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Die neue Holz­klasse

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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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