Hyundai beauftragt Toray mit der Umgestaltung von Elektrofahrzeugen

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Elektrofahrzeuge sind gut, aber sie können immer noch besser sein. Das ist die Motivation hinter den großen Neuigkeiten über die neu angekündigte Partnerschaft von Hyundai mit dem Unternehmen für fortschrittliche Materialien Toray Industries. Zu den Details halten sich die beiden Unternehmen zurück, aber ein kurzer Blick auf die Produktpalette von Toray zeigt, dass Kohlefaser im Spiel ist, und das könnte, nun ja, interessant sein.

Kohlefaser für das Elektrofahrzeug der Zukunft

Kohlefaser ist stark und leicht, was sie zu einem idealen Material für Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen macht, bei denen Gewicht und Energieeffizienz im Einklang stehen.

Auf der anderen Seite könnte sich die Ausrichtung auf Elektrofahrzeuge als problematisch erweisen. Schließlich sollen Elektrofahrzeuge den Planeten vor fossilen Brennstoffen bewahren, aber Kohlefaser ist ein Material auf petrochemischer Basis mit einem energieintensiven Herstellungsprofil.

„Kohlefaserfilamente werden typischerweise aus einem Vorläuferpolymer hergestellt, das üblicherweise Polyacrylnitril (PAN) als Rohstoff verwendet“, erklärt das US-Energieministerium. „Während der Karbonisierung werden die Fasern auf sehr hohe Temperaturen erhitzt, um die Freisetzung von Nicht-Kohlenstoffatomen zu unterstützen“, fügen sie hinzu.

Dennoch ist das Energieministerium seit langem der Meinung, dass der Weg in eine grüne Zukunft mit Kohlefasern gepflastert ist. „Kohlenstofffasern sind ein Schlüsselbestandteil unserer Energiezukunft. „Dieses leichte, ultrastarke Material kann dazu beitragen, saubere Energietechnologien effizienter, langlebiger und zuverlässiger zu machen“, schwärmten sie bereits 2014.

„Reduzierung des Gewichts von Fahrzeugen kann die Kraftstoffeffizienz von Pkw und Lkw auf den Straßen unseres Landes erheblich verbessern“, fügten sie hinzu. „Tatsächlich könnten innovative Kohlefaserverbundwerkstoffe das Gewicht von Personenkraftwagen um die Hälfte reduzieren und die Kraftstoffeffizienz um fast 35 % verbessern.“

Das machen Nachhaltig Kohlefaser für das Elektrofahrzeug der Zukunft

Das Vertrauen des Energieministeriums in die Umweltfreundlichkeit von Kohlenstofffasern spiegelt die Bemühungen wider, Petrochemikalien aus der Kohlenstofffaser-Lieferkette zu verdrängen. Das Energieministerium hat danach gesucht eine nachhaltigere, biobasierte Lieferkette seit mindestens 2013. Im Jahr 2018 berichtete das National Renewable Energy Laboratory des Energieministeriums über ein neues biobasiertes Verfahren zur Herstellung von Acrylnitril, dem Vorläufer von Polyacrylnitril.

„Der Prozess unterscheidet sich grundlegend von der Ammoxidationschemie, die heute in der Industrie zur Herstellung von Acrylnitril eingesetzt wird“, erklärte das NREL. „Im Gegensatz zur Ammoxidation, bei der Propylen aus Erdöl oder Erdgas verwendet wird, kann die Nitrilierung die darin enthaltene Funktionalität nutzen biobasierte Rohstoffe– wie zum Beispiel den in den Pflanzen vorhandenen Sauerstoff – um in einer sichereren Reaktorumgebung mit einfacheren Katalysatoren weniger toxische Nebenprodukte zu produzieren.“

„Mehr als 7 Milliarden Kilogramm ACN [acrylonitrile] werden jedes Jahr weltweit produziert. ACN wird auch häufig zur Herstellung von Acrylfasern für Kleidung und Teppiche verwendet und stammt aus einem energieintensiven, erdölbasierten Prozess, bei dem Cyanwasserstoff als giftiges Nebenprodukt entsteht“, stellt NREL außerdem fest.

Der lange Weg zu den nachhaltigen Autoteilen der Zukunft

Auf der Forschungsseite sind weiterhin Fortschritte zu verzeichnen, ein aktuelles Beispiel ist eine aus Sorhgum gewonnene Kohlenstofffaser berichtet von einem Forschungsteam der Texas A&M University. Sofern wir jedoch nichts übersehen haben, hat sich ein schneller Weg zur Kommerzialisierung biobasierter Kohlenstofffasern nur langsam herausgebildet. Daher ist es nicht verwunderlich, dass Toray zumindest noch keine Kohlefaserprodukte aus Pflanzen anbietet.

Wenn sie eintreffen, werden die Auswirkungen auf den globalen Carbonfasermarkt erheblich sein. Toray leistete Pionierarbeit kommerzielle Produktion aus Kohlenstofffasern auf Polyacrylnitrilbasis, ursprünglich für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrtindustrie seit 1971.

„Toray ist der größte Carbonfaserhersteller der Welt mit einer globalen Kapazität von 29.100 Tonnen TORAYCA™ Carbonfasern pro Jahr, die in den USA, Japan, Frankreich und Südkorea produziert werden“, sagt das Unternehmen über sich selbst.

Es ist unwahrscheinlich, dass Toray sich mit einer Erfolgsformel anlegen wird, es sei denn, der Ersatz für Petrochemikalien funktioniert einwandfrei. In der Zwischenzeit hat das Unternehmen mit der Tsusho-Niederlassung der Toyota Group zusammengearbeitet, um ein energieeffizientes System für zu entwickeln Recycling von Pre-Consumer-Carbonfaserschrott-Recycling.

Recycling von Kohlefaser ist notorisch schwierig, aber der Prozess verbessert sich. Im Jahr 2022 berichtete beispielsweise NREL darüber eine Kohlefaserformel Dazu gehören biobasierte Epoxidharze, die bei Raumtemperatur ohne Qualitätseinbußen recycelt werden können.

Das Unternehmen plant außerdem einen Umstieg auf nachhaltige Rohstoffe. Im vergangenen Jahr kündigte Toray die Einrichtung eines neuen Forschungszentrums für fortschrittliche Materialien in seinem Werk in Nagoya in Japan an, mit dem Ziel, die „grüne Transformation und fortschrittliche Mobilität“ zu beschleunigen.

„Das Unternehmen erkennt die Notwendigkeit Fokus auf umweltfreundliche Materialien und gleichzeitig die Funktionalität anstreben, um die Wirtschaft nachhaltig zu machen“, erklärte Toray.

Das wettbewerbsfähige Elektrofahrzeug der Zukunft

Was Hyundai betrifft, geht das Unternehmen davon aus, dass Toray ihm eher früher als später einen Vorsprung gegenüber der Konkurrenz verschaffen wird.

„Die Hyundai Motor Group möchte diese strategische Partnerschaft nutzen, um ihre Position als weltweit führender Anbieter von Mobilitätslösungen zu stärken“, sagte der Präsident und Leiter der softwaredefinierten Fahrzeugsparte von Hyundai, Chang Song.

„Durch die Kombination unserer Automobilkompetenz mit der Materialtechnologiekompetenz der Toray Group wollen wir der Vorreiter werden und uns einen Wettbewerbsvorteil auf dem Weltmarkt verschaffen“, fügte er hinzu.

Neben anderen Punkten auf der F&E-Checkliste geht Hyundai davon aus, dass die Zusammenarbeit neue faserverstärkte Polymerteile für Motoren und Batterien von Elektrofahrzeugen hervorbringen wird.

Hyundai ist bei weitem nicht der einzige Automobilhersteller, der den Wert der Integration nachhaltigerer Materialien in die Herstellung von Elektrofahrzeugen erkannt hat. Ford beispielsweise hat recycelte und wiedergewonnene Materialien für verschiedene Teile untersucht, darunter Plastikabfälle aus dem Meer und aus Löwenzahn gewonnener Gummi für Reifen.

Volvo ist ein weiteres Beispiel. Das Unternehmen hat sich mit der Schweizer Firma Bcomp zusammengetan, um Verbundwerkstoffe auf Flachsbasis in seine Elektrofahrzeugpalette einzuführen.

Wenn pflanzliche Kohlenstofffasern nicht bald auf den Markt für Elektrofahrzeuge kommen, könnten sie in anderen Bereichen auftauchen. Das Deutsche Institut für Textil- und Faserforschung und die Firma TechnoCarbon untersuchen beispielsweise eine Kombination aus beidem Stein, Kohlefaser und Pflanzenkohle als Baumaterial.

Man kann aber immer hoffen. Behalten Sie den Motorsport im Auge, um die neuesten Innovationen zu entdecken. Im vergangenen Jahr erhob beispielsweise McLaren Anspruch darauf Erster Einsatz von recycelter Kohlefaser in einem F1-Auto.

„Viele außerhalb von McLaren standen dem Kohlefaser-Chassis des MP4/1 zunächst skeptisch gegenüber“, berichtete das Unternehmen am 19. Oktober 2023.

Na ja, kleine Schritte. Wenn Sie aktuelle Neuigkeiten zu pflanzlichen Carbonfasern für den Automobilmarkt haben, schreiben Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread.

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Foto: Hyundai sucht neue Materialien für seine Elektrofahrzeugpalette (mit freundlicher Genehmigung von Hyundai).