Nachhaltigkeit und weniger Geruch: Biokunststoffe für den Fahrzeuginnenraum

Glasfaserverstärkte Kunststoffe werden im Automobilbau vor allem dort eingesetzt, wo Bauteile deutlich steifer, fester und temperaturstabiler als reine Kunststoffe, zugleich aber leichter als Metall sein müssen. Typische Anwendungen sind Strukturteile hinter den sichtbaren Verkleidungen (z. B. Instrumententafelträger), Gehäuse im Motorraum oder Sitzkomponenten. Als Kunststoff kommt dabei häufig Polyamid zum Einsatz, das aus fossilen Rohstoffen hergestellt wird.

Um die Anforderungen an Klimaschutz und Ressourcenschonung besser zu erfüllen, wollen Zulieferer der Automobilindustrie nachhaltige Materialien entwickeln, die technisch genauso leistungsfähig sind wie etablierte Werkstoffe. Hier setzt das Projekt »SkaNaPA« an. Ziel des Forschungsteams ist ein Werkstoff, der:

• aus nachwachsenden Rohstoffen besteht, 
• mechanisch stabil genug für Sicherheitsbauteile ist, 
• die strengen Grenzwerte der Automobilindustrie für Geruch und Emissionen einhält, 
•  und auf üblichen Industrieanlagen wirtschaftlich verarbeitet werden kann.

Bewähren soll sich das neue Material in Spritzgussbauteilen für den automobilen Innenraum, die am Fraunhofer IMWS im industriellen Spritzguss hergestellt und anschließend detailliert hinsichtlich ihrer Performance getestet werden soll. »Wir wollen zeigen, wie gut nachhaltige Materialien auch die harten Anforderungen der Automobilindustrie an Sicherheit, Geruch und Serienfertigung erfüllen«, sagt Dr.-Ing. Patrick Hirsch, Gruppenleiter am Fraunhofer IMWS.

Statt fossiler Ausgangsmaterialien setzen die Projektpartner auf biobasierte Polyamide, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Auch bei den Verstärkungsfasern wird im bis September 2027 laufenden Projekt maximale Nachhaltigkeit berücksichtigt: Natürliche Verstärkungsfasern aus Cellulose ermöglichen eine hohe Steifigkeit und sind in der Herstellung gleichzeitig deutlich klimafreundlicher als Glasfasern. Die Lösungen sollen zudem vom Labormaßstab in die industrielle Serienfertigung übertragen werden.

Besonderes Augenmerk legt das Forschungsteam darauf, dass Geruch und Emissionen systematisch bereits während der Entwicklung und Verarbeitung mitgedacht werden. Messmethoden aus dem Vorgängerprojekt, etwa eine Emissionskammer direkt am Extruder, werden nun auf größere Anlagen übertragen. So lässt sich frühzeitig erkennen, welche Prozesseinstellungen zu möglichst geringer Emission von volatilen organischen Verbindungen (VOC) beim späteren Einsatz im Fahrzeug führen. Ein weiterer Baustein ist die Direktcompoundier-Spritzgusstechnologie (DCIM). Hier wird das Material in einem Schritt gemischt und direkt zu einem Bauteil verarbeitet. Die geringere thermische Belastung kann Geruchsbildung reduzieren und Material schonen.

Das Fraunhofer IMWS bringt insbesondere seine Stärken in der Skalierung von Kunststoffprozessen und der industrierelevanten Erprobung ein:

• Betrieb von Doppelschneckenextrudern vom Labor bis zum Industriemaßstab auf Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum PAZ in Schkopau
• Übertragung der Laborergebnisse, die an der Universität Kassel generiert werden, auf Extruder mit deutlich höherem Durchsatz (bis mindestens 100 kg/h) und später auf industrielle Größenordnung beim Industriepartner Exipnos GmbH (Merseburg) 
• Spritzgussversuche auf Großmaschinen (bis 3200 t Schließkraft), inklusive vorhandener Werkzeuge
• Mechanische Prüfung der Materialien und Bauteile (Festigkeit, Steifigkeit, Schlagzähigkeit) sowie Analyse der Mikrostruktur.

»Am Fraunhofer IMWS können wir neue Materialien unter realistischen Industriebedingungen testen – von der Rezepturentwicklung bis zum großtechnischen Spritzgussbauteil«, sagt Hirsch. »Damit schlagen wir die Brücke von der Grundlagenforschung hin zu marktfähigen Lösungen für die Kunststoff- und Automobilindustrie.«

Diese Kompetenzen und das enge Zusammenspiel der Projektpartner sind gefordert, weil die Kombination aus Naturfasern und Bio-Polyamiden technisch anspruchsvoll ist. So werden Polyamide bei relativ hohen Temperaturen verarbeitet, während Naturfasern empfindlich auf Hitze reagieren. Es muss also ein enges »Verarbeitungsfenster« gefunden werden, in dem die Fasern nicht abbauen, das Material aber dennoch gut fließt und formstabil ist. Beim Scale-up verändern sich Prozessgrößen wie Temperaturverlauf, Scherbelastung und Verweilzeiten im Extruder – sie beeinflussen sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch Geruch und Emissionen. Zusätzlich sind enge Grenzwerte der Automobilhersteller für flüchtige organische Verbindungen und Geruchsnoten einzuhalten. Diese Zusammenhänge werden im Projekt systematisch untersucht, um robuste Prozesse und Werkstoffrezepturen zu definieren.

Mit den Ergebnissen erhalten Zulieferer aus der Industrie ein Lastenheft und erprobte Prozessfenster für naturfaserverstärkte Bio-Polyamide im Innenraum. Der Anwendungspartner Exipnos kann neue, nachhaltige Compounds in den Markt bringen – zunächst für Sitzstrukturen, später für weitere Interieurbauteile. Mit »SkaNaPA« trägt das Fraunhofer IMWS gemeinsam mit seinen Partnern somit entscheidend dazu bei, dass biobasierte, naturfaserverstärkte Kunststoffe den Schritt aus dem Labor in die automobile Serienproduktion schaffen – und so ökologische und wirtschaftliche Ziele miteinander verbinden.

Das Forschungsvorhaben wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als trilaterales Transferprojekt gefördert.

(16. März 2026)