Das CO2-neutrale Auto bauen: Wie zirkuläre Materialien dazu beitragen können, dass die Automobilbranche ihre Klimaziele erreicht
Die Automotive-Branche befindet sich mitten im Wandel. Industrie 4.0 wird in diesem Sektor gerade sehr schnell zur neuen Realität, und der Megatrend der Dekarbonisierung wird durch die Digitalisierung, neue Technologien und den Zuwachs im Bereich E-Mobilität weiter beschleunigt. Die Dekarbonisierung wirkt sich dabei auf das gesamte Ökosystem des Sektors aus: OEMs, Zulieferer, Halbfertigerzeugnisse und Rohstoffe sowie Recyclingfirmen, Behörden und schließlich auch auf die Kunden.
Die Autobauer haben sich selbst ambitionierte Nachhaltigkeitsziele gesetzt. Um netto CO2-neutral zu werden und dazu beizutragen, die Erderwärmung gemäß dem Pariser Abkommen auf 1,5 °C zu begrenzen, müssen sowohl die Branche selbst als auch ihre gesamte Wertschöpfungskette einen massiven Kurswechsel vollziehen. Als Schlüssel für den Erfolg dienen Partnerschaften zwischen Unternehmen, Verbrauchern und Behörden, um Ökosysteme für geteilte und wiederverwendete Ressourcen aufzubauen, um bei der Zusammenarbeit mehr zu erreichen und dabei weniger primäre Ressourcen und weniger Energie zu verbrauchen, stärker auf erneuerbare Energien zu setzen und auf diese Weise die Emissionen zu verringern. Eine inspirierende Vision für die Wertschöpfungskette der Automotive-Branche könnte alle Teilnehmer des Ökosystems mobilisieren, und genau das ist die Idee, die hinter dem CO2-neutralen und zirkulären Auto steckt: Ein Fahrzeug, das sein gesamtes Potenzial in Sachen CO2-Effizienz und Zirkularität ausschöpft. Dafür bedarf es der Netto-Null bei den CO2-Emissionen während der Produktion und der Lebensdauer des Wagens sowie der Netto-Null bei den Abfällen am Ende seines Lebens. Doch wie schaffen wir das?
Marktsituation und Ausblick
In den letzten paar Jahren waren die Anstrengungen zur Dekarbonisierung in der Automotive-Branche hauptsächlich auf die Elektrifizierung der Fahrzeuge gerichtet. Wenn man sich die Treibhausgas-Emissionen während des Lebenszyklus eines Fahrzeugs insgesamt anschaut, dann ist der herkömmliche Antrieb für die meisten Emissionen verantwortlich. Gleichzeitig ist das der Bereich, bei dem die Autobauer die größte Gelegenheit haben, im Vergleich zu den anderen Emissionsquellen von Treibhausgasen, also zum Beispiel der Materialproduktion oder der Rückgewinnung von Materialien am Lebensende, wirklich etwas zu bewegen.
Auch wenn E-Autos laut McKinsey & Company bislang nur 7 % der weltweit verkauften Pkw ausmachen, so wird in den nächsten Jahren doch mit einer sehr zügigen Umstellung gerechnet – nicht zuletzt beschleunigt durch zunehmenden behördlichen Druck und die wachsende Nachfrage von Kunden nach einer nachhaltigeren Mobilität. Statistiken der European Automobile Manufacturers‘ Association (ACEA) zeigen, dass die Zulassung von akkubetriebenen E-Autos sich in Europa seit 2019 jedes Jahr verdoppelt hat. Bei McKinsey rechnet man damit, dass bis 2035 alle auf den größten Märkten (Europa, China, USA) verkauften Fahrzeuge E-Autos sein werden und dass Premium-Anbieter schneller auf E-Mobilität umstellen als Massen-Anbieter.
Der Weg zu neuen Antriebsformen umfasst auch neue Konzepte und geeignete Systeme zur Speicherung von Energie sowie damit verbundene Konzepte für die Karosserie. Die Autohersteller arbeiten an den Lösungen für diverse Herausforderungen; dazu gehören eine möglichst effiziente Akku-Integration, die Bedeutung von Designs mit wenig Gewicht, das resultierende Materialkonzept, die Erfüllung von Performance-Kriterien und die Entwicklung fortschrittlicher Designs.
Bis 2035 werden wahrscheinlich 100 % der verkauften Fahrzeuge auf den größten Märkten E-Autos sein
Aluminium ist nicht nur eines der am häufigsten recycelten Materialien auf der Welt, sondern es ist auch in allen Fahrzeug-Segmenten ganz hervorragend für Designs mit wenig Gewicht geeignet. Seine einzigartigen Eigenschaften sind einerseits für den weltweiten Trend zur Elektromobilität und andererseits für die Notwendigkeit der Automobilbranche zur Dekarbonisierung wie geschaffen. Mit einer Gewichtsreduktion um bis zu 42 %Prozent im Vergleich zu Stahl bei vergleichbarer oder besserer Performance wird Aluminium zunehmend zum Produkt der Wahl für sichere, kostengünstige und nachhaltige Karosserien. Als führender Hersteller von flachgewalzten Aluminiumprodukten und als weltweit größtes Recyclingunternehmen für Aluminium arbeitet Novelis mit den meisten der weltweit größten OEMs zusammen, um innovative und leichte Lösungen für die wachsende Nachfrage in der Automobilbranche zu entwickeln. „Das Bekenntnis zur Nachhaltigkeit steht im Zentrum unserer Geschäftstätigkeit und erstreckt sich auch auf die Art und Weise, wie wir mit Interessengruppen in der gesamten Aluminium-Wertschöpfungskette zusammenarbeiten. Wir sehen umfassende Möglichkeiten zur Ausweitung des Einsatzes von leichtem, unendlich oft recycelbarem Aluminium, um die OEMs dabei zu unterstützen, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und den Verbrauchern Produkte mit wenig CO2-Emissionen anzubieten, die ihnen Freude bereiten“, sagt Michael Hahne, Vice President Automotive Europe bei Novelis.
Die Dekarbonisierung von allen drei Phasen im Lebenszyklus eines Fahrzeugs
Elektrifizierung der Nutzungsphase
Studien zeigen, dass Treibstoff und Abgase für etwa 65–80 % der Emissionen eines Fahrzeugs im Laufe seines Produktlebens verantwortlich sind; das Ende von Fahrzeugen mit internem Verbrennungsmotor und der Umstieg auf einen elektrischen Antrieb erscheinen also gleichermaßen logisch und entscheidend.
Viele Länder haben die Umstellung auf E-Autos mit entsprechenden Vorschriften und Plänen zum langfristigen Verbot des Antriebs mit einem internen Verbrennungsmotor vorangetrieben. Als eines der Vorreiter-Länder im Kampf gegen den Klimawandel hat Norwegen ein Verkaufsverbot für Autos mit Verbrennungsmotor schon ab 2025 angekündigt, und mehrere europäische Länder wollen diesen Schritt bis 2030 gehen. Dementsprechend haben die OEMs ein Enddatum für ihre Benzin- und Dieselmotoren angekündigt, und die Umstellung auf die Elektromobilität läuft aktuell auf Hochtouren. Die Elektromobilität muss aber mit einem Umstieg auf erneuerbare Energien und mit neuen Geschäftsmodellen für das Aufladen einhergehen. So gibt es in China, dem größten Markt für E-Autos, beispielsweise verschiedene Pilotprojekte für den Austausch von Akkus. Die Entwicklung der Elektromobilität und die gleichzeitige Umstellung im Sinne der Kreislaufwirtschaft kann eine echte Revolution in Sachen Herstellung und Nutzung von Fahrzeugen auslösen.
Mit einer zunehmend stärkeren Akzeptanz von E-Autos verlagern sich die Emissionen während des Produktlebenszyklus von der Nutzungsphase zur Produktion und zum Lebensende
Mit einer zunehmend stärkeren Akzeptanz von E-Autos verlagern sich die Emissionen während des Produktlebenszyklus von der Nutzungsphase zur Produktion und zum Lebensende. Wenn Autos nicht mehr mit Kraftstoff fahren, werden die im Material steckenden Emissionen für bis zu 60 % der Emissionen im Produktlebenszyklus verantwortlich sein und somit zum dominierenden Faktor. Demzufolge wird auch klar, dass es sehr viel mehr als der Abschaffung von Autos mit Verbrennungsmotor bedarf, um die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren.
Echte Kreisläufe in der Produktionsphase
In der Kreislaufwirtschaft werden Rohstoffe und Güter so entwickelt, gebaut, repariert und wiederverwendet, dass sie weitestgehend ohne Abfälle im klassischen Sinne auskommen, sondern die Rohstoffe stattdessen in einem geschlossenen Kreislauf verbleiben. Das Auto sollte am Ende seines Produktlebenszyklus nicht zu Schrott werden, sondern als „Materialquelle“ für neue Fahrzeuge dienen.
Auch wenn wir noch weit davon entfernt sind, dass Autos als Ursprung für wertvolle Materialien am Ende ihres Lebenszyklus dienen, gibt es immer mehr Initiativen, um den Kreislauf in der Produktionsphase zu schließen. Beispielsweise hat Novelis in Zusammenarbeit mit vielen seiner Automotive-Kunden hochentwickelte Recyclingsysteme mit geschlossenen Kreisläufen entwickelt. Dadurch sind die Kunden in der Lage, den während der Produktion entstehenden Aluschrott direkt wieder an Novelis zu liefern, damit er dort ohne Qualitätsverluste in vergleichbar hochwertige Produkte recycelt werden kann. Das Recyclingsystem mit dem geschlossenen Kreislauf reduziert den Bedarf für Primär-Aluminium und reduziert auf diese Weise den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen, da bei der Produktion von recyceltem Aluminium nur 5 % der Energie benötigt wird, die zur Herstellung von Primär-Aluminium erforderlich ist.
Über die zunehmende Umstellung des Transports von Aluminiumblechen von der Straße auf die Schiene kombiniert Novelis dieses Recycling im geschlossenen Kreislauf mit einer immer nachhaltigeren Logistik. Die CO2-Emissionen beim Transport werden auf diese Weise um bis zu 70 % reduziert, und in Einzelfällen sogar um bis zu 90 %.
Auf seinem Weg zur CO2-Neutralität erforscht Novelis auch Möglichkeiten zur Dekarbonisierung des Schmelzvorgangs und zum Abscheiden der CO2-Emissionen, die im Rahmen der Herstellung von recyceltem Aluminium entstehen.
Um die CO2-Neutralität in der Produktion zu erreichen, kommt es entscheidend auf den Einsatz erneuerbarer Energien an. Dabei gehören der Ausbau der Verfügbarkeit und eine stabilere Versorgung mit erneuerbaren Energien zu den anhaltenden Zielsetzungen der gesamten Branche. Ebenso kommt es auf eine insgesamt reduzierte Energie-Intensität an, die durch die Umsetzung neuer und weniger Energie-intensiver Prozesse und Technologien erreicht wird. Allerdings werden der geringere Energieverbrauch und die anhaltende Umstellung auf erneuerbare Energien allein nicht ausreichen, um den Produktlebenszyklus von Fahrzeugen zu dekarbonisieren. Vielmehr bedarf es zirkulärer Geschäftsmodelle, um die Emissionen in der Produktion zu reduzieren. Im aktuellen System ist es nur der erste Schritt, den Recycling-Kreislauf in der Produktion zu schließen. Schon sehr bald wird es zudem darauf ankommen, ein recyclingfähiges Auto zu entwickeln und einen Rahmen zu schaffen, der die Rückgewinnung von Materialien und deren Rückführung in den Recycling-Kreislauf am Ende des Produktlebenszyklus eines Fahrzeugs ermöglicht.
Das Auto am Ende seines Lebens wieder in den Kreislauf zurückbringen
Insbesondere für Aluminium, ein Material, das unendlich oft recycelt werden kann, kommt es entscheidend auf einen solchen Rahmen an, mit dem zirkuläre Produktsysteme ermöglicht und gefördert werden: also auf ein System, in dem Produkte am Ende ihres Lebenszyklus immer wieder in die gleichen Produkte recycelt werden.
„Materialien, die sich wieder zu hochwertigen Produkten recyceln lassen, wie Aluminium, müssen in einer Art und Weise demontiert, gesammelt und sortiert werden, bei der ihr Wert erhalten bleibt, damit sie als Teil eines neuen Autos ein weiteres Leben bekommen. Für das Recycling gemachtes Design und Wieder-Herstellung werden zu einem kompletten Entwicklungsbereich in den Partnerschaften mit den OEMs und anderen Branchenpartnern, damit wir gemeinsam die gleiche Erfolgsgeschichte schreiben können, die wir schon im Hinblick auf das geschlossene Kreislauf-Modell für Produktionsabfälle geschaffen haben“, erklärt Michael Hahne.
In vielen Ländern gibt es bereits gut etablierte und effiziente Recycling-Systeme für Produkte, wie beispielsweise die Getränkedose aus Aluminium, die als leere Dose im Recycling-Behälter landet und von dort einen Weg zurücklegt, an dessen Ende sie in gerade mal 60 Tagen wieder als neue Dose im Regal steht. Im Vergleich dazu ist ein Auto ein hochkomplexes Produkt mit über 1.000 Materialien in einem einzigen Fahrzeug. Die Wertschöpfungskette in der Automobilbranche muss innovativ sein und über Sektoren hinweg mit Partnern zusammenarbeiten, um Lösungen zu finden, die es ermöglichen, die Vielzahl der im Fahrzeug vorhandenen Materialien zu Produkten zu recyceln, die beim Bau neuer Fahrzeuge wieder zum Einsatz kommen.
Das Ende des Produktlebenszyklus sollte bereits bei der Fahrzeugplanung berücksichtigt werden – damit Recycling effizient funktioniert und der Bedarf für frische Rohstoffe reduziert wird
Damit das im Auto verbaute Aluminium effizient recycelt werden kann, sind ein paar Faktoren zu berücksichtigen. Der Fokus liegt eindeutig auf der Entwicklung neuer Konzepte und Geschäftsmodelle, um die vorhandenen Materialien am Ende des Produktlebenszyklus effizient zurückgewinnen zu können. Das Ende des Produktlebenszyklus sollte bereits bei der Fahrzeugplanung berücksichtigt werden – damit Recycling effizient funktioniert und der Bedarf für frische Rohstoffe reduziert wird. Novelis setzt sich außerdem dafür ein, den Recyclinganteil seiner Produkte zu steigern. Das Unternehmen arbeitet schon beim Design neuer Produkte mit seinen Kunden und Industrie-Partnern zusammen und berücksichtigt dabei die Demontage am Ende des Produktlebenszyklus, um so die Sammlung, Sortierung und das Recycling der Materialien zu erleichtern.
Effiziente Demontage-Vorgängeprozesse sind ein weiterer wichtiger Aspekt. Damit recycelte Materialien auf dem Markt wettbewerbsfähig sind, müssen die Fahrzeuge und ihre Einzelteile schnell und kostengünstig demontiert werden können. Diese Voraussetzungen müssen ebenfalls in der Design-Phase eines Fahrzeugs umgesetzt werden – zum Beispiel, indem Einzelteile nicht verklebt, sondern so geplant werden, dass sie am Ende des Fahrzeuglebens effizient wieder entfernt werden können, sowie durch einen Verzicht auf Mischmaterialien.
Verbraucher und Behörden können diesen Wandel zu mehr Sammeln, Sortieren und Recyceln von Altmetallen am Ende des Produktlebenszyklus ebenfalls fördern, indem sie auf die Nachverfolgbarkeit der Überreste eines Fahrzeugs am Ende seines Produktlebenszyklus drängen. Der Ausbau von Komponenten und Materialien und ihre Rückführung in den Kreislauf wird dabei ein echter Wendepunkt für die Umwelt sein. Als Befürworter dieser Entwicklung fördert Novelis das öffentliche Bewusstsein zu Recycling und zur Entwicklung neuer Konzepte und Technologien, insbesondere im Bereich der Digitalisierung.
Nachverfolgbarkeit mithilfe neuer Technologien und eine Stärkung der Kreislaufwirtschaft
Die komplexe Wertschöpfungskette der Automobilbranche führt dazu, dass die Kunden – und gar nicht unbedingt die OEMs selbst – vollständige und umfassende Einblicke in die Emissionsquellen der Branche haben. „Ein Schlüssel zum Erfolg für die Dekarbonisierung lässt sich mehr denn je im Aufbau von Partnerschaften und im ‚Simultaneous Engineering‘ finden. Dabei geht es nicht nur um innovative, zirkuläre und effiziente Produkte und Lösungen, sondern auch um den Aufbau neuer Geschäfts- und Kooperationsmodelle sowie einer ganz neuen Dimension der Digitalisierung und Transparenz innerhalb der Branche. Die Entwicklung eines umfassenden Ansatzes zur Nachverfolgbarkeit von Materialemissionen für die Anbieter der Branche und die Kunden würde die Dekarbonisierung deutlich vereinfachen“, sagt Michael Hahne. Entsprechende Ansätze bestehen, und Novelis wirkt momentan an einem Pilotprojekt zur Nachverfolgung von Materialien über alle beteiligten Parteien mit – angefangen bei den Materialherstellern bis hin zum Fertigprodukt.
Neue Technologien wie z. B. Smart Contracts auf der Grundlage von Blockchains können die Kreislaufwirtschaft Wirklichkeit werden lassen, da sie einen Datenaustausch, beispielsweise zu CO2/t, ermöglichen, ohne dass (sensible und geschützte) Informationen über die Materialzusammensetzung ausgetauscht werden. Zudem wird die Zusammenarbeit mit Zulieferern, Abfallmanagement-Betrieben, Dienstleistern und neuen Anbietern so stark vereinfacht, dass ein transparentes und zirkuläres Ökosystem tatsächlich funktionieren kann. Auf diese Weise können engere und längerfristigere Bindungen zwischen den Partnern aufgebaut werden, um die bestehende Herausforderung anzupacken, dass der Großteil der Materialien in einem Auto am Ende seines Produktlebenszyklus wieder in ähnlich hoher Qualität zurückgewonnen werden kann.
Mit der vierten industriellen Revolution könnte man sich endlich von dem Prinzip verabschieden, dass die Produktion von Waren immer auch zur Produktion von Abfall führt. Jedes Teil kann dann mithilfe einer digitalen Produkt-ID nachverfolgt werden, sodass man das herkömmliche Konzept „Nehmen – Herstellen – Entsorgen“ durch „Neu denken – Wiederverwenden – Recycling“ ersetzen könnte.
Schlussfolgerung
Für das ambitionierte Ziel der Automotive-Branche, bis 2050 CO2-neutral zu werden, spielen E-Autos eine entscheidende Rolle, aber es ist auch an der Zeit, weiter zu denken als nur bis zur Elektrifizierung der Fahrzeugnutzung. Die Branche wird ihre Klimaziele nur erreichen, wenn sie grundlegende Veränderungen in allen drei Phasen des Lebenszyklus von Fahrzeugen umsetzt und sich weiter in Richtung einer echten Kreislaufwirtschaft entwickelt. Damit das CO2-neutrale Auto Wirklichkeit werden kann, müssen sich die Anstrengungen auf alle Hebel konzentrieren, die in dieser Branche umgelegt werden können. Insbesondere wird es nur möglich, den Kreislauf am Ende des Produktlebenszyklus zu schließen, wenn alle Anbieter im Automotive-Ökosystem zusammenarbeiten und auf bisher nie dagewesene Art und Weise miteinander kooperieren.
Auch wenn die Kreislaufwirtschaft das Zeug dazu hat, die Branche genau wie die Fertigungsstraße von Henry Ford einst zu revolutionieren, so hängt diese Revolution doch von technologischen, ökologischen, wirtschaftlichen, politischen und sozialen Dimensionen ab, die wir alle gemeinsam gestalten müssen.
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