Der Innenraum des „Biofore Concept Car“
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Die neue Holzklasse

Downsizing, Leichtbau, alternative Antriebe – Autos werden immer sparsamer und umweltfreundlicher. Und dies künftig noch mehr, dank Holz. Das Naturprodukt hat eine gute CO2-Bilanz, ist leicht und gleichzeitig stabil. Eigenschaften, die für das Auto der Zukunft gebraucht werden.

03. November 2016

Ohne Holz wäre die Entwicklung des Automobils nicht denkbar gewesen. Vor 130 Jahren statteten Autopioniere wie Carl Benz oder Gottfried Daimler hölzerne Kutschen mit Motoren aus – das waren die ersten Autos der Geschichte. Auch das legendäre Modell T von Ford war bis in die 20er Jahre zu großen Teilen aus Holz gefertigt. Dann setzte die Industrie auf Stahl – und der Werkstoff Holz geriet weitestgehend in Vergessenheit, diente lediglich noch der Veredelung von Oberflächen im Innenraum. Bis jetzt.

Mitten im Wettlauf um immer umweltbewusstere Automobile besinnen sich die Hersteller jetzt auf ihre Anfänge und haben das Holz als Hightech-Werkstoff wiederentdeckt. Weltweit beschäftigen sich Wissenschaftler in verschiedenen Forschungsprojekten mit den Eigenschaften des Naturprodukts, testen aus Holz gefertigte Fahrzeugbauteile und untersuchen, welche Holzarten für die verschiedenen Einsatzgebiete geeignet sind.

Ein Team aus Forschern der Helsinki-Metropolia-Fachhochschule in Finnland beispielsweise hat zusammen mit dem finnischen Papierunternehmen UPM ein Auto entwickelt, bei dem Bauteile wie Türverkleidungen oder Armaturen aus Holz bestehen. Statt auf ölbasierte Kunststoffe setzen die Entwickler beim „Biofore Concept Car“ auf thermisch formbares Birkenfurniersperrholz. Frontblende, Seitenschweller und Innenraumverkleidung wiederum sind aus einem Bioverbundwerkstoff gefertigt, der zur Hälfte aus nachwachsenden Rohstoffen besteht und im Spritzgussverfahren aufgetragen werden kann.

Rund 50 Prozent der im klassischen Fahrzeugbau verwendeten ölbasierten Materialien könnten so durch recyclebare Baustoffe auf Holzbasis ersetzt werden.

Nachhaltigkeit ist ein globales Thema. Wir wollen daher ein Fahrzeug bauen, das schon heute über Biomaterialien verfügt, die eine echte Alternative zu den herkömmlichen Werkstoffen auf Mineralölbasis darstellen“, sagt Pekka Hautala, Projektleiter an der finnischen FH.

Das Fahrzeug soll dabei rund 150 Kilogramm weniger wiegen als Fahrzeuge vergleichbarer Größe. Zudem könnte der neue Werkstoff auch das Design des künftigen Automobils grundlegend verändern. „Während der vierjährigen Bauzeit des Konzeptautos haben unsere Studenten festgestellt, dass die Materialien so formbar und dennoch haltbar sind, dass sich mit ihnen völlig neue Designmöglichkeiten ergeben“, erklärt Hautala.

Den passenden Treibstoff zum umweltgerechten Fahrzeugdesign haben die Automobil-Pioniere gleich mit entwickelt. Angetrieben wird der 1,2-Liter-Dreizylindermotor mit einem Diesel-Treibstoff, der ebenfalls auf Holz basiert. Der „Bioverno“ genannte Sprit wird aus Holzabfällen raffiniert und soll 80 Prozent weniger Treibhausgase verursachen als herkömmlicher Dieseltreibstoff.

Damit das Holz künftig auch in großem Stil im Fahrzeugbau eingesetzt werden kann, muss es den strengen Sicherheitsanforderungen der Autoindustrie genügen. Darum kümmert sich ein Team aus Wissenschaftlern an der Universität für Bodenkultur (Boku) in Wien. Dort forschen die Studenten an den Materialeigenschaften von Holz und sammeln Daten über dessen Dichte, Bruchfestigkeit oder Elastizität. „Die Berechnung des Materialverhaltens bei statischen und dynamischen Belastungen und bei Bruchvorgängen ist die Grundvoraussetzung, damit Holz überhaupt für den Fahrzeugbau in Frage kommt“, sagt Ulrich Müller, Projektleiter an der Boku.

Zu diesem Zweck haben Wissenschaftler das Konzeptauto „Cult“ (Cars Ultralight Technology) entwickelt, mit dem ein realer Crash simuliert werden kann. Bei dem Auto sind beispielsweise Unterboden, Armaturen oder die Rücksitzwand aus Holz gefertigt. Dafür werden jedoch keine herkömmlichen Bretter, sondern Schicht- oder Sperrhölzer verwendet. Da die Verformungseigenschaften von Holz für den Fahrzeugbau nicht optimal sind, setzen die Forscher auf die sogenannte Hybridbauweise. Dabei wird das Holz in Form dünner Furnierlagen von jeweils zwei Millimetern Stärke miteinander verklebt und zusätzlich mit einer dünnen Aluminium- oder Kunststoffschicht versehen. Auf diese Weise könnten künftig sogar ganze Rahmen für beispielsweise Elektroautos gefertigt werden.

Holz hat viele Vorteile

Die Daten, die sich aus den Crashtests mit den einzelnen Komponenten ergeben, dienen dann der Entwicklung von Computersimulationen. „Im Zuge unserer Studien-Entwicklung konnte gezeigt werden, dass Holzwerkstoffe mit gängigen Computerprogrammen hervorragend in Crash-Situationen simuliert werden können“, so Müller. Da Holz ein Naturprodukt ist, variieren die Qualität und damit auch die Eigenschaften des Materials von Baum zu Baum. Dank moderner Messverfahren in der Holzindustrie stellt aber auch das kein Problem mehr dar. „Mit Röntgentechnik, spezieller Sensorik und verschiedenen Messverfahren kann das Holz schon vor der Verarbeitung nach Eigenschaften und Qualität sortiert werden“, sagt Müller. Langfristig soll der Anteil von Holz am gesamten Fahrzeug auf fünf Prozent steigen.

Derzeit befindet sich die Anwendung von Holz im Fahrzeugbau allerdings noch in der Erprobungsphase. Und dennoch sprechen viele Eigenschaften des Werkstoffes dafür, dass er zumindest in einigen Bereichen ins Auto einziehen könnte. Der größte Vorteil von Holz liegt in seinem geringen Gewicht. Während ein Kubikzentimeter herkömmlicher Stahl etwa acht Gramm und dieselbe Menge Aluminium immerhin noch 2,7 Gramm wiegt, liegt der Wert von Holz zwischen 0,5 und 0,8 Gramm pro Kubikzentimeter. Besonders interessant für automobile Anwendungen ist das Buchenholz. Es wiegt nur ein Zehntel im Vergleich zu Stahl, weist aber ein Drittel seiner Festigkeit auf.

Betrachtet man dann noch die Gesamt-CO2-Bilanz von der Produktion über Betrieb, Verschrottung und Wiederverwertung, zeigt sich ein weiterer großer Vorteil von Holz. Allein für die Produktion eines Kubikmeters Aluminium werden 22 Tonnen CO2 freigesetzt. Bei einem Kubikmeter Holz sind es lediglich 150 Kilogramm. Zudem würden sich die Transportwege sehr verkürzen, da das Holz aus den nationalen Wäldern gewonnen werden könnte. Außerdem entstehen bei der Gewinnung von Holz, ganz im Gegensatz zu Stahl oder Aluminium, keine nennenswerten Abfallprodukte.

Dass das Holz ein wahrer Alleskönner ist, haben auch Forscher an der Königlichen Technischen Hochschule in Stockholm nun bewiesen. In einem chemischen Verfahren gelang es ihnen, transparentes Holz herzustellen. Dafür lösten die Wissenschaftler in einem ersten Schritt das Lignin heraus – ein Molekül, das dem Holz die braune Farbe gibt. Anschließend imprägnierten die Wissenschaftler es mit einem Kunstharz, um der farblosen Struktur aus Zellulose wieder Festigkeit zu verleihen. Das entstandene Produkt soll härter als unbehandeltes Holz sein. Zudem soll es stärker als Glas und biologisch besser abbaubar sein als Plastik. Angewendet werden könnte das Holz-Glas beispielsweise als Blende für die Innenraumbeleuchtung.

Und Holz hat bereits den Weg aus den Universitäts-Laboren zu den Herstellern gefunden. So bietet auch der japanische Autobauer Toyota einen Ausblick in die hölzerne Zukunft. Auf der Designwoche in Mailand zeigte der Konzern im Frühjahr dieses Jahres das Konzeptauto Setsuna, ein drei Meter langes Fahrzeug, gefertigt aus Zedern-, Birken- und Zypressenholz. Dabei kommt das Gefährt sogar ohne Schrauben aus. Zusammengehalten wird es mit einer alten japanischen Fügetechnik namens Okuriari, bei der die 86 Holzelemente so passgenau entworfen wurden, dass sie sich ohne Klebstoff oder Nägel zusammenstecken lassen. Obwohl der Setsuna so wohl nie in Serie gehen wird, sind die Japaner mit der innovativen Studie dennoch offenbar alles andere als auf dem Holzweg.

Ausgabe 2016/03

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