Die BMW Group hat gemeinsam mit einem Konsortium aus 15 Partnern aus Industrie und Wissenschaft das dreijährige Forschungsprojekt „Future Sustainable Car Materials“ (FSCM) erfolgreich beendet. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte Großprojekt hatte das Ziel, kreislauffähige Materialien zu entwickeln und diese schnellstmöglich in die automobile Serienproduktion zu überführen. Im Fokus standen dabei die vier zentralen Arbeitsfelder Kunststoffe, Metalle, Digitalisierung und kreislauforientiertes Design („Design for Circularity“). Durch die Ergebnisse sollen Materialkreisläufe geschlossen und der CO2e-Fußabdruck von Fahrzeugen langfristig und nachhaltig gesenkt werden.
In der industriellen Forschung gilt der Übergang vom Labor in die Massenfertigung als größte Hürde. Martin Derks, Projektleiter von FSCM und Leiter Kunststoffe bei der BMW Group, betont, dass reine Emissionsreduktion in der Forschung nicht ausreiche. Entscheidend sei die uneingeschränkte Serienfähigkeit neuer Werkstoffe. Ein nachhaltiger Materialansatz müsse zwingend die strengen Qualitätsstandards des Automobilherstellers erfüllen und gleichzeitig in der Massenproduktion wirtschaftlich rentabel bleiben. Das FSCM-Projekt hat in allen untersuchten Bereichen diese notwendigen Grundlagen durch Simulationen, Berechnungen und Belastungstests geschaffen.
Kunststoffe im Praxistest: Grenzen und Chancen für die Kreislaufwirtschaft
Im Bereich der Kunststoffe untersuchten die Konsortialpartner, wie sich der ökologische Fußabdruck großer Bauteilgruppen im Fahrzeug durch den gezielten Einsatz von Rezyklaten senken lässt. Wichtigste Bedingung hierbei war, dass keinerlei Abstriche bei der Sicherheit, der optischen Qualität oder der Funktionalität der Bauteile gemacht werden dürfen. Die Forscher entwickelten CO2e-reduzierte Werkstoffe für Instrumententafelträger, Leuchten sowie verschiedene Verkleidungsteile und verglichen diese in harten Praxistests mit den aktuell verbauten Serienkomponenten.
Zum Einsatz kamen dabei zwei unterschiedliche Recycling-Ansätze:
- Pre- und Post-Consumer-Kunststoffe: Rezyklate, die aus bereits genutzten Endverbraucherprodukten wie Haushaltsverpackungen oder alten Industriekomponenten gewonnen werden.
- Closed-Loop-Ansätze: Innovative Verfahren, bei denen Materialien am Ende des Fahrzeuglebenszyklus direkt wieder in den Produktionskreislauf desselben Produkts zurückgeführt werden.
Die Testergebnisse fielen differenziert aus. Für ausgewählte Anwendungen, wie beispielsweise die Trägerstrukturen von Instrumententafeln und Heckleuchten, konnten technische Lösungen mit deutlich gesteigerten Rezyklatanteilen erfolgreich realisiert werden. Gleichzeitig zeigte das Projekt jedoch auch klare technologische Grenzen auf. Bei besonders sicherheits- oder optikrelevanten Bauteilen – darunter licht- und stromführende Komponenten – erreichen Rezyklatmaterialien derzeit noch nicht das geforderte Qualitätsniveau von Neuware-Kunststoffen. Das Projekt FSCM liefert der Industrie damit eine belastbare Entscheidungsgrundlage, in welchen Bereichen der Rezyklateinsatz sofort wirtschaftlich sinnvoll ist und wo noch Forschungsbedarf besteht.
Fokus Metalle: Effizienter Materialeinsatz schont Ressourcen
Neben Kunststoffen standen die Hauptkomponenten des Fahrzeugbaus im Fokus: Stahl und Aluminium. Diese Werkstoffe sind maßgeblich für die Crashsicherheit und die strukturelle Integrität eines Autos verantwortlich. Die Projektpartner setzten hier an zwei wesentlichen Hebeln an:
- Materialeinsparung: Entwicklung neuer Werkstoff- und Bauteilkonzepte zur Reduzierung des Gesamtgewichts.
- Erhöhung des Rezyklatanteils: Der verstärkte Einsatz von Sekundärmetallen, um den Einsatz von energieintensiven Primärrohstoffen zu minimieren.
Mithilfe von Technologiedemonstratoren, unter anderem für sicherheitsrelevante Karosseriestrukturen, wiesen die Forscher nach, dass sich Metalle deutlich effizienter einsetzen lassen. Die hohen Anforderungen an die Crashsicherheit und die Materialqualität wurden dabei vollständig erfüllt. Das Projekt verdeutlicht, dass nachhaltigere Metalllösungen im Großserienbau möglich sind, die Einführung jedoch an strikte technische Rahmenbedingungen geknüpft bleibt.
Digitalisierung und Design: Schlüssel für die schnelle Serienreife
Um die neu entwickelten, nachhaltigen Materialien schneller in den automobilen Entwicklungsprozess zu integrieren, setzt das Konsortium auf digitale Werkzeuge. Im Arbeitspaket Digitalisierung wurde eine zentrale Daten- und Informationsplattform aufgebaut. Diese bündelt Materialeigenschaften, Prüfergebnisse sowie Nachhaltigkeitskriterien und macht sie systematisch vergleichbar. Entwickler können dadurch bereits in einer sehr frühen Phase fundierte Entscheidungen über den Einsatz von Rezyklaten, deren Qualitätsgrenzen und Einsatzbereiche treffen.
Ergänzt wird dieser digitale Ansatz durch das Prinzip „Design for Circularity“. Hierbei wird die spätere Recyclingfähigkeit bereits im ersten Entwurf eines Bauteils verankert. Zu den entwickelten Konzepten gehören Materialreduktion, Funktionsintegration sowie eine einfache Trennbarkeit der Werkstoffe am Ende des Fahrzeuglebens. Als konkrete Demonstratoren wurden ein neuartiges Schalensitz-Konzept, ein ökologisches Holz-Kork-Cockpit sowie eine innovative Türverkleidung entwickelt, die tragende Funktionen für Armauflage und Innengriff übernimmt. Diese Designprinzipien bieten laut den Projektpartnern auch Ansätze für andere Industriezweige außerhalb des Automobilbaus.
Transfer in die Praxis: Die „Neue Klasse“ profitiert bereits
Dass die Erkenntnisse aus der Forschung direkt in die Praxis einfließen, zeigt die BMW Group bei der Entwicklung ihrer kommenden Fahrzeuggeneration, der sogenannten „Neuen Klasse“. Beim neuen BMW iX3 besteht bereits rund ein Drittel des gesamten Fahrzeugs aus Sekundärmaterialien. Besonders deutlich wird dies bei den Aluminiumguss-Komponenten. Die Radträger und Schwenklager weisen einen Sekundärmaterialanteil von rund 80 Prozent auf, während die Aluminiumguss-Felgen zu 70 Prozent aus Sekundäraluminium gefertigt werden. Das Projekt FSCM untermauert damit die langfristige Strategie des Automobilherstellers, die Abhängigkeit von Primärrohstoffen systematisch zu reduzieren und Ressourcen über mehrere Lebenszyklen hinweg werterhaltend zu nutzen.
Das FSCM-Konsortium umfasste neben der BMW AG namhafte Industrieunternehmen wie die Thyssenkrupp Steel Europe AG, Evonik Operations GmbH, MOCOM Compounds GmbH & Co. KG, Constellium und die Dräxlmaier Group. Wissenschaftlich begleitet wurde das Projekt unter anderem von drei Lehrstühlen der Technischen Universität München (TUM) sowie Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft.
