovative Stähle nicht darstellbar. Stahlhersteller und Stahlverarbeiter kooperieren, um Blechdicken durch den Einsatz neuer hoch- und höchstfester Stähle weiter zu reduzieren und selbst massiv umgeformte Komponenten gewichtsparend zu fertigen.

          : Stahlsorten nach Rezept

          Grundlagenforschung betreiben heißt, sich erst einmal nicht um den wirtschaftlichen Nutzen oder mögliche praktische Anwendungen einer neuen Erkenntnis zu kümmern. Weil man beim Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) aber den engen Kontakt zur Stahlindustrie braucht, rücken auch deren Bedürfnisse schon früh in den Blick der Wissenschaftler.