Werkstoffe aus CO₂: Aus der Atmosphäre raus, ins Auto rein

Die Suche nach dem „Next Green Thing“ geht weiter. In der Initiative Startup Autobahn hat sich die Mercedes-Benz Konzernforschung mit jungen Gründern zusammengeschlossen, die sich auf nachhaltige Lösungen konzentrieren. Kluge Ideen und zukunftsweisende Innovationen sind gefragt, um den ökologischen Fußabdruck zu minimieren. Wir haben uns einige der spannendsten Kooperationen genauer angeschaut.

Als Birgit Klockenhoff in der Mercedes-Benz Konzernforschung erfuhr, dass ihr Team mit dem „Sustainability Award in Automotive in 2021“ für ihre Zusammenarbeit mit dem israelischen Startup UBQ Materials ausgezeichnet wird, war das die Bestätigung eines Glücksgriffs. Denn die Zusammenarbeit mit dem Hersteller von biobasiertem, aus Hausmüll gewonnenem Kunststoff hatte sich 2019 schnell als vielversprechend erwiesen. Das klimafreundliche Rezyklat kann nicht nur anteilig den Kunststoff im Spritzgussverfahren ersetzen, sondern lässt sich auch schäumen oder als Folie verwenden. Derzeit prüfen ebenso Mercedes-Benz Cars wie Mercedes-Benz Bus & Truck weltweit für verschiedene Bauteile den Einsatz des UBQ-Materials. Als Beimischung in Fillamenten für den 3-D-Druck kommt der Bio-Kunststoff bereits zum Einsatz, unter anderem beim Prototypenbau. Und die Newcomer aus Tel Aviv sind nicht das einzige Startup, mit dem die Mercedes-Benz Konzernforschung auf dem Weg zur grünen Null gemeinsame Sache macht.

Twelve: Von Berkeley zur Startup-Autobahn

Auch Twelve, die sich selbst die „Carbon Transformation Company“ nennen, überzeugte mit seiner innovativen Geschäftsidee. Dank ihrer Innovation konnte Mercedes-Benz im vergangenen Jahr das weltweit erste Fahrzeugteil mit Kohlenstoffdioxid herstellen. Die C-Säulenverkleidung der B-Klasse enthält nämlich Kunststoff, der aus aufbereiteten Treibhausgasen gewonnen wurde.

Drei Jahre lang hatten die Stanford-Studenten Kendra Kuhl, Etosha Cave und Nicholas Flanders im Labor getüftelt, bis sie an die Industrie herantraten. Ihre Erfindung: ein sogenannter Electrolyzer, der CO₂ durch eine Katalysatortechnologie in seine Bestandteile zerlegt. Ihr Ziel: Durch die Umwandlung von CO₂-Emissionen neue Stoffe erzeugen, die sich als Bestandteile für Produkte oder als Treibstoff nutzen lassen und damit gleichzeitig klimaschädliche Treibhausgase aus der Atmosphäre entfernen. Denn der im CO₂ enthaltene Kohlenstoff ist wichtiger Bestandteil vieler Kunststoffe und dient unter anderem zur Herstellung von Polycarbonat, woraus etliche Fahrzeugteile bestehen.

Die ehemaligen Stanford-Studenten Kendra Kuhl, Nicholas Flanders und Etosha Cave arbeiteten drei Jahre an der Idee des Electrolyzers, der CO2 durch eine Katalysatortechnologie in seine Bestandteile zerlegt.

2019 war es soweit: Mit einem Electrolyzer von der Größe einer Waschmaschine suchten die jungen Wissenschaftler aus Berkeley, Kalifornien/USA, die inzwischen ein Startup gegründet hatten, Kooperationspartner in der Wirtschaft. Die Freude in Berkeley war groß, als Twelve (damals noch Opus 12) eine Einladung zur Präsentation bei STARTUP AUTOBAHN in Stuttgart erhielten. Die Jury aus Forschungs- und Entwicklungsexperten war auf der Suche nach visionären Ansätzen für die Serienfertigung. Unter ihnen saß auch Udo Gayer, Manager New Business in der Produktionsplanung von Mercedes-Benz Cars. Der war sofort begeistert von der Idee des Electrolyzers: „Was wäre, wenn wir wirklich ein Teil zusammen erstellen?“, habe Udo Gayer ihn nach seinem Auftritt gefragt, erinnert sich Gründer Nicholas Flanders. „Ich sagte: Lass es uns machen!“ Daraufhin startete Twelve die Zusammenarbeit mit einem Kunststofflieferanten von Daimler, um CO₂ in Polycarbonat zu wandeln. Dieses wurde dann im Rahmen eines Pilotprojekts als Rohstoff für die C-Säulen-Produktion der B-Klasse verwendet: Material aus Emissionen, die bereits in der Atmosphäre sind.

Mit der Innovation von „Twelve“ konnte das weltweit erste Fahrzeugteil mit Kohlenstoffdioxid hergestellt werden: Die C-Säulenverkleidung der B-Klasse enthält Kunststoff, der aus aufbereiteten Treibhausgasen gewonnen wurde.

„Wir wollen mit diesem Pilotprojekt zunächst zeigen, dass es wirklich möglich ist, Werkstoffe aus aufbereitetem CO₂ herzustellen“, sagt Udo Gayer. „Sollten wir mit recyceltem Kohlenstoff in Fahrzeugteilen tatsächlich in Serie gehen, dann wäre für die Produktion in Deutschland regenerativer Strom, zum Beispiel aus einem Offshore-Windpark die Voraussetzung dafür, dass die CO₂-Bilanz am Ende stimmt.“ Perspektivisch könnte dank Strom aus Windkraft, dem Verzicht auf Rohöl und der Reduktion von CO₂-Emissionen die Auswirkung des C-Säulen-Bauteils auf die Erderwärmung, also sein GWP-Wert (GWP = Global Warming Potential), um sieben Prozent verbessert werden, so Gayers Einschätzung. „Und man könnte noch viel mehr Bauteile aus gewandeltem CO₂ machen. Den Proof of Concept haben wir beim Polycarbonat als Kunststoffbestandteil bereits mit der C-Säule für die B-Klasse erreicht, beim Polyurethan sind wir dran.“ Ein neues Fahrzeug enthält Hunderte Kilogramm Polymere, die laut Nicholas Flanders künftig alle aus CO₂ hergestellt werden könnten.

Disruptive Technologie soll zehn Prozent weltweiter CO₂-Emissionen reduzieren

Mittlerweile hat der Electrolyzer von Twelve die Größe eines Schiffscontainers erreicht. „Wir wollen unsere Technologie ausweiten, um größere Mengen CO₂ wandeln zu können“, sagt Nicholas Flanders. „Es gibt so viele Dinge in unserem Leben, die aus Öl gemacht sind und die wir stattdessen aus CO₂ herstellen können, zum Beispiel die Isolierung von Häusern, Schaumstoffe in Sitzen oder Treibstoffe. Diese Teile und Materialien werden für Elektrofahrzeuge ebenso relevant sein.“ Das Ziel der Nachwuchsunternehmer ist ambitioniert: Bis 2030 wollen die Kalifornier mindestens eine halbe Milliarde Tonnen CO₂ pro Jahr in neue Grundstoffe wandeln und damit unter anderem Millionen von Autoteilen herstellen. Ob in Autoarmaturen, Laufschuhen oder in Kerosin – die Macher von Twelve wollen durch Verwendung von CO₂ anstelle fossiler Brennstoffe in Produkten und Treibstoffen langfristig fast zehn Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen reduzieren. Auch Udo Gayer sieht viel Potenzial in der disruptiven Technologie. Ihn fasziniere die Vorstellung, dass sich ein CO₂-Kreislauf entwickeln könnte, der in Zukunft weniger Erdöl- oder Erdgaseinsatz bei der Herstellung chemischer Produkte ermögliche.

Udo Gayer, Manager New Business in der Produktionsplanung von Mercedes-Benz Cars (links) war sofort begeistert von der Idee, die Twelve Mitgründer Nicholas Flanders bei der Startup Autobahn präsentierte.

Biomyc: Nachhaltige Montageschutze für die Produktion

Auf nachhaltige Materialien, die eine umweltfreundliche Kreislaufwirtschaft unterstützen, hat sich auch Biomyc spezialisiert. Das 2018 im bulgarischen Sofia gegründete Startup schaffte es 2019 ebenfalls auf die Shortlist von STARTUP AUTOBAHN. Das Unternehmen vertreibt nicht nur ressourcenschonende Rohstoffe, sondern entwickelt gemeinsam mit seinen Auftraggebern auch Lösungen für deren Einsatz in Produktion und Logistik. Neben Pilztechnologie, additiver Fertigung und Simulation zählt auch das nachhaltige Produktdesign zu seinen Kernkompetenzen. „Unser Schwerpunkt ist neben der Nachhaltigkeitsanalyse die Designexpertise, mit der wir Materialien auf die bestmögliche Weise gestalten und implementieren“, sagt Gründer Atanas Enev. Seit Ende 2019 arbeiten Atanas Enev, Bernd Gerding, Produktplaner für Sitze in Sindelfingen und Raju Patil, Lead Engineer für Produktplanung Sitze im indischen Pune, als Team an der Entwicklung nachhaltiger Montageschutze für die Produktion.

„Diese Bauteile, die zum Schutz vor Kratzern vor der Sitzmontage in den Türausschnitt der Karosse gelegt werden, sind bislang aus Polyethylen, einem ganz normalen Kunststoff“, erklärt Bernd Gerding. „Um die Montageschutze umweltfreundlicher zu machen, haben wir mit Atanas zusammen überlegt, wie wir sie gestalten können, damit sie vom Werker gerne und gut genutzt werden können.“ Damit beschritt das internationale Team Neuland: Es galt nicht nur, ein neues Material zu testen, sondern mit Biomyc als Dienstleister auch das Design dafür zu entwickeln. Während der Forschungsphase wurden sechs verschiedene nachhaltige Öko-Materialien getestet, darunter Biomycs Favorit, ein biologisch abbaubares Material aus Pilzen, dessen minimale Materialstärke jedoch für die Anwendung noch zu dick war. Dann schlug das Startup alternative nachhaltige Rohstoffe aus seinem Repertoire vor – sogenannte nachhaltige Filamente für ein 3-D-Druck-Verfahren, mit dem es die Montageschutze fertigen wollte. Am Ende wurde es eine Win-win-Situation für alle Beteiligten: „Wir haben ein cooles neues Material und ein Design gefunden, das für mehrere Fahrzeuge passt und damit weitere Ressourcen einspart“, erzählt Gerding. Die neuen Montageschutze, die aus einem industriell kompostierbaren, pflanzlichen Hartstoff sowie biobasiertem flexiblem Material bestehen, kommen seit kurzem in der Sindelfinger Produktion für die S-Klasse und den neuen EQS zum Einsatz. Der pflanzenbasierte Hartstoff verhält sich wie konventionelle ABS-Kunststoffe und besteht zur Hälfte aus recycelten Inhaltsstoffen. „Beim flexiblen Fillamentanteil verwenden wir Rapsöl statt Mineralöl“, erklärt Atanas Enev. „Der Werkstoff hat einen um die Hälfte geringeren CO₂-Fußabdruck, bietet aber mehr Elastizität.“ Noch feilt das Team an der Langlebigkeit der Bauteile. „Ziel ist, dass sie ein Jahr verwendet werden können“, sagt Bernd Gerding. Gerade werden die nachhaltigen Schutzteile auch im Mercedes-Benz Werk Bremen getestet.

Die Montageschutze von Biomyc bestehen aus einem industriell kompostierbaren, pflanzlichen Hartstoff und biobasiertem Material und haben einen geringeren CO2-Fußabdruck als herkömmliche Ausführungen.

Dank der CAD-Daten von Raju Patil aus dem indischen Schwesterteam und der gemeinsamen Designentwicklung gelang es, mit nachhaltigen, recyclingfähigen und gleichzeitig standardisierten Montageschutzen sämtlichen Anforderungen einzelner Mercedes-Benz-Modelle gerecht zu werden – und dabei dem Klimaschutz Rechnung zu tragen. Die Herstellung neuer Montageschutze reduziert damit verbundene CO₂-Emissionen um mindestens 70 Prozent.

Es sei wichtig, jeden Tag die Chance zu bekommen, vorhandene Ideen in eine andere Form zu bringen, sagt Raju Patil mit Blick auf die gemeinsame Designentwicklung, „und man sollte die Idee mit anderen teilen“. Atanas Enev sieht das als Voraussetzung für Innovationen innerhalb eines Unternehmens: „Die größte Herausforderung liegt darin, Menschen, die mit ihrer Idee etwas in ihrem Arbeitsumfeld optimieren wollen, zuzuhören. Denn die besten Ideen kommen von Menschen, die daran arbeiten.“

  • Die Funktionsweise des Electrolyzers

Das Verfahren basiert auf dem Prinzip einer künstlichen Photosynthese: Ein Katalysator zerlegt mit Hilfe von Strom, Wasser und Metallnanopartikeln die CO₂-Moleküle in seine atomaren Teile und setzt sie zu neuen Molekülen zusammen. Daraus lässt sich wieder etwas Wertvolles gewinnen wie zum Beispiel Methan für Treibstoffe, Ethylen für Kunststoffe oder Synthesegas.

Wir verwenden Cookies

Damit wollen wir unsere Webseiten nutzerfreundlicher gestalten und fortlaufend verbessern. Wenn Sie die Webseiten weiter nutzen, stimmen Sie dadurch der Verwendung von Cookies zu.