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Science
06/03/2020

Wie kalt gepresstes Aluminium den CO2-Ausstoß senken kann

Ein neues Verfahren aus Österreich soll Autos leichter und damit klimafreundlicher machen.

von Andreea Iosa

Der Verkehr zählt in Österreich zu den Hauptverursachern für den Ausstoß von Treibhausgasen – insbesondere von Kohlenstoffdioxid (CO2). Laut dem Umweltbundesamt sind Pkw die Klimasünder Nummer eins im Straßenverkehr. Österreich will die Emissionen deutlich senken. Auf dem Weg dahin ergeben sich im Verkehrssektor mehrere Optionen, allen voran die Reduktion des Einsatzes fossiler Energieträger und der Umstieg auf E-Mobilität. 

Leichtes Material

Auch leichteres Baumaterial für Fahrzeuge kann einen Beitrag zur Klimaneutralität leisten. Denn je leichter ein Fahrzeug ist, umso weniger Energie braucht es. Weniger Treibstoff bedeutet wiederum weniger CO2-Ausstoß. Besonders geeignet für den Leichtbau von Fahrzeugen ist Aluminium. Laut Florian Grabner, Forscher am Austrian Institute of Technology (AIT), wird es seit den 1950er-Jahren auch im Automobilbau eingesetzt.

Der größte Vorteil von Aluminium ist die geringe Dichte: „Alu hat etwa ein Drittel der Dichte von Stahl und somit nur ein Drittel dessen Gewichts“, sagt der Experte. Beim AIT-Tochterunternehmen LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen wurde nun ein neues Kälteverfahren entwickelt, mit dem Aluminium effizienter als bisher formbar wird. Laut Grabner können damit vor allem komplexe Bauteile hergestellt werden – etwa mehrere Einzelteile einer Autotür zusammengefasst und aus einem Blechstück erzeugt werden. 

Kälteverfahren

Anstatt wie bisher wird Aluminium bei dem „Kryo-Alu“-Verfahren nicht länger warm umgeformt, sondern unter sehr tiefen Temperaturen gepresst. Dadurch können Risse, die bei einer Dehnung des Werkstoffs unter hohen Temperaturen häufig entstehen, verhindert werden. Zusätzliche Wärmebehandlungsprozesse werden durch das Verfahren ebenfalls obsolet.  

Aluminiumbleche werden bei dem Verfahren in flüssigem Stickstoff bei minus 196 Grad vorgekühlt. In Folge werden sie von einem Roboter in die auf bis zu minus 180 Grad gekühlte Umformwerkzeuge eingelegt. Die Dehnbarkeit des Werkstoffs wird durch die Kühlung erhöht, sodass auch komplizierter geformte Teile gepresst werden können. „Die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumlegierungen verbessern sich bei sehr tiefen Temperaturen signifikant“, sagt der Forscher. 

Zwar sind die Kosten durch die Kühlung je nach konkretem Einsatzgebiet höher. Vorteile, wie bessere Oberflächengüte und eingesparte Fügestellen, können die erhöhten Kosten laut dem AIT-Forscher aber wieder wettmachen. 

E-Autos profitieren auch

Von einem leichteren Gewicht profitieren jedoch nicht nur Verbrenner, sondern auch Elektroautos. Denn bei geringerem Gewicht erhöht sich auch die Reichweite von E-Fahrzeugen. Grundsätzlich gilt: „Der Spritverbrauch beziehungsweise die Reichweitenerhöhung hängt maßgeblich vom jeweiligen Fahrprofil ab. Gibt es viele Beschleunigungsphasen oder sind große Steigungen zu überwinden? Genau unter diesen Bedingungen spielt das Fahrzeuggewicht eine entscheidende Rolle“, sagt Grabner.

Beim aktuellen Ford F-150 etwa, dessen Karosserie zur Gänze aus Aluminium besteht, wurde ein Gesamtgewicht von 300 Kilogramm gegenüber seinem Vorgängermodell eingespart. Dadurch wurde auch der Treibstoffverbrauch deutlich reduziert. Als Faustregel könne laut Grabner angenommen werden, dass bei gleichem Fahrprofil, ein Kilogramm Gewichtseinsparung 0,1 Prozent Treibstoffreduktion bedeutet.   

Das innovative LKR-Verfahren kann in Zukunft auch für die Herstellung von Aluminiumblechteilen für Flugzeuge genutzt werden.