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Leichtbau-Forschung für Karosserien mit besserer Klimabilanz

In einem Verbundprojekt erproben Forschung und Industrie gemeinsam die umweltfreundlichere Herstellung von Leichtbauteilen für die Automobilindustrie mithilfe digitaler Zwillinge. Der CO₂-Fußabdruck pro Fahrzeug könnte so zukünftig deutlich sinken.

Wenn es um Autos und CO₂-Emissionen geht, lenken wir den Blick meist zuerst auf die Abgase von Verbrenner-Modellen. Doch längst hat es sich die Automobilindustrie zur Aufgabe gemacht, Emissionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette deutlich zu reduzieren. Schon bei der Herstellung von Fahrzeugen sollen also Emissionen eingespart werden.

Wichtigster Ansatzpunkt dabei ist der Karosseriebau, für den überwiegend neu hergestelltes Aluminium (sogenanntes Primär-Aluminium) genutzt wird. Dessen Produktion ist besonders energieintensiv und verursacht hohe CO₂-Emissionen. Gleichzeitig fallen in der industriellen Produktion an verschiedenen Stellen Aluminiumreste an, beispielsweise beim Zuschneiden von Formteilen. Aus Recycling gewonnenes Aluminium (sogenanntes Sekundär-Aluminium) gilt als klimafreundlichere Alternative, da es Primär-Aluminium ersetzen kann.

^{Karosseriebau mit Recycling-Aluminium ohne Kompromisse bei Qualität und Crashsicherheit}

Noch aber ist der Einsatz von Recycling-Aluminium im Karosseriebau begrenzt, vor allem wegen der schwankenden Zusammensetzung des Materials. Durch die metallischen Verunreinigungen verhält es sich bei der Umformung, beim Schweißen und bei der Wärmebehandlung nicht immer gleich und wenig vorhersehbar.

Im Projekt „S3-Alu: Simulationsmethodiken zur Bewertung von Bauteilen und Systemen für nachhaltigen Leichtbau mit Sekundär-Aluminium“ wird deshalb von Forschung und Industrie gemeinsam erprobt, wie Primär-Aluminium in der Automobilproduktion wirtschaftlich, prozesssicher und mit gleicher Qualität durch Sekundär-Aluminium ersetzt werden kann. Der CO₂-Fußabdruck pro Fahrzeug könnte so um mehr als die Hälfte sinken.

Mithilfe von Simulationen kann die Qualität und Nachhaltigkeit der Recyclingmaterialien bewertet werden. Eine präzise Prozesskontrolle und eine angepasste Werkstoffwahl sollen schließlich Recycling-Aluminium mit den gleichen positiven mechanischen Eigenschaften und Korrosionseigenschaften wie Primär-Aluminium möglich machen. Langfristig könnte das die Dekarbonisierung der Fahrzeugproduktion unterstützen - ohne Kompromisse bei Qualität oder Crashsicherheit.

^{Digitaler Zwilling bildet verschiedene Zusammensetzungen virtuell ab}

Dafür entwickelt das Projektteam einen digitalen Zwilling, der verschiedene Zusammensetzungen von Recycling-Aluminium virtuell abbilden kann und als Grundlage für weitere Analysen dient. Mithilfe des digitalen Zwillings bewerten die Projektpartner die Eignung unterschiedlicher Aluminiumschrotte für die Herstellung neuer Werkstoffe. Durch die virtuelle Modellierung können verschiedene Materialvarianten simuliert und auf ihr Verhalten geprüft werden, ohne dass aufwendige physische Experimente erforderlich sind. Das spart Zeit und Ressourcen und beschleunigt die Entwicklung.

Die Forschenden untersuchen zunächst, wie groß der Anteil an recyceltem Aluminium in der Legierung sein darf, wenn die mechanischen Eigenschaften und die Qualität des Endmaterials erhalten bleiben sollen. Zusätzlich bewerten sie die CO₂-Bilanz der daraus entstehenden Bauteile und analysieren, wie sich unterschiedliche Materialzusammensetzungen und Prozessvarianten auf die Nachhaltigkeit auswirken. Das im April 2023 gestartete Forschungsprojekt wird mit 1,9 Millionen Euro gefördert und läuft noch bis zum 31. März 2026. Projektpartner sind das Helmholtz-Zentrum hereon GmbH als koordinierende Stelle, das Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien, der ACCESS e.V., die Volkswagen AG, die Leichtmetallgießerei Bad Langensalza GmbH und die Bode - Die Tür GmbH.

Bereits seit April 2020 und noch bis 2027 fördert das BMWE innovative Leichtbau-Projekte mit dem Technologietransfer-Programm Leichtbau (TTP LB). Das Förderprogramm unterstützt den Übergang hin zu einer klimaneutralen und wettbewerbsfähigen Industrie.