Holz im Fahrzeugbau: Zurück zu den Wurzeln

Mancher Autohersteller ist auf dem Holzweg, und zwar im wörtlichen Sinne: Der Werkstoff aus dem Wald soll künftig neue Möglichkeiten beim Leichtbau eröffnen.

BMW setzt beim Elektroauto i3 auf Karbon, Jaguar rüstet seine Modelle mit einer Aluminium-Karosserie aus. Mithilfe innovativer Werkstoffe wollen die Hersteller das Fahrzeuggewicht senken - und somit den CO2-Ausstoß. Im Kampf um jedes Gramm kehren einige Entwickler nun zu den Wurzeln zurück. Konkret: zu Holz. Künftig soll der Werkstoff im Fahrzeug nicht nur das Cockpit zieren, sondern auch dort verbaut werden, wo es um wesentliche technische Vorteile geht.

Als Autopioniere wie Benz oder Daimler vor 130 Jahren die ersten Fahrzeuge konstruierten, setzten sie ihre Motoren auf hölzerne Kutschen. Später wurden vor allem in den USA und England sogenannte Woodies populär. Das waren Kombimodelle, deren Karosserieaufbau zum Teil aus Holz gefertigt war oder die dünne Holzpaneelen auf den Blechen trugen. Der englische Sportwagenbauer Morgan verkauft noch heute Roadster, die aus einem handgefertigten Eschenholzrahmen basieren.

Eine Reihe von "Woodie"-Mobilen in Kalifornien

Foto: © Mike Blake / Reuters/ REUTERS

Bei der aktuellen Renaissance des Werkstoffs Holz haben derlei nostalgische Aspekte keinerlei Bedeutung. "Wir wollen Holz in den Bereichen einsetzen, in denen es aus ökologischer und ökonomischer Sicht Sinn ergibt", sagt Ulrich Müller von der Universität für Bodenkultur (Boku) in Wien. Zusammen mit einem Team aus Wissenschaftlern forscht der 49-Jährige an den Materialeigenschaften von Holz und sammelt Daten über Dichte, Bruchfestigkeit oder Elastizität.

Die Vorteile von Holz...

Denn ehe ein neuer Werkstoff für den Autobau überhaupt in Betracht kommt, muss geklärt sein, wie er sich bei unterschiedlichsten Belastungen verhält. Diese Informationen dienen dann als Basis für Computersimulationen, mit denen berechnet wird, wie gut welches Holz bei einem Unfall hält. "Inzwischen können wir das Auto virtuell gegen die Wand fahren und das Versagensverhalten der Holzkomponenten anhand der Materialsimulation beobachten", sagt Müller.

Der größte Vorteil von Holz ist das vergleichsweise geringe Gewicht. Ein Kubikzentimeter wiegt zwischen 0,5 bis 0,8 Gramm. Bei Aluminium liegt dieser Wert bei etwa 2,7 Gramm, bei Stahl bei acht Gramm pro Kubikzentimeter. Buchenholz beispielsweise wiegt nur ein Zehntel im Vergleich zu Stahl, besitzt aber ein Drittel seiner Festigkeit. "Das größte Potenzial fürs Spritsparen liegt beim Auto in der Gewichtsreduzierung. Holz ist daher ideal", meint Müller.

Zudem biete der Werkstoff Vorteile, wenn man die CO2-Bilanz eines Autos über den gesamten Lebenszyklus von der Produktion über den Betrieb hin zur Verschrottung oder Wiederverwertung betrachtet.

Während zur Herstellung von einem Kubikmeter Aluminium 22 Tonnen Kohlendioxid (CO2) freigesetzt werden, sind es bei der Holzherstellung lediglich 150 Kilogramm. Gerade in Deutschland, dessen Fläche zu etwa einem Drittel aus Wald besteht, müsste Holz zudem nicht weit transportiert werden, das bedeutet weiteres Einsparpotenzial. Zudem entstehen bei der Gewinnung von Holz - im Gegensatz zu Aluminium, Stahl oder Kunststoff - kaum Abfallprodukte.

...und sein Nachteil

Dass Holz trotz der vielen guten Eigenschaften bisher nur marginal im Fahrzeugbau eingesetzt wird, lag vor allem an fehlenden Kenntnissen über das Verhalten des Werkstoffs. Genau das wollen Müller und sein Team nun ändern. "In etwa vier Jahren wollen wir Daten liefern, die bei den Autoherstellern in die Vorentwicklungen der Autos einfließen können", sagt der Materialwissenschaftler. Langfristig soll der Anteil von Holz am Gesamtfahrzeug etwa fünf Prozent betragen.

Konzeptauto Cult

Foto: Magna Steyr

Für die Holzanalyse wurde an der Boku in Wien das Konzeptauto Cult (Cars Ultralight Technology) entwickelt, mit dem ein realer Crash simuliert werden kann. Der Wagen verfügt über Armaturenträger, Rücksitzwand und Unterboden aus Faserplatten, Schicht- oder Sperrholz. Es sind jedoch keine herkömmlichen Bretter, sondern Furnierlagen von jeweils zwei Millimeter Stärke, die miteinander verklebt und zusätzlich mit einer dünnen Aluminium- oder Kunststoffschicht versehen werden. Laut Müller ist es wichtig, bewährte Technologien sinnvoll mit dem Holz zu verbinden, um so Produktionskonzepte zu entwickeln, die für die Autohersteller umsetzbar sind.

Obwohl Holz ein Naturprodukt ist und sich die Qualität damit von Baum zu Baum unterscheidet, sind die strengen Vorgaben und Toleranzen der Autoindustrie keine Hürde mehr. Längst gibt es in der Holzindustrie Maschinen, die Holz nach bestimmten Materialeigenschaften sortieren können. "Dafür werden Röntgentechnik, Schwingungsmessungen, Schalldurchlaufzeiten, Mikrowellentechnik und optische Sensoren angewandt", erklärt Holz-Spezialist Müller.

In Finnland ist man schon viel weiter

Die Forscher aus Wien sind nicht die einzigen auf dem Holzweg. Das finnische Papierunternehmen UPM hat gemeinsam mit der Helsinki Metropolia Fachhochschule das Biofore Concept Car entwickelt. Bei der Studie sind Armaturenbrett, Türverkleidungen und andere Bauteile aus "biobasierten Materialien" wie thermisch formbarem Birkensperrholzfurnier oder einem Verbundmaterial hergestellt, das zur Hälfte aus nachwachsenden Stoffen besteht. Laut UPM wiegt das Auto rund 150 Kilo weniger als Fahrzeuge vergleichbarer Größe. Entsprechend geringer ist der Spritverbrauch.

Die Finnen gehen aber noch einen Schritt weiter und haben zum Holzmobil auch den passenden, auf Holz basierenden Dieseltreibstoff entwickelt. Bei dessen Verbrennung entstehen gegenüber konventionellem Kraftstoff 80 Prozent weniger Treibhausgase. Hergestellt wird er aus sogenanntem Tallöl, einem Nebenprodukt der Papierherstellung.

Schweden forschen an transparentem Holz

Forschern der Königlich Technischen Hochschule in Stockholm wiederum ist es gelungen, transparentes Holz zu produzieren. Dafür entfernten die Forscher erst das braune Molekül Lignin aus dem Rohstoff und imprägnierten ihn anschließend mit einem transparenten Polymer, was zu einem Lichtdurchlässigkeitsgrad von 85 Prozent führte. Damit ist das transparente Holz als Seiten- oder Windschutzscheibe zwar ungeeignet, könnte aber beispielsweise als Blende für Innenraumleuchten verwendet werden.

Konzeptauto Toyota Setsuna

Foto: Toyota

Während die Entwickler auf dem Weg zum Serieneinsatz von Holz bei Sitzgestellen, in Türen, für Unterboden-Bauteile oder Crashelemente dicke Bretter bohren müssen, haben es die Macher von Showcars sehr viel einfacher. Toyota etwa zeigte, den Holz-Trend aufgreifend, jetzt bei der Designwoche in Mailand das Konzeptauto Setsuna, einen vorwiegend aus Holz gebauten Zweisitzer. Birke für den Rahmen, japanische Zeder fürs Exterieur, Zypresse fürs Lenkrad - und alles ohne Nägel und Leim zusammengefügt, sondern nur durch hohe Schreinerkunst. Derart hölzern werden Serienautos garantiert nie werden - aber die Richtung stimmt schon mal.

---

Zusammengefasst: Holz könnte künftig im Automobilbau eine wichtige Rolle spielen. Gegenüber anderen Werkstoffen hat es gravierende Vorteile: Es ist leichter als Aluminium und lässt sich umweltfreundlicher herstellen, verarbeiten und entsorgen. Seine Crashsicherheit wird noch erforscht.