Ein Elektroantrieb allein reicht nicht. Damit ein Auto klima- wie umweltfreundlich ist, müssen noch ein paar Dinge mehr passieren. Im Technologieprogramm Tomorrow XX hat sich die Mercedes-Benz Group schon vor zwei Jahren daran gemacht, das Auto und die Produktionsprozesse dahinter unter Nachhaltigkeitsaspekten neu zu denken und die Grenzen des technisch Machbaren auszuloten. Die Zwischenergebnisse wurden jetzt in Stuttgart auf einem Workshop präsentiert.
Die große Herausforderung, neue Ansätze mit dem Ziel eines geschlossenen Materialkreislaufs zu entwickeln, resultierte in 400 Vorschlägen interdisziplinär arbeitender Teams – bei Mercedes, aber auch Entwicklungspartnern und Teilelieferanten. „Wir denken buchstäblich jedes Bauteil neu“, erklärt Jörg Burzer, der neue Mercedes-Vorstand für Entwicklung und -Einkauf. Über 40 neue Bauteil- und Materialkonzepte erhielten den Zuschlag. Mit anderen Worten: An über 40 Projekten wird intensiv weitergeforscht. Am Ende, zum Zeitpunkt XX, könnte ein komplett CO2-freier Mercedes-Benz auf die Straßen rollen.
Mercedes-Entwicklungsvorstand Jörg Burzer (links) zusammen mit Entwicklungsingenieur Fabian Köster. Fotos: Mercedes-Benz
Realität ist bereits eine strategische Partnerschaft mit Norsk Hydro aus Oslo. Von den Norwegern bezieht Mercedes-Benz heute schon Aluminium für die Serienproduktion, dessen Herstellung 70 Prozent weniger CO2 freigesetzt hat als der europäische Durchschnitt. Bis 2030 wollen die Partner den CO2-Fußabdruck sogar um mehr als 90 Prozent reduzieren. Das große Ziel ist es, die Aluminiumproduktion mithilfe innovativer Techniken komplett zu transformieren. Schließlich, so Burzer, „sind wir schon immer Pioniere für Innovationen, es ist seit 140 Jahren Teil unserer DNA“.
Schon in vielerlei Hinsicht nachhaltig: der neue CLA
Im neuen Mercedes CLA stecken bereits 40 Prozent des Aluminiums, das in norwegischen Elektrolyseanlagen mithilfe erneuerbarer Energien produziert wird. Das allein führt zu einer Verminderung von rund 400 Kilogramm CO2 pro Fahrzeug im Vergleich zum nicht elektrifizierten Vorgängermodell. Im neuen CLA befinden sich zudem 42 Kilogramm Sekundärmaterial aus ressourcenschonenden Rezyklaten.
Die Nutzung hochwertigen Recyclingmaterials kann den Bedarf an Primäraluminium, das sehr energieintensiv ist, entscheidend reduzieren und so einen wichtigen Beitrag zur werkstofflichen Kreislaufwirtschaft leisten. Als Beispiel zeigte Mercedes-Benz auf dem Workshop eine Aluminium-Seitenwand, deren Anteil bis zu 86 Prozent „Post-Consumer-Schrott“ aufweisen kann und dabei die gleichen Material- und Oberflächeneigenschaften hat wie ein Neuteil aus konventioneller Herstellung.
Materialien neu gedacht
Nicht zu vergessen Stahl. Neben Aluminium ist es in der üblichen Herstellung sehr CO2-intensiv. Deshalb setzt Mercedes auf Verfahren, die den Ausstoß von Treibhausgasen nahezu vollständig vermeiden können. Im Wesentlichen wird dabei das klassische Hochofenverfahren durch eine Kombination aus wasserstoffbasierter Direktreduktion, gepaart mit erhöhtem Schrotteinsatz im Elektrolichtbogenofen ersetzt. Wird dieser Prozess vollständig mit erneuerbarer Energie betrieben, entsteht nahezu CO2-freier Stahl.
Schon heute können die Stuttgarter den CO2-Fußabdruck um mehr als 60 Prozent reduzieren. Dazu setzen sie auf Stahlprodukte, die einen Schrottanteil von 100 Prozent aufweisen und im oben genannten Elektrolichtbogenofen gefertigt werden. Auch für komplexe Bauteile sollen die Schrottquoten erhöht werden.
Aluminium-Seitenwand des Mercedes CLA, die bis zu 86 Prozent aus recyceltem „Post-Consumer-Schrott“ besteht und dabei die gleichen Material- und Oberflächeneigenschaften hat wie ein Neuteil aus konventioneller Herstellung.
Recyceltes PET kann den CO2-Fußabdruck eines Autos ebenfalls deutlich reduzieren. Seit vielen Jahren schon bestehen viele Sitzbezüge bei Mercedes aus geschredderten Plastikflaschen. Ein sogenanntes PET-Monosandwich zum Beispiel halbiert den CO2-Fußabdruck einer Türtasche. Das Sandwichverbundsystem, das die Entwickler von Mercedes-Benz erfanden, besteht nur noch aus einem einzigen Kunststoff: recyceltem PET. Der Schaumkern mit seiner Knochenstruktur verringert zudem das Gewicht – in diesem Fall das einer Türtasche um 40 Prozent. Und das bei gleichbleibender Performanz.
Die hohe Rezyklierbarkeit von PET ermöglicht es, Primärmaterialien in Fahrzeugen zu ersetzen. Deshalb will Mercedes-Benz den Anteil an marktverfügbaren Pre- und Post-Consumer Rezyklaten (PCR) konsequent erhöhen. Beispielsweise wurde im neuen CLA ein Wischwasserbehälter eingeführt, der zu 100 Prozent aus recyceltem statt primärem Polypropylen besteht. Auch Bauteile wie Stoßfänger vorne und hinten könnten bis zu 25 Prozent PCR enthalten.
Magnesium fliegt aus der Produktion
Von Magnesium hat sich Mercedes verabschiedet. Zwar bietet das Leichtmetall Gewichtsvorteile, ist aber in der Herstellung sehr teuer und hat einen hohen CO2-Fußabdruck. Durch den Verzicht auf das Material konnte das Unternehmen zudem die Abhängigkeit von Rohstoff-Lieferungen aus China verringern.
Ein sogenanntes PET-Monosandwich zum Beispiel halbiert den CO2-Fußabdruck einer Türtasche. Auch biobasierte Materialien tragen hier dazu bei, dass das Bauteil Umwelt und Klima geringer belastet – und obendrein leichter zu recyceln ist.
Ein Beispiel, das kurz vor Serienreife steht, ist ein innovativ gefertigter Halter, der die Mittelkonsole mit dem Rohbau verbindet. Das anspruchsvolle Bauteil muss hohen Kräften standhalten und auf einem sehr beengten Bauraum realisiert werden. Bislang wird es noch aus Magnesium-Druckguss gefertigt. Jetzt hat ein Team von Tomorrow XX einen Mittelkonsolenhalter aus dem glasfaserverstärktem Kunststoff Polypropylen mit Stahleinlegern entwickelt. Durch umfangreiche Computersimulationen ist es gelungen, die ideale Mischung zu finden, die die technischen Anforderungen des Halters erfüllt. Die neue Werkstoffkombination hat das Potenzial, den CO2-Fußabdruck des Bauteils um über 90 Prozent zu senken. Zudem verspricht sie geringere Material- und Fertigungskosten.
Sieben R-Strategie
Um der Dekarbonisierung, Ressourcennutzung und Kreislaufwirtschaft für das gesamte Produktportfolio auf die Sprünge zu helfen, hat das Unternehmen eine „7 R“-Strategie entwickelt. Rethink, Reduce, Repair, Refurbish, Reuse, Recycle und Recover – auf Deutsch etwa: alles neu Denken, Reduzieren, Reparieren, neu Aufbauen, Wiederverwenden, Recyceln, Wiedergewinnen. Ein jeder der sieben Vorgänge verbessert die Resilienz und verringert den Einsatz wertvoller Ressourcen.
Was hat es mit diesen sieben Prinzipien auf sich? „Sie dienen dazu, die Langlebigkeit unserer Produkte zu entwickeln“, sagt Jens Rubi für sein Team, das sich mit Materialwirtschaft beschäftigt und dazu eine
„Value Heat Map“ erstellt, die genau aufzeigt, wo ungenutztes Potenzial gehoben werden sollte. Je tiefer eingefärbt der Bereich des Fahrzeugs, desto höher das zu hebende Potenzial. Die Frage ist dann immer: Bei welchem R-Prinzip wird sich der Aufwand lohnen?
Rückführen statt verschrotten
Im Rahmen des Technologieprogramms Tomorrow XX hat Mercedes zudem eine Pilotstudie „Verkaufen Sie Ihr Altfahrzeug“ auf den Weg gebracht. Diese ermuntert Kunden ermuntert, ihre Altfahrzeuge – egal welcher Marke – an den Hersteller zurück zu verkaufen. Auf diese Weise wollen die Stuttgarter die Materialien im Kreislauf halten, aber auch herausfinden, wie viele der im Altfahrzeug enthaltenen Rohstoffe sie in höchster Qualität zurückgewinnen und in die Neuwagenproduktion integrieren können.