Biltillverkaren Porsche utnyttjar fördelarna med organiska material i biltillverkning. Den nya 718 Cayman GT4 Clubsport har kroppsdelar gjorda av naturfiberkompositmaterial som utvecklats i Application Center for Wood Fiber Research HOFZET, som är en del av Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, tillsammans med Institutet för bioplaster och biokompositer IfBB vid Hannover University of Applied Sciences and Arts.

Registreringsstatistiken indikerar att nya bilar successivt blir tyngre, till exempel på grund av förbättrade säkerhetsfunktioner och mer elektronisk utrustning. Denna viktökning innebär också högre nivåer av bränsleförbrukning, aspekter som strider mot det allmänna målet att minska CO ₂ utsläpp. Vikt är också en viktig faktor för e-bilar, eftersom de kräver större och därmed tyngre batterier för att maximera räckvidden, ett avgörande försäljningskriterium. Följaktligen, nya utvecklingar inom lättviktsdesign är en absolut förutsättning för verkligt effektiva e-bilar. Enligt en studie av affärskonsulter på McKinsey, Andelen lättviktsdelar i bilar måste öka från 30 till 70 procent till 2030 för att kompensera för fordonsviktsökningen till följd av elektriska drivningar och motorer.

Hittills har den föredragna lösningen här varit lättviktsstål och kolfiberförstärkt plast. Men denna lösning har också sina nackdelar:För det första, det innebär stora utmaningar vid bearbetning, reparationer och återvinning. För det andra, att tillverka dessa material är mycket energikrävande, subtrahera från den positiva miljöaspekten av viktminskning.

Bra komplement till kolfiber

Forskare vid Fraunhofer WKI ställde alltså frågan om huruvida andra fibrösa material kunde användas för att minska komponentvikten, endast använda kolfibrer på de platser där de utgör en strukturell fördel. De undersökte olika lättillgängliga ekologiska material vad gäller deras tekniska egenskaper, tillgänglighet och kostnadseffektivitet, eftersom en genomförbar lösning för industrin måste ha positiva tekniska, ekologiska och ekonomiska effekter.

Naturfiberförstärkt plast visade sig vara svaret. Som komponenter i organiska kompositer, vegetabiliska fibrer är ett hållbart alternativ för lätta fordonskarosser. Den biogena komponenten förbättrar den ekologiska effekten av industriella högpresterande kompositmaterial under tillverkning, användning och kassering.

Ekonomiskt sett, användningen av förnybara råvaror är fördelaktigt eftersom naturligt lin, hampa, trä- och jutefibrer är billigare än kolfibrer och kräver mindre energi att tillverka. Därför kommer fördelarna med viktminskning inte med en oöverkomlig prislapp.

Och det finns ytterligare fördelar vid industriell bearbetning och med applikationer i fordonet:Den naturligt odlade strukturen av organiska kompositer ger materialen akustiska dämpande egenskaper och minskar splittring, vilket är viktigt vid en kollision.

Porsche startar serietillverkning

Dessa argument var tillräckligt övertygande för Porsche. Går ihop med Porsche Motorsport, Forskare vid Fraunhofer WKI testade först organiska material för serieberedskap under extrema förhållanden på en Porsche Cayman GT4 Clubsport med hjälp av det tyska "Four Motors"-racingteamets mobila utvecklingslaboratorium.

"Den tredje generationen av "Bioconcept-Car" har funnits på racerbanan sedan 2015. Testerna kombinerar fördelen med extrem stress med ett fordon som också är gatulagligt efter modifieringar. Partnerskapet med Porsche AG möjliggör också utveckling under de realistiska förhållandena för en biltillverkare, säger Ole Hansen, projektledare vid Fraunhofer WKI Application Center for Wood Fiber Research HOFZET. "Vi har kontinuerligt kunnat förbättra materialegenskaperna under de senaste fyra åren."

Det tyska federala ministeriet för livsmedel och jordbruk BMEL insåg de potentiella fördelarna med naturfibrer från första början och följer fortfarande med projektet som en strategisk partner. BMEL främjar utvecklingen av biogena lättviktskomponenter i finansieringsprogrammet "Renewable Resources" med den centrala samordningsmyndigheten för förnybara resurser, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. FNR.

Årens erfarenhet av "Bioconcept-Car" integrerades i materialutvecklingen för delarna av den nya 718 Cayman GT4 Clubsport, den första bilen i serietillverkning med karossdelar gjorda av ett naturfiberkompositmaterial. Förar- och passagerardörrarna samt bakvingen är gjorda av en blandning av organiska fibrer. Och Cayman är en riktig lättviktare, väger bara 1320 kg. En faktor här är viktbesparingen på 60 procent till följd av användningen av organiska kompositmaterial istället för stål i dörrarna.

Kompositmaterialet består av ett värmehärdande polymermatrissystem förstärkt med organiska fibrer. Ett organiskt fibernät används eftersom råvarorna är lättillgängliga, den uppvisar hög draghållfasthet, och är särskilt bra, homogen och draperbar, lättmonterade delformer. Den lätthet med vilken den kan tillverkas till exakta dimensioner underlättar bearbetning och kvalitetssäkring, även i kombination med andra konventionellt tillverkade komponenter.

Grund för högvolymproduktion

Dessa aspekter är en viktig förutsättning för högvolymproduktion. Fraunhofer WKI tog också hänsyn till andra faktorer i sina undersökningar, inklusive koncept för uttjänt återvinning eller återanvändning och uppskalningsmetoder för delar som ska produceras i större kvantiteter.

"Efter omfattande tester under extrema förhållanden på racerbanan fortsatte vi att utvärdera våra delar, vilket i slutändan ledde till slutsatsen att dessa ekologiskt fördelaktiga organiska material uppfyller kriterierna för volymproduktion, ", tillägger Ole Hansen.

Smudo, frontman för den populära tyska rapgruppen "Fantastische Vier" och permanent pilot för Four Motors "Bioconcept-Car, " har testat sin praktiska hållbarhet, liksom en speciell passagerare som njöt av en provkörning på racerbanan Nürburgring i augusti förra året:Tysklands förbundsminister för livsmedel och jordbruk, Julia Klöckner.