In einem Forschungsverbund von Wissenschaft und Unternehmen arbeitet Volkswagen an den Auto-Materialien der Zukunft: Neuentwicklungen auf Basis von Zellulose oder Pilzen (biologische Polymere) könnten bald das Leder ersetzen und dem Klimaschutz dienen. Ein Einblick in die Grundlagenforschung.
Wer die „Open Hybrid LabFactory“ (OHLF) am Wolfsburger Stadtrand das erste Mal betritt, fühlt sich an den Abenteuerparcours eines Computerspiels erinnert. Das Zentrum des Forschungscampus bildet das sogenannte Technikum, eine mehrere Stockwerke hohe Halle. Gießanlagen, Spritzgussanlagen, Presstechnik und Industrieroboter bestimmen das Bild. In Drahtkäfigen und Glaskabinen. sowie in 13 angrenzenden Laboren, läuft die Forschung an den Materialien künftiger Autos – das Ziel: Textilien, Metalle, Kunst- und Verbundstoffe sollen noch leichter und nachhaltiger werden, aber ebenso stabil sein wie heutige Werkstoffe.
Die Open Hybrid LabFactory steht für das Modell der Public Private Partnership. Das bedeutet, dass Hochschulen und Industrieunternehmen hier eng zusammenarbeiten. Zu den Vollmitgliedern zählen etwa die Stadt Wolfsburg, das Niedersächsische Forschungszentrum Fahrzeugtechnik, die Fraunhofer Gesellschaft und die Technische Universität Braunschweig. Auf Seiten der Industrie forschen neben Volkswagen viele Zulieferunternehmen der Kraftfahrzeugindustrie sowie metall- und kunststoffverarbeitende Betriebe.
Mit dem Wandel der Mobilität verändert sich auch die Arbeit auf dem Forschungscampus – stand zunächst der Leichtbau klar im Fokus, wird nun das Thema Circular Economy immer wichtiger. Dr. Marko Gernuks vertritt Volkswagen im Vorstand des OHLF. Er sagt: „Wir wollen Prozesse, Werkstoffe und Bauteile so gestalten, dass sie die Kreislaufwirtschaft substanziell verbessern. Dazu planen wir, neue Kunststoffe aus Recycling-Material zu entwickeln, wir wollen Demontageprozesse automatisieren, um Werkstoffe wirtschaftlich sortenrein zu trennen, und wir setzen auf Naturwerkstoffe in biologischen Kreisläufen.“
Wir wollen Prozesse, Werkstoffe und Bauteile so gestalten, dass sie die Kreislaufwirtschaft substanziell verbessern. // Dr. Marko Gernuks - Leiter Life Cycle Optimierung an der OHLF.
In diesem innovativen Umfeld arbeitet auch Dr. Martina Gottschling von der Volkswagen Group Innovation. Derzeit beschäftigt sie sich hauptsächlich mit der Grundlagenforschung für Lederersatzstoffe der nächsten Generation. Denn Volkswagen traf die Grundsatzentscheidung für die vollelektrische ID. Familie, dass keine tierischen Produkte mehr verwendet werden sollen. Aber auch bei anderen Baureihen steigt die Nachfrage nach tierfreien, hochwertigen Lederalternativen. Warum? Der CO2-Fußabdruck von Leder fällt im Vergleich zu anderen Werkstoffen relativ hoch aus, da die Tierhaltung in der Betrachtung berücksichtigt werden muss. Neue Technologien versprechen daher einen großen Hebel zur Verbesserung der CO2-Bilanz und damit für den Klimaschutz.
Lederersatz aus reiner Zellulose
Ein Ansatz, in dem die Volkswagen Forscher großes Potenzial sehen, sind wachsende Biomaterialien. Wer dabei nur an Industriepflanzen wie Raps oder Nadelholz denkt, irrt jedoch. Biomaterialien lassen sich auch im Labor erzeugen. Derzeit forscht Dr. Gottschling beispielsweise an reiner Zellulose*, die sich in natürlicher Form in pflanzlichen Zellwänden findet, beispielsweise in Holz. Im Labor kann sie in reiner Form von Bakterien erzeugt werden.
Das Naturpolymer verfügt über viele nützliche Eigenschaften: Es ist unter anderem sehr stabil und beständig. In reiner, nicht hybrider Form eignet es sich außerdem gut für Recycling-Prozesse und kann nach Gebrauch kompostiert werden – ein weiterer Pluspunkt.
Bestehen Sitzbezüge in Volkswagen Automobilen also schon bald aus Zellulose aus dem Labor? „Das Potenzial der Zellulose ist sehr groß“, erläutert Martina Gottschling und nennt eine Reihe von Vorteilen. So ist es in der OHLF möglich, die reine Zellulose in gewünschten Formaten zu züchten. Auch lässt sich der Zuchtvorgang gut skalieren, beispielsweise in Einrichtungen. Als hundertprozentig biologische Substanz eignet sich reine Zellulose zudem hervorragend für die biologische Kreislaufwirtschaft. „In sechs bis acht Jahren könnte das Material bereit sein für erste Anwendungen in Fahrzeugen“, schätzt Grundlagenforscherin Martina Gottschling.
Strenge Anforderungen an neue Werkstoffe
Die langen Entwicklungszyklen für neuartige Werkstoffe lassen sich im Automobilbau nicht einfach abkürzen. Denn Volkswagen stellt hohe Anforderungen an die Haltbarkeit von Komponenten und Bauteilen. „Im Modebereich sind die Anforderungen an die Strapazierfähigkeit und Langlebigkeit weniger hoch, dort lassen sich Entwicklungen schneller in die Serie überführen“, erläutert Martina Gottschling.
Insgesamt führt die Werkstoffentwicklung rund 40 Tests an neuen Werkstoffen durch, bevor sie eine Serienfreigabe nach Volkswagen Spezifikationen erhalten. Im Zuge dieser Tests simulieren sie jeden Aspekt der Belastungen, denen zum Beispiel Sitzbezüge in Autos unterliegen. So existieren spezifische Tests für mechanische Belastungen, für das Alterungsverhalten durch Wärme und UV-Strahlung oder für die Verschmutzungsneigung beispielsweise durch Sonnenmilch.
Auf einer speziellen Vorrichtung demonstriert Martina Gottschling einen Test zur Ermittlung der Abriebbeständigkeit: Das eingespannte Probematerial wird von einem kreisenden Stempel belastet, während von unten punktuell Kugeln gegen das Material drücken. Dieser Vorgang erzeugt lokal hohe Materialbelastungen. Im Verlauf eines Tages kreist der Stempel viele tausend Mal über die Probe. Die Anzahl der Fehlstellen, also die Teile der sichtbaren Abnutzungen, gibt Aufschluss über die Qualität des Materials. In einem weiteren Test überprüfen die Forscher die Reißfestigkeit neuer Lederersatzstoffe und vergleichen sie mit den Reißeigenschaften aktuell eingesetzter Leder und Kunstleder. Das Ergebnis muss immer sein, dass die neuen Materialien den konventionellen in nichts nachstehen.
Erlebnis für die Kunden
Neue Materialien müssen nicht nur technische und ökologische Ziele erreichen – sie müssen auch den hochwertigen Eindruck vermitteln, den Kunden in einem Volkswagen erwarten. „Das ist unsere Aufgabe in der Materialforschung: Jeder Stoff, den wir im Interieur einsetzen, soll auch ein Erlebnis für die Kunden sein“, sagt Martina Gottschling. Und das über die gesamte Lebensdauer des Autos. Die Forscherin: „Erst wenn das geschafft ist, erfüllt ein neuer Werkstoff seine Bestimmung.“
Gesamter Artikel zu finden unter: shaping-mobility.volkswagen.com
*Anmerkung zu Zellulose:
Zellulose ist ein wichtiger Grundstoff in der Materialforschung. Die OHLF-Forscher ernähren Bakterien in einer Zuckerlösung, die daraufhin Zellulose in Reinform erzeugen. Nach dem Ende des Wachstumsvorgangs, wenn das Werkstück die gewünschte Größe erreicht hat, entfernen die Forscher die Bakterien durch Waschprozesse und reinigen die gewonnene Zellulose in mehreren Schritten. Es folgen Nachbehandlung und Trocknung, danach erzeugen die Experten mittels eines Bio-Weichmachers die gewünschte Geschmeidigkeit des Materials.
