Verbundwerkstoff Biologisch abbaubare Materialien für das Auto

Der schwedische Automobil­hersteller Polestar hat zusammen mit dem Künstler Thijs Bierstecker neue Materialkom­binationen erforscht. Dabei stehen biobasierte Polymere im Mittelpunkt. Das Besondere: Eine interaktive Kunstinstallation schaffte hierfür die Grundlage.

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Das Thema Nachhaltigkeit ist in der Automobilindustrie angekommen. Immer mehr Kunden wollen auch künftig in den Fahrzeugen biologisch, abbaubare Materialien sehen. Neben dem ökologischen Aspekt ist auch die CO₂-Bilanz der Fahrzeuge entscheidend. Deshalb sind Automobilhersteller und ihre Zulieferer auf der intensiven Suche nach neuen Werkstoffen und nachhaltigen Werkstoffkombinationen.

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„Wir glauben, dass nachhaltige Materialien neue Designmöglichkeiten schaffen und die Bedeutung von Premium neu definieren können“, ist sich Ross Kelk, Chief Engineer of Interiors bei Polestar UK R&D, sicher. Der schwedische Automobilhersteller Polestar ist ein Joint Venture der Automobilhersteller Volvo Car Corporation und Geely. Unter dem Namen Polestar Engineered fungiert das Unternehmen als markeninterner Tuner. Seit 2017 stellt es auch als Eigenmarke Elektroautos her. Zusammen mit dem Awareness Artist Thijs Biersteker ist Polestar einen auf den ersten Blick eher ungewöhnlichen Weg gegangen, um neue biologisch abbaubare Materialien für seine Fahrzeuge zu entdecken.

Kunst soll zum Nachdenken anregen

Entstanden ist die interaktive Kunstinstallation „We Harvest Wind“: eine Skulptur mit einem Durchmesser von drei Metern, die aus einer Reihe von Außenflügeln besteht, die um eine zentrale Spirale drehen. Die Kunstinstallation erinnert an ein Windspiel. Bei der Entwicklung des Werks arbeiteten das Woven Studio des Künstlers Biersteker und das Forschungs- und Entwicklungsteam von Polestar Hand in Hand. „Einer der Hauptgründe für die Zusammenarbeit ist, dass ‚We Harvest Wind‘ die Menschen dazu anregt, durch Kunst über die größten Herausforderungen unserer Zeit – die Klimakrise, die Umweltverschmutzung und den Übergang zu erneuerbaren Energien – nachzudenken“, begründet Kelk die Zusammenarbeit mit Biersteker.

Nachhaltiger Leichtbau mit Flachs

Flachs ist eine einheimische Pflanze, die in Europa natürlich wächst und seit Jahrhunderten Teil der landwirtschaftlichen Geschichte ist. Er benötigt nur sehr wenig Wasser und Nährstoffe, um erfolgreich zu wachsen. Außerdem dient er als Fruchtfolgepflanze und verbessert so die Ernteerträge auf bestehenden Anbauflächen. Weder beim Anbau noch bei der Verarbeitung der Flachspflanzen werden Chemikalien eingesetzt, die das Grundwasser verunreinigen könnten, und die Ernte ist ein rein mechanischer Prozess. Nach der Ernte kann die gesamte Flachspflanze als Futtermittel oder zur Ölherstellung verwendet werden, und die Fasern werden vor allem für Heimtextilien und Kleidung genutzt. Die langen Fasern der Flachspflanze besitzen sehr gute mechanische Eigenschaften und ein gutes Dämpfungsverhalten im Verhältnis zu ihrer Dichte, wodurch sie sich besonders gut als natürliche Faserverstärkung für alle Arten von Polymeren eignen.

Biobasierte Polymere statt Materialien, die auf fossilen Brennstoffen basieren

Im Projekt „We Harvest Wind“ erforschten Biersteker sowie das Forschungs- und Entwicklungsteam von Polestar neue Materialkombinationen, bei denen biobasierte Polymere verwendet werden statt traditioneller Materialien, die auf fossilen Brennstoffen basieren. Bei der Auswahl des Materials für die Außenflügel untersuchte das Team zunächst die Verwendung von Bcomp-Power-Ribs, kombiniert mit einer Platte aus Naturfasern und Polypropylen (NFPP) – dem gleichen flachsbasierten Verbundwerkstoff, den Polestar im Konzeptfahrzeug Precept einsetzt.

Gesamtgewicht um 50 %, Kunststoffanteil um 80 % gesenkt

„Im Precept haben wir mehrere neue nachhaltige Materialien eingeführt, darunter zu 100 Prozent recycelte PET-Flaschen, die für Sitzbezüge ohne Abfall dreidimensional gestrickt werden, wiederverwendete Fischernetze aus Nylon-6 für Fußmatten sowie recyceltes Vinyl auf Korkbasis für Sitzpolster und Kopfstützen“, verrät Kelk. Die Flachsfaser-Verbundwerkstoffe von Bcomp werden sowohl für die Innen- als auch für die Außenteile des Fahrzeugs verwendet. „Wobei das Gesamtgewicht um bis zu 50 Prozent und der Kunststoffanteil um 80 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Innenverkleidungen reduziert werden“, so der Entwickler. Die meisten Naturfaserprodukte verwenden jedoch Polypropylenharz auf Basis fossiler Brennstoffe.

Im Rahmen des Projekts wurde dieser Umstand in Frage gestellt und eine Reihe von nachhaltigeren, biologisch abbaubaren Harzen untersucht. So wurden die Blätter der Skulptur aus 3D-gedrucktem, recycelten PET-Kunststoff hergestellt. Für die Außenflügel wurde im Projekt eine Struktur erarbeitet, die aus einem Verbundwerkstoff aus Flachs und Polymilchsäure (PLA) und einem biologisch abbaubaren Biopolymer aus Mais hergestellt wird. „Die Kombination dieser beiden Materialien verleiht dem Kunstwerk ein wirklich organisches Gefühl“, beschreibt der Künstler Thijs Biersteker.

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Vollständig biobasierte Lösung für zukünftige Fahrzeuge

Was spielerisch als Experiment begann, soll zukünftig Einfluss auf die Fahrzeugproduktion bei Polestar haben. „Diese Zusammenarbeit hat mehrere Initiativen innerhalb des Polestar-Teams angestoßen und einige laufende Studien, die wir mit Bcomp durchführen untermauert“, resümiert Kelk. So ermögliche Bcomp-Power-Ribs einen weiteren Einsatz von auf fossilen Brennstoffen basierenden Werkstoffen durch natürliche Inhalte. Dafür wird die notwendige Struktur, die in herkömmlichen Spritzgussteilen zu finden ist, stattdessen aus einer flachsbasierten Struktur hergestellt.

Vibrationen um 250 Prozent reduziert

Sie bildet eine 3D-Struktur auf der Rückseite der Außenpaneele und erhöht deren Festigkeit und Steifigkeit drastisch. „Infolgedessen können die Paneele dünner gemacht werden, was sowohl das Gewicht als auch die Materialmenge reduziert“, sagt Kelk. Darüber hinaus reduziere Power-Ribs Vibrationen um 250 Prozent und verhalte sich bei Unfällen besser als herkömmliche Materialien. Aus dem Experiment erhofft sich Kelk nun Folgendes: „Jetzt hoffen wir, eine vollständig biobasierte Lösung mit Power-Ribs und biobasiertem Polypropylen in der zukünftigen Produktion von Polestar Fahrzeugen einsetzen zu können.“

Bis 2030: Erstes klimaneutrales Auto der Welt

Das nächste Ziel von Polestar ist, bis 2030 mit dem Polestar-0-Projekt das erste klimaneutrale Auto der Welt zu entwickeln, indem Treibhausgasemissionen in der gesamten Lieferkette und in der Produktion vermieden werden. Hierfür seien Werkstoffe ein wichtiger Bestandteil. „Polestar ist entschlossen, die Gesellschaft, in der wir leben, zu verbessern, indem wir Design und Technologie nutzen, um den Wandel zu nachhaltiger Elektromobilität zu beschleunigen“, fasst Kelk die Pläne zusammen.

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