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Der Anfang vom guten Ende
It’s the powertrain, stupid. Wenn es um den CO₂-Reifenabdruck von Fahrzeugen geht, liegt der Fokus in der öffentlichen Debatte meist unter der Motorhaube. Und tatsächlich ist die Frage „Verbrenner oder Elektro?“ keine des Glaubens oder Geschmacks. „Das Antriebssystem hat einen wesentlichen Einfluss auf die Gesamtumweltbelastung. Ein E-Auto schneidet gegenüber einem vergleichbaren Fahrzeug mit Verbrennermotor bei einer durchschnittlichen Laufleistung von rund 200.000 Kilometern einfach deutlich besser ab“, sagt Mario Hirz, Leiter des Instituts für Fahrzeugtechnik an der TU Graz.
Zwar bringt das E-Auto aus der Produktion des Batteriesystems einen ziemlich schweren Emissionsrucksack mit. Der jedoch könne etwa übers Recycling, wo man ein bis zwei Tonnen CO₂-Äquivalente aus der Batterie wieder zurückholen kann, verkleinert werden, so der Professor. Und selbst wenn Batterierecycling nicht erfolge – weil derzeit wirtschaftlich wenig attraktiv –, „fällt über den gesamten Lebenszyklus hinweg der CO₂-Footprint geringer aus als beim Verbrenner. Ein kompaktes E-Auto kommt auf nur 16 statt 40 Tonnen CO₂. Vorausgesetzt natürlich, man tankt Strom aus erneuerbaren Quellen.“
Wie „grün“ ein Auto ist, entscheidet sich also an weit mehr als seinem Antrieb. Weil CO₂-Emissionen nicht nur in der Produktion und während des Betriebs eines Fahrzeugs entstehen, sondern von der Rohstoffbeschaffung bis zu deren Rückgewinnung anfallen, wirken sich auch viele andere Aspekte auf seine Klimabilanz aus. „Darunter etwa die Nutzung von Sekundärrohstoffen, die Produktnachhaltigkeit in den Lieferketten oder Kreislaufwirtschaft“, sagt Dietmar Hofer, Nachhaltigkeitsexperte bei Magna und spezialisiert auf Life Cycle Assessments und Eco Design in der Fahrzeugentwicklung. Und der Beitrag der genannten Faktoren wird künftig sogar noch an Bedeutung gewinnen, verschieben sich die CO₂-Emissionen doch mit dem Hochlauf der E-Mobilität zunehmend von der Nutzungsphase in die vorgelagerte Rohstoff- und nachgelagerte Wertschöpfungskette.
„Das Antriebssystem hat einen wesentlichen Einfluss auf die Gesamtumweltbelastung. Ein E-Auto schneidet deutlich besser ab.“
Mario Hirz, Professor am Institut für Fahrzeugtechnik an der TU Graz
Welch erhebliches, zusätzliches CO₂-Einsparpotenzial sich etwa durch mehr Zirkularität ergibt, zeigt sich insbesondere am Einsatz von Sekundärmaterialien. Laut Umweltbundesamt ließen sich die Emissionen gegenüber Primärmaterialien bei Aluminium um 80 bis 95 Prozent reduzieren, bei Stahl um 75 bis 85 Prozent. Für Kunststoffe sind 50 bis 80 Prozent drin.
An Rezyklat-Nachschub sollte es eigentlich nicht mangeln: In Österreich sind seit 2015 mindestens 95 Prozent der Altfahrzeuge nach Gewicht zu verwerten. Jedoch „wird diese Gesetzesvorgabe eigentlich nicht gelebt“, so Mario Hirz. „Ein Gutteil der alten Fahrzeuge geht in Länder im Osten oder in Afrika, wo sie weiter genutzt werden. Das kann man durchaus auch positiv sehen. Aber diese Altautos fallen natürlich aus dem Recycling heraus, der Zugriff auf die wertvollen Rohstoffe ist innerhalb Europas nicht möglich.“ Da nutzt es dann auch wenig, dass mit jedem neuen Fahrzeug eine weitere urbane Lagerstätte vom Band rollt, „deren Eco Design sogar eine höhere Ausbeute an hochqualitativen End-of-Life-Materialien für neue Produkte ermöglichen würde, weil eine effiziente und energiesparende Recyclingfähigkeit schon von Anfang an mitgedacht wurde“, sagt Dietmar Hofer.
Eine Frage des Designs
Wo aber der größte Hebel (noch) nicht mit ganzer Zirkularitätskraft bedient werden kann, gilt es auf dem Weg zur Netto-Null auch an anderer Stelle anzusetzen. So nutzt man etwa Recyclingmaterialien aus Industrieabfällen und entsorgten Konsumprodukten. Die benötigten Kunststoff-Rezyklate werden etwa aus PET-Flaschen oder alten Fischernetzen hergestellt statt aus ausgedienten Stoßstangen. „Wir müssen nach jedem Einspar-Prozentpunkt suchen“, betont Mario Hirz. Die Suche beginnt bereits in der Designphase. Von der Aerodynamik der Karosserie bis zur Wahl der Sitzbezüge: Laut einer Studie des Capgemini Research Institutes lassen sich sogar rund 80 Prozent der Umweltauswirkungen eines Autos – meist eingedampft ausgedrückt im repräsentativen Carbon Footprint – auf Designentscheidungen zurückführen.
Diese doch sehr spezifische Zahl können zwar weder Fahrzeugtechnikprofessor Hirz noch Nachhaltigkeitsexperte Hofer durch ihre wissenschaftliche Forschung oder aus ihrer praktischen Erfahrung bestätigen. Aber natürlich, so Hofer, sei es für die Reduktion des Carbon Footprint spielentscheidend, „welches Produkt und welche Produktvision man im Customer-Market-Profil am Anfang niederschreibt.“ Denn das habe Auswirkungen – von A wie der Auswahl der Lieferanten, die man sich ins Boot holt, bis Z wie der Zerlegbarkeit von Fahrzeug und Batterie.
„Wir kämpfen schon damit, dass der Konsument:innenwunsch vielleicht nicht dem entspricht, was in der Kreislaufwirtschaft sinnvoll ist.“
Dietmar Hofer, Nachhaltigkeitsexperte bei Magna
Mehr Schrauben, weniger Gewicht
Das Ende am Anfang mitzudenken, heißt, alle Möglichkeiten für Effizienz, Haltbarkeit, Reparaturfreundlichkeit und einfache Rückgewinnung von Komponenten und Materialien auszuschöpfen. Schon vermeintlich kleine Konstruktionsentscheidungen können einen großen Impact haben – wie zum Beispiel verschraubte statt verklebter Komponenten. „Diese Entscheidung hat enorme Auswirkungen auf Demontierbarkeit, Reparaturfähigkeit und Recyclingprozesse. Wenn Bauteile lösbar verbunden sind, können sie am Ende ihres Lebenszyklus schneller und sortenrein getrennt werden“, erklärt Hirz. „Das spart nicht nur Zeit, sondern auch Kosten, weil weniger manuelle Arbeit und weniger energieintensive Trennverfahren nötig sind.“
Embedded Eco Design bedeutet aber auch, Fragen zu beantworten wie: Ist der verwendete Stahl grün produziert und der Zulieferer der Parksensoren transparent nachhaltig? Setzen wir beim Armaturenbrett auf Kunststoffrezyklat oder gleich auf biobasierte Materialien? Oder: Wo können wir ansetzen, um Gewicht zu reduzieren? „Im Bereich Karosserie ist Leichtbau ein wichtiges Thema, um den Energieverbrauch eines Fahrzeugs in der Nutzungsphase zu reduzieren“, so Hirz und Hofer. „Hier gibt es einen Trade-off, wo man sich überlegen kann, ob man Aluminium statt Stahl verwendet. Bei einem Mittelklassefahrzeug spart das 100 Kilogramm Gewicht und bei einem konventionellen Antrieb 0,2 bis 0,3 Liter Kraftstoff auf 100 Kilometern. Im gesamten Lebenszyklus des Autos schafft man mit klugem Leichtbau rasch einen ökologischen Break-Even und Nutzen für die Umwelt, obwohl Aluminium in der Produktion einen höheren CO₂-Footprint hat.“
Alternativ können konventionelle Materialien durch erneuerbare, biobasierte ersetzt werden. Die Palette reicht von Flachs und Kork fürs Armaturenbrett bis hin zum Lederersatz aus Kakteen oder Pressrückständen der Apfelsaftherstellung. „Abgesehen von Transportwegen und Lieferketten muss man bei der Auswahl aber darauf achten, dass die biobasierten Materialien tatsächlich aus Abfallquellen kommen“, betont Hofer. „Sonst hat man ein ähnliches Thema wie bei der ,Tank oder Teller‘-Debatte bei Biofuels, die sich um die ethische und ökologische Frage dreht, wie landwirtschaftliche Flächen genutzt werden sollten.“
Ein Material, das sowohl Hirz als auch Hofer besonders am Herzen liegt, ist Holz – als nachwachsender, heimischer Rohstoff und „weil Österreich auch eine sehr starke Industrie in der Holz- und Forstwirtschaft hat. Hier könnten wir ökologisch und ökonomisch profitieren“, meint Hirz. „Es gibt auch einige Forschungen, um Holz in Strukturbauteilen, also Karosseriebauteilen oder Armaturbrettträger einzubauen. Ich kenne jedoch nur ein Serienfahrzeug, das tatsächlich mit einem Holzrahmen oder Strukturbauteilen aus Holz wird, weil diese Biomaterialien über die Lebensdauer ein gewisses Eigenleben entwickeln.“
Dietmar Hofer sieht in Holz jedenfalls einen Hebel, der in Zukunft genutzt werden sollte. „Für die Herstellung von einem Kilogramm Aluminium fallen circa fünf bis neun Kilogramm CO₂-Äquivalente an, die Produktion von einem Kilogramm Stahl verursacht vergleichsweise zwei Kilogramm CO₂-Äquivalente im globalen Durchschnitt. Nachhaltig hergestelltes Holz kann hingegen als CO₂-neutral bewertet werden. Es gibt auch Berechnungen, die sogar über eine CO₂-Senke sprechen“, so der Magna-Experte. „Für jedes Kilogramm Stahl oder Aluminium, das man durch einen Holzwerkstoff ersetzt – und das können laut Modellberechnungen bis zu 50 Kilogramm in einem Fahrzeug sein –, kann man einige hundert Kilogramm an CO₂ in der Produktion eines Fahrzeugs einsparen.“
Mittendrin statt nur dabei
Bei Magna als markenunabhängigem Auftragsfertiger und Engineering-Partner der Automobilindustrie für Gesamtfahrzeuge und Komponenten begleitet Dietmar Hofer mit seinem Team den gesamten Produktentstehungsprozess. Embedded Eco Design wurde dabei für verschiedene namhafte Original Equipment Manufacturer aus Deutschland, Japan oder China von Anfang an betrachtet. Als gemeinsames Leitbild für das Simultaneous Engineering unter Beteiligung mehrerer Stakeholder, wie Konstruktion, Einkauf, Qualität, Lieferanten und Funktionsentwicklung, leistet es nicht nur einen entscheidenden Beitrag zur Reduktion des Carbon Footprint. „Embedded Eco Design ist auch der Enabler für Circularity. Und Circularity ist die Grundlage für einen zukünftig erfolgreichen Business Case“, sagt Hofer.
Ein nachhaltiger Business Case führt zu einer nachweisbaren CO₂-Reduktion entlang des gesamten Lebenszyklus – ohne dabei die Wirtschaftlichkeit aus den Augen zu verlieren. Ganz „nebenbei“ verringert Kreislaufwirtschaft zudem auch noch die Abhängigkeit von kritischen Primärmaterialien und den Impact von geopolitischen Krisen. „Deshalb muss aus meiner Perspektive jedes Unternehmen in die Transformation gehen, um zukunftsfähig und relevant zu bleiben“, so Hirz.
Holistischer Ansatz
Der Übergang von linearem Produktdenken zu echten Kreisläufen, in welchen Autos geschaffen werden, die nicht auf dem Schrottplatz enden – dieser holistische Ansatz verändert nicht nur die Arbeit der Designer:innen und einzelner Unternehmen, sondern die Automobilbranche an sich. Werke werden anders konzipiert, Prozesse in der Fahrzeuggestaltung anders gedacht, Materialien anders ausgewählt, Transporte anders organisiert, Produktionslinien anders gestaltet. Lag der Fokus der klassischen Fahrzeughersteller früher auf der eigenen Produktion, werden Partnerschaften mit Lieferanten, Recycler:innen und Forschungseinrichtungen immer wichtiger und Audi und Co. zu Mitgestaltern von Wertstoffkreisläufen. Weil Kreislaufwirtschaft in industriellem Maßstab nur im Ökosystem gelingt, teilen die Hersteller zum Beispiel ihr Recyclingwissen über das Internationale Demontage Informations-System (IDIS) mit rund 3.000 Verwertern in über 30 Ländern.
Von diesem Branchenwandel bekommen die Kund:innen freilich nichts mit. Sie sehen nur das Ergebnis des Transformationsprozesses. Es steht ja vor ihrer Haustür oder in der Garage. Mitsamt aller Vorteile, die das Embedded Eco Design mit sich bringt. „Durch eine smarte Fahrzeugarchitektur – also überall dort, wo man Funktionsintegration und Sensoreinsparung wirklich groß denkt und umsetzt – spart man für Konsument:innen wirklich einiges an Geld“, sagt Dietmar Hofer. „Besonders positiv am Konto auswirken dürften sich die daraus resultierende bessere Reparaturfähigkeit und Dauerhaltbarkeit. Und der geringere Verbrauch natürlich.“
Weniger Material, Komplexität und Energie – dafür mehr Ästhetik, Intelligenz und Wert für diejenigen, die die Fahrzeuge nutzen: Embedded Eco Design schafft diesen Spagat. Und es könnte, auch mit KI-Unterstützung, noch einiges mehr in Richtung Netto-Null bewegen. „Wenn es Hürden und Herausforderungen gibt, so sind es keine technischen“, betont Hofer. „Ich kann aus 20 Jahren Erfahrung sprechen: Es sind alle Lösungen da. Es ist die Systematik da. Es sind die Märkte vorbereitet. Es gibt genügend Interessierte, die das auch forcieren möchten.“ Der Elefant im Raum sei vielmehr die Frage: Was möchte der Kunde? Will er ein sauber entwickeltes Produkt? Und welchen Wert misst unsere Gesellschaft Unabhängigkeit, Dauerhaltbarkeit, Nachhaltigkeit und Menschenrechten zu? „Es muss jedem bewusst sein, dass, wenn man etwas sehr billig kauft, die Natur oder jemand anderes den Preis dafür zahlt.“
In der Vergangenheit scheinen die wenigsten Auto-Käufer:innen ihre Wahl tatsächlich in diesem Bewusstsein getroffen und sich zum Beispiel vorab ein umfassendes Bild darüber gemacht zu haben, wie „grün“ ihr zukünftiges Fahrzeug ist. Obwohl dies via Plattformen wie „Green NCAP“ (greenncap.com)durchaus möglich wäre. „Dort kann man Lebenszyklusanalysen oder Realverbrauchsmessergebnisse für Fahrzeugmodelle problemlos nachlesen“, erklärt Hofer. Die NCAP-Gewinner sind jedenfalls in der Regel Klein- und Kompaktwagen mit E-Antrieb. Vor den Häusern stehen jedoch zunehmend SUVs. „Und weil die Fahrzeuge immer größer werden, wird ein guter Teil der Entwicklungserfolge, die man gemacht hat – zum Beispiel im Bereich der Aerodynamik – wieder zunichte gemacht“, sagt Fahrzeugtechnik-Professor Hirz. „Abgesehen davon steigen aufgrund des höheren Gewichts und Materialeinsatzes ganz allgemein die Life-Cycle-CO₂-Emissionen.“ Über den gesamten Lebenszyklus hinweg könne der Unterschied zwischen Kleinwagen und Oberklasse durchaus einer Verdoppelung bis Verdreifachung des CO₂-Footprints entsprechen je gefahrener Kilometerleistung.
Quo tendis?
„Wir kämpfen schon damit, dass der Konsument:innenwunsch vielleicht nicht immer dem entspricht, was in der Circular Economy sinnvoll ist“, sagt Magna-Experte Hofer. Wie also kann, muss, wird es aussehen, das Auto der Zukunft, das Auto für die Zukunft? Eine pauschale Antwort darauf gibt es nicht. Insbesondere im urbanen Raum wird der Trend wohl Richtung autonome Einheiten gehen, elektrisch, digital vernetzt, hochgradig automatisiert. Und diese Einheiten werden dann wahrscheinlich weniger wie ein Auto anmuten als eher einer Zugkabine ähneln.
Eines jedoch ist klar: Am Ende seines Lebens soll das Fahrzeug nicht zum Problem, sondern zur Ressource werden.
Text: Daniela Schuster