Der Anteil von Aluminium-Komponenten in Fahrzeugen nimmt ständig zu. Das ist gut für den Automobilisten, denn er fährt ein Auto, das dank niedrigerem Gewicht weniger Benzin verbraucht. Zugleich profitiert er von verbesserter Fahrdynamik und erhöhter Sicherheit, vor allem durch die besondere Strukturfestigkeit und Crashtauglichkeit. Der vermehrte Aluminium-Einsatz ist aber auch gut für die Umwelt.
Spätestens seit Gro Harlem Brundtland und ihre UN-Kommission den Begriff Nachhaltigkeit oder «Sustainability» geprägt haben, ist der Begriff zum Allgemeingut geworden. Die von der Kommission 1987 gewählte Definition von Nachhaltigkeit ist seither in ihren Grundzügen nicht mehr verändert worden: «Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, welche die Bedürfnisse der heutigen Generation befriedigt, ohne die Möglichkeit künftiger Generationen zu beschneiden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen.» Die Definition von Brundtland zielt auf drei Ebenen, nämlich die wirtschaftliche, die soziale und die ökologische Ebene (Triple bottom line).
Wenn es darum geht, die Nachhaltigkeit des Einsatzes von Aluminium im Auto zu beurteilen, müssen der gesamte Lebenszyklus eines Fahrzeugs betrachtet und alle drei Ebenen der Nachhaltigkeit einbezogen werden. Die Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment) reicht somit von der Rohmaterialherstellung über die Produktion der Bauteile und Fertigung der Fahrzeuge, über deren Nutzung bis zum Recycling und zur Rückgewinnung des sekundären Rohmaterials.
Die umweltliche Standortbestimmung
Für die ökologische Lebenszyklusanalyse existiert eine über die ISO-Normen 14040 bis 14043 verankerte Methodik. Diese ermittelt Faktoren wie etwa den Rohstoff- und Energieverbrauch, die Emissionen in Luft und Wasser sowie die Deponiestoffe und ordnet diese den verschiedenen Wirkungskategorien zu. Beispiele für solche Kategorien sind die Ausbeutung von Ressourcen, der Beitrag zum Treibhauseffekt, die Öko- oder die Humantoxizität.
Bei der umweltlichen Betrachtung kommen vor allem die Energieeinsparung durch den Leichtbau sowie die gute Rezyklierbarkeit des Aluminiums zum Tragen. Anhand der Aluminium-Karosserie des Audi A8 wurden verschiedene Szenarien für das Rezyklieren von Karosserien aus Aluminium-Blech untersucht. Verglichen wurden die Blechbestandteile der Audi A8-Karosserie mit einer um 109,5 kg schwereren Vergleichsvariante aus Stahl und einer optimierten Stahlvariante im Sinne des ULSAB-Konzeptes mit einem Zusatzgewicht von nur 44,4 kg. In Bezug auf die Treibhausgasemissionen und die meisten übrigen Wirkungskategorien hat sich gezeigt, dass der gewichtsbedingte Mehrverbrauch an Treibstoff während der Nutzungsdauer im Falle der Stahlkarosserie die dominierende Einflussgrösse ist.
Die Art des Recyclings spielt bei der Stahlvariante eine untergeordnete Rolle. Anders beim Aluminium: Bei der Beurteilung der Emissionen einer Aluminium-Karosserie wurden fünf verschiedene Szenarien für das Recycling betrachtet. Hierbei wurde das im Rahmen des Lebenszyklus mengen- und wertmässig verloren gegangene Metall ermittelt und die bei einem Ausgleich dieser Verluste resultierenden Treibhausgasemissionen mitberücksichtigt.
Entscheidend ist die Technik des Recyclings
Die Analyse der verschiedenen Recyclingvarianten von Aluminium-Karosserien hat gezeigt, dass ein nachhaltiger Einsatz von Aluminium im Fahrzeugbau wesentlich von der Recyclingtechnik abhängig ist. Der Vergleich mit den Stahlkarosserien hat zudem offengelegt, dass unter den in den jeweiligen Szenarien angegebenen Voraussetzungen der Einsatz von 1 kg Aluminium anstelle von 1,8 kg Stahl eine Treibhausgas-Einsparung von ungefähr 20 kg bringt. Nachteilig für die Stahlvarianten wirkt sich vor allem deren höheres Gewicht und daraus folgend der höhere Treibstoffverbrauch während der Nutzungsdauer des Autos aus.
Je mehr Aluminium in der Automobilindustrie verwendet wird, desto wichtiger wird die Effizienz des eingesetzten Recyclingverfahrens. Folgende Techniken dürften daher in Zukunft verstärkt im Vordergrund stehen:
nDemontieren der Aluminium-Karosserie, eventuell verbunden mit einer zusätzlichen Zerkleinerung der Reststruktur und Materialsortierung , die auf einer verbesserten, effizienteren Methode basiert.
Der Einsatz verbesserter Rezyklierverfahren drängt sich aber auch aus wirtschaftlichen Überlegungen auf Grund der im Vergleich zu Stahl höheren Preise für Aluminium-Schrott auf und wird zusätzlich durch die EU-Gesetzgebung gefördert.
Noch 1980 wurden im damaligen Westdeutschland 17% der an Verkehrsunfällen beteiligten Personen getötet oder schwer verletzt. Seither ist die Zahl kontinuierlich auf rund 11% gesunken. Zu verdanken ist diese Reduktion zahlreichen Innovationen der Automobilindustrie und ihrer Zulieferer.
Die Aluminium-Industrie hat dazu beigetragen, indem sie die besonderen Eigenschaften des Werkstoffs ausnutzte. Aluminium besitzt ein gewichtsspezifisch höheres Energieabsorptionsvermögen als Stahl, das sich durch die Wahl entsprechend optimierter Werkstoffe und Werkstoffzustände noch steigern lässt. Durch Strangpressen können Hohlprofile und Mehrkammerprofile mit speziellen Querschnittsformen hergestellt werden, die sich durch hohe Steifigkeit und gutes Verformungsverhalten auszeichnen. Derartige Profile kommen unter anderem in Fahrzeugtüren zum Einsatz, weil dieser Bereich bei einem seitlichen Aufprall besonders gefährdet ist.
Eine wesentliche Verbesserung der Fahrzeugsicherheit brachte der Einsatz von Aluminium in Stossfängersystemen, bestehend aus Aluminium-Querträger und nachfolgender Crashbox.
Im Falle eines Frontalaufpralles absorbiert dieses System die Aufprallenergie über verschiedene Stufen und schützt nicht nur die Insassen, sondern auch die nachgelagerten Fahrzeugstrukturteile.
Lebenszyklus bestätigt: Ökonomisch sinnvoll
Eine Nachhaltigkeits-Analyse wäre nicht vollständig ohne Einbezug der ökonomischen Komponente. Um den wirtschaftlichen Nutzen des Materials Aluminium im Automobilbau festzustellen, muss wiederum der ganze Lebenszyklus betrachtet werden. Der Rohmaterialpreis von 300 kg Aluminium so viel wird für eine aluminiumintensive Autokarosserie benötigt beträgt rund 400 Euro. Demgegenüber stellt sich ein Preis von 200 Euro für rund 500 kg Stahl im Referenzmodell. Der resultierende Unterschied in den reinen Materialkosten von 200 Euro wird noch geringer, wenn man den erhöhten Schrottwert des Aluminiums mit berücksichtigt (siehe Tabelle).
Die Gewichtsreduktion von 200 kg gegenüber dem Stahlmodell bringt auf die gesamte Lebensdauer des aluminiumintensiven Fahrzeugs Treibstoffeinsparungen zwischen 1000 bis 3000 l. Umgerechnet bedeutet dies eine Kosteneinsparung zwischen 300 und 1000 Euro.
Die Kosteneinsparung durch den Einsatz von Aluminium anstelle von Stahl auf Grund des niedrigeren Treibstoffverbrauchs ist damit grösser als der investierte höhere Materialwert.
Um im Markt Erfolg zu haben, reicht es indes nicht, im Hinblick auf die Lebenswegkosten günstiger zu sein als Stahl. Der Erstkäufer eines Autos trifft seinen Kaufentscheid normalerweise nicht anhand der ökologischen oder ökonomischen Vorteile über die gesamte Lebensdauer. Er orientiert sich vielmehr am Einkaufspreis. Immer mehr Aluminium-Bauteile haben jedoch diese wirtschaftliche Hürde überwunden und werden in der Serie eingesetzt.
Dr. Kurt Buxmann, Manager Product Stewardship, Herbert Freitag, Manager Marketing and Communication Europe, Alcan Automotive, Neuhausen SH.
Sparpotenzial: Von Anfang an mit Alu planen
Wenn es den Automobilherstellern gelingen würde, jährlich in 10 Mio Autos zusätzlich je 100 kg Aluminium an Stelle von 180 kg Stahl einzubauen, brächte dies eine Einsparung von rund 20 Mio t Treibhausgasen. Die Entscheidung dazu fällt in der Designphase. Diese ist besonders wichtig, da die Komponenten so entwickelt werden müssen, dass sie auch leicht wieder aus dem Auto demontiert und rezykliert werden können. Die Massnahmen im Bereich Sicherheit zielen vor allem auf die Optimierung der Legierungen, der Werkstoffzustände und der Form der Sicherheitsteile. In Bezug auf die Wirtschaftlichkeit hat sich gezeigt, dass der reine Materialpreisunterschied zwischen Aluminium und Stahl über die gesamte Nutzungsdauer eines Fahrzeugs mehr als kompensiert werden kann.
Damit kann davon ausgegangen werden, dass Aluminium in der Automobilindustrie auf Grund des substanziellen Beitrags zur Nachhaltigkeit in Zukunft noch stärker zum Einsatz kommen wird und muss. (bux)
Wirtschaftlicher Nutzen von Alu im Automobilbau
Aluminium Stahl
Referenzgewicht (in kg) 300 500
Metallpreis (in Euro/100 kg) 130 40
Schrottwert; Schredderschrott (in Euro/100 kg) 60 15
Netto-Materialkosten (in Euro/100 kg) 70 25
Gesamtmaterialkosten (in Euro) 210 125
Zusätzlicher Treibstoffverbrauch (in Liter) 1000
Zusätzliche Treibstoffkosten (ohne Steuern) 300
Gesamte Lebenszykluskosten (in Euro) 210 425
Kostenschätzung ohne Zinsen und Steuern
QUELLE: ALCAN AUTOMOTIVE