Entwicklung neuer Werkstoffe für nachhaltige Produkte entscheidend

VDI präsentiert Studie "Werkstoffinnovationen für nachhaltige Mobilität und Energieversorgung" Bild: Thomas Ernsting / LAIF

Sie gibt eine Orientierung für die gezielte Entwicklung wettbewerbsfähiger Werkstoffe in Deutschland. Die Studie behandelt vornehmlich die Felder Energie und Mobilität, weil diese aktuell eine besonders hohe wirtschaftliche und gesellschaftliche Bedeutung haben, und die Werkstofftechnologie hier eine entscheidende technische Rolle spielt.

Drei Viertel der zwanzig größten deutschen Unternehmen schätzen die Werkstoffforschung als sehr bedeutend für ihre zukünftige Unternehmensentwicklung ein. „Werkstoffinnovationen sind eine entscheidende Voraussetzung für Produktentwicklungen technikorientierter Unternehmen“, erläutert Dr.-Ing. Hans-Jürgen Schäfer, Geschäftsführer der VDI-GME.

„Denn da, wo sich durch neue Werkstoffe und ihre verbesserte Werkstofftechnik die Leistungsgrenzen bestehender Produkte verschieben lassen oder neue Produktvarianten entstehen können, werden Innovationsschübe und entscheidende Wettbewerbsvorteile für unsere Unternehmen generiert.“ Etwa zwei Drittel aller technischen Innovationen hängen von den Eigenschaften der Werkstoffe ab. In nahezu allen Industriebranchen werden daher neue Werkstoffe entwickelt, um neue und leistungsfähige Produkte herstellen zu können.

Die Ziele der Automobilhersteller müssen sich beispielsweise an klaren Vorgaben der Politik orientieren, die eine Reduzierung der CO2-Emission von Neufahrzeugen von 130 in 2015 auf 95 g/km in 2020 verlangt. „Es müssen Anforderungen wie hohe Sicherheit, hoher Komfort, hohe Fahrleistungen und geringe Verbrauchskosten mit geringen Herstellungskosten und zusätzlichen Maßnahmen zur CO2-Reduzierung in Einklang gebracht werden“, sagt Schäfer. „Das ist insbesondere eine werkstoff-technische Herausforderung.“

Auch der Umbau der Energieversorgung erfordert neuartige Materialsysteme, weil die bestehenden Systemkomponenten den künftigen Anforderungen nicht ausreichend gerecht werden können. Die Studie verdeutlicht, dass mittel- und langfristig die Entwicklung innovativer Materialien und Zellkonzepte für anorganische Solarzellen, Farbstoff-Solarzellen oder organische bzw. polymere Solarzellen erforderlich ist, um eine deutliche Reduzierung der Kosten für Solarstrom und eine Erhöhung ihrer Wirkungsgrade zu erreichen. Um die Wettbewerbsfähigkeit bei Windkraftrotoren zu erhalten bzw. zu stärken, müssen für den Wechsel von glasfaserverstärkten auf kohlefaserverstärkte Kunststoffe neue produktionstechnische Methoden entwickelt werden.

Die Herausforderungen gehen aber noch weiter: Fabrikanlagen müssen an die Produktion von Multimaterialsystemen angepasst, neue Methoden für die Qualitätssicherung eingeführt und Fragen des werkstoffgerechten Recyclings schon in der Designphase berücksichtigt werden. Diese neuen Anforderungen sind so weitreichend und vielschichtig, dass die VDI-Studie empfiehlt, neue Förderinstrumente zu schaffen, die sowohl in grundlagen- wie auch in anwendungsorientierten Projekten die Innovationen in diesem Feld beschleunigen können.

Die vollständige Studie „Werkstoffinnovationen für nachhaltige Mobilität und Energieversorgung“ umfasst insgesamt 290 Seiten und steht kostenfrei zum Download unter www.vdi.de/gme.

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