Wenn Müllberge zu Werkstoffen werden

Was bei der von Daimler gegründeten Plattform STARTUP AUTOBAHN seinen Anfang nahm, könnte bald dazu beitragen, den CO2-Fußabdruck des Unternehmens zu verringern. Durch die Kooperation mit UBQ Materials, einem Hersteller von biobasiertem Kunststoff, könnten bereits in naher Zukunft im Fahrzeug- und Prototypenbau verwendete Materialien anteilig durch das klimafreundliche UBQ-Verbundmaterial ersetzt werden. Der Clou: Der Kunststoff wird aus Hausmüll gewonnen.

Kurzfassung
Mit dem Ziel einer CO2-neutralen Produktion ist der biobasierte UBQ-Kunststoff ein vielversprechender Baustein im nachhaltigen Werkstoffeinsatz. Serienmäßig könnte der aus Hausmüll hergestellte Bio-Kunststoff im Leichtbau schon bald in der Laderaummulde verwendet werden. Auch der Prototypenbau, die Produktion von Stoßfängern bei Bussen, Kabelkanälen und Ladungsträgerboxen könnte, wenn es 2021 die Ergebnisse weiterer Machbarkeitsstudien zulassen, von dem CO2-neutralen Rezyklat in Zukunft profitieren. Daimler geht mit der Forschung an dieser neuen Ressource einen weiteren Schritt in Richtung tragfähiger Kreislaufwirtschaft.

Sechs Jahre lang hat das Team von UBQ Materials am neuen Rohstoff getüftelt, um aus Lebensmittel- und Gartenabfällen, aus Windeln, Papier und Verpackungen ein homogenes erneuerbares Material zu gewinnen. Unterstützt wurden sie dabei nicht nur von Beratern und Investoren, sondern auch von namhaften Vertretern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Im Aufsichtsrat sitzen u.a. Chemie-Nobelpreisträger Prof. Roger Kornberg, der weltweit anerkannte Nachhaltigkeitsexperte John Elkington und Connie Hedegaard, ehemalige EU-Klimakommissarin. Herausgekommen ist bei der internationalen Zusammenarbeit der biobasierte Kunststoff UBQ, der künftig Kunststoffe in verschiedensten Bereichen ersetzen könnte. Er lässt sich häufiger als andere Kunststoffe recyceln, ohne sich zu verschlechtern. Damit stellt UBQ eine erneuerbare Rohstoffquelle dar, die den Weg zu einer wirklichen Kreislaufwirtschaft ebnet.

Abfall als Ausgangsmaterial: Upcycling als Upgrade für die Klimabilanz

Schätzungen zufolge wird sich der weltweite Verbrauch von Kunststoffen bis 2050 von derzeit 350 Millionen Tonnen auf über 1,35 Milliarden Tonnen vervierfachen. Aus diesem Abfall eine neue Ressource zu gewinnen, ist nicht nur der Schlüssel zu einer nachhaltigeren Wirtschaft, sondern auch zu mehr Kosteneffizienz für Unternehmen. „Wir beobachten die Marktveränderungen durch die neue Plastiksteuer auf nicht-recycelten Verpackungsmüll. Eventuell könnte diese oder auch weitergedachte neue politische Rahmenbedingungen auf die Automobilindustrie Auswirkungen haben“, sagt Birgit Klockenhoff aus der Mercedes-Benz Konzernforschung und zuständig für die Kooperation mit UBQ Materials. „Eine Nachfragesteigerung am Markt nach Rezyklaten ist hier durchaus zu erwarten. Um langfristig effizient wirtschaften zu können, müssen wir neue zusätzliche Ressourcen gewinnen.“ Das Europäische Parlament will dem steigenden Aufkommen an Kunststoffabfällen und ihrer Umweltschädlichkeit entgegensteuern. Ziel ist die Schaffung einer Kreislaufwirtschaft, in der bereits bei der Herstellung von Kunststoffen und Kunststoffprodukten der Fokus auf Wiederverwendung und Recycling liegt.

Birgit Klockenhoff von der Mercedes-Benz Konzernforschung ist zuständig für die Kooperation mit UBQ.

Nach erfolgreichen Tests wird das UBQ-Material nun auch für Neuentwicklungen eingeplant

Als Birgit Klockenhoff und Torsten Harms, Leiter des Teams Leichtbau im Mercedes-Benz Werk Hamburg, 2019 in Paris das Startup UBQ kennenlernten, waren sie sich schnell einig, dessen neuartiges Material testen zu wollen. Die Entwicklung einer nachhaltigen Laderaummulde wurde zum Pilotprojekt. „Wir wollten wissen, wie das Material im Prozess und später dann das Bauteil funktioniert“, sagt Anton Kempel, der in Hamburg als Berechnungsingenieur für die Prozesssimulation im Leichtbau verantwortlich ist: „Anfangs wurden wir nicht ernst genommen: Wie kann das sein, dass da Bananenschalen und Babywindeln reinkommen und das Material den Anforderungen standhält? Viele waren überrascht, dass die Bauteile wirklich so funktionieren, wie wir das erwartet haben.“

Im Sinne der nachhaltigen Geschäftsstrategie von Daimler tragen Kempel und seine Kollegen im Werk Hamburg dazu bei, den Flottenverbrauch durch Leichtbau zu senken und mit recyclingfähigen Werkstoffen den CO2-Fußabdruck zu verringern. „Unsere im Werk Hamburg hergestellten Bauteile eignen sich dazu, Rezyklate einzusetzen“, sagt Entwicklungsingenieur Holger Kittler. „Das ist ein weiterer Meilenstein auf unserem Weg zu einer ressourcenschonenden Produktion.“

Für Torsten Harms hat die Idee von UBQ indes noch einen weiteren positiven Umwelteffekt: „Das Material stammt von einem gemischten Müllberg. Wenn die Bestandteile einfach auf dem Müllberg liegen blieben, würden zum Beispiel Methane entstehen. Und Methangas hat ein drastisch höheres Treibhauspotential als CO2.“

Torsten Harms (vorn, links) verfolgt mit seinem Team im Werk Hamburg ein klares Ziel: Den CO2-Fußabdruck der gefertigten Bauteile immer weiter zu reduzieren.

Beim Leichtbau komme UBQ nun als Füllstoff ins Spiel, um die CO2-Bilanz noch weiter zu verbessern, erklärt Harms, der mit seinem 15-köpfigen Team Leichtbauprodukte in Zusammenarbeit mit den Entwicklungskollegen in Sindelfingen voranbringt. Seine Mission: das richtige Material an den richtigen Ort bringen. Der Kunststoffzusammensetzung des Bauteils hat sein Team 15 Prozent des Biowerkstoffs als Granulat beigemischt, bei einem höheren Anteil lassen die mechanischen Fähigkeiten zu stark nach, so die Erkenntnis. Nach erfolgreichen Tests unter Serienbedingungen planen die Kunststoffexperten das UBQ-Material nun auch für Neuentwicklungen ein. „Wir würden die Ersten sein, die das Material ins Fahrzeug bringen“, so Holger Kittler.

Ziel ist es, im Sinne einer Kreislaufwirtschaft den Rezyklatanteil soweit wie möglich zu erhöhen

Doch die Anforderungen an neue Materialen sind hoch. Sie müssen auf Geruch, Emission, Festigkeit, Lebensdauer und vieles mehr geprüft werden. Frank Hirlinger, verantwortlich für Materialprüfungen und Freigaben, ist schon seit Jahresbeginn damit beschäftigt, UBQ auf seine Alltagsbeständigkeit und technischen Eigenschaften hin zu untersuchen. „Was das Material können muss, hängt von der Anwendung ab“, sagt Hirlinger. „Muss es neben dem Auspuff 120 Grad Celsius aushalten? Muss es im Cockpit der Sonneneinstrahlung über Jahre trotzen?“ Um herauszufinden, wie es sich unter verschiedensten Bedingungen verhält, erhitzt sein Team unter anderem das Granulat im Ofen, misst die Emissionen, zieht es auseinander oder lagert es in Feuchtkammern. „Das ist wie mit einer Backmischung: Eine gute Mischung kann durch gute Verarbeitung zu einem guten Bauteil werden“, erklärt Hirlinger den Weg der Prüfungen.

Die wochenlangen Wärmeprüfungen bei 120 Grad Celsius hat UBQ bestanden. Die Feuchtigkeitsprüfung über mehr als 1500 Stunden bei 85 Prozent Luftfeuchtigkeit läuft bis Ende des Jahres. Und dann steht noch die Medienprüfung an, bei der das Material mit automobilen Flüssigkeiten wie Motor- oder Lackreiniger in Berührung kommt. Weil das UBQ-Material in Chargen geliefert wird und die Zusammensetzung je nach verarbeitetem Müll variieren könnte, muss Hirlinger seine Messungen mehrmals durchführen, so dass die Prüfungen noch bis ins Jahr 2021 andauern. Von der Performance bei Wärme sei der Materialprüfer überrascht gewesen. „Weil die Hauptbestandteile Lignin, also der wesentliche Bestandteil von Holz, Zellulose und Zucker sind, hätte ich nicht mit der dauerhaften Festigkeit gerechnet.“

Für ihn ist ebenso wie für die Kollegen aus dem Leichtbau klar, dass der Vorteil des Materials vor allem darin liegt, den CO2-Footprint von Bauteilen deutlich zu senken. „Ziel ist es, dass ein Anteil von 25 Prozent der pro Fahrzeug eingesetzten Kunststoffe aus Rezyklaten besteht. Schon jetzt verwenden wir zahlreiche rezyklierte Kunststoffe, ohne dass man es sieht und merkt.“ UBQ kann insbesondere bei der Wirtschaftlichkeit punkten, auch im Vergleich zu konventionellem Polypropylen.

Für das UBQ-Material bieten sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten im Konzern an

Angesichts der bisher guten Ergebnisse hat Birgit Klockenhoff schon Folgeprojekte mit Kollegen in diversen Fachabteilungen im Konzern gestartet, um weitere Einsatzmöglichkeiten des Bio-Kunststoffs zu prüfen. „Weitere vielversprechende Projekte befinden sich in der Planungsphase oder stehen kurz vor der Umsetzung erster Prototypen“, sagt Klockenhoff. „Wenn die Prototypen erfolgreich sind, binden wir als nächstes den Serienlieferanten und die gesamte Supply Chain mit ein, denn ohne unsere Lieferanten funktioniert es nicht. Das ist im Werk Hamburg schon weit fortgeschritten.“

Der Aspekt Nachhaltigkeit ist auch für Mustafa Colak von Daimler Buses im türkischen Istanbul wichtig. Er verantwortet die Konstruktion der Außenbauteile bei der Busentwicklung und betreut die Tests von UBQ für den Einsatz in Stoßfängerecken. „Wir bemühen uns um CO2-neutrale Produkte und verwenden bei der Busproduktion viel Recyclingmaterial. Je mehr UBQ wir verwenden können, desto geringer sind die Emissionen“, sagt Colak, der mit dem neuen Kunststoff erstmals Prototypen herstellt. Für seine Zwecke muss das mit UBQ angereicherte Bauteil nicht nur fest genug sein, sondern auch lackierbar, klebefähig und klappbar. Mit anderen Worten: verwendbar als Außenhautteil und resistent gegen Umwelteinflüsse.

Noch laufen die Labortests, die Lackhaftung sei „eine große Challenge“, sagt Colak. „Wenn alles gut läuft, folgt die Einbauprüfung und danach die Dauererprobung, um festzustellen, wie die Effekte auf der Straße sind.“ Ergebnisse erwartet er im ersten Quartal 2021 „Wir denken darüber nach, das Material auch im Innenbereich des Busses zu verwenden.“ Das ist Musik in den Ohren von Birgit Klockenhoff, die die Technologie von UBQ nicht allein auf Autoteile beschränken würde. „Da gibt es noch viel mehr, was man machen könnte“, sagt sie. „Neben den Ladungsträgerboxen gibt es zum Beispiel noch etliche Verpackungen, wo UBQ helfen könnte, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Denn das Material könnte sich in Zukunft auch schäumen oder als Folie verarbeiten lassen.“

Für den UBQ-Vorstandsvorsitzenden Tato Bigio geht übrigens durch die Kooperation mit Daimler ein Traum in Erfüllung, verrät Klockenhoff, die die partnerschaftliche und professionelle Zusammenarbeit auf technisch höchstem Niveau mit dem Startup sehr schätzt: „Er sagte mir, dass er immer gewollt habe, dass das Material in einem Daimler steckt.“ Sieht ganz so aus, als sei er auf dem sicheren Weg dorthin.

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