Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWSElektromobilität, knapper werdende Ressourcen und strengere Klimaziele erhöhen den Druck auf die Fahrzeugindustrie, leichter, sicherer und zugleich nachhaltiger zu konstruieren. Hier setzt das neue Verbundprojekt »Circular-Bio-Hybrids« an: Ein Konsortium unter Koordination der Evonik Operations GmbH entwickelt metallverstärkte Bauteile aus biobasierten, naturfaserverstärkten Kunststoffen, die sich am Ende ihres Lebenszyklus recyceln lassen. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) bringt seine umfassende Kompetenz für naturfaserverstärkte Thermoplaste und Hybrid-Spritzgusstechnologien ein.
Im Fokus stehen Sitzstrukturen für Elektrofahrzeuge und Kindersitze – Bauteile, die hohe Anforderungen an Sicherheit, Steifigkeit und Komfort erfüllen müssen. Bisher kommen dafür meist glas- oder kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe oder reine Metalllösungen zum Einsatz, die energieintensiv in der Herstellung sind und sich nur schwer recyceln lassen.
»Wir wollen zeigen, dass Bauteile aus heimischen Naturfasern und Biokunststoffen nicht nur ökologisch sinnvoll, sondern auch echten High‑Performance-Anwendungen gewachsen sind«, sagt Dr.-Ing. Patrick Hirsch, Projektleiter am Fraunhofer IMWS. »Wenn wir das mit einem durchdachten Recyclingkonzept verbinden, entsteht ein Leichtbau, der sowohl technisch als auch klimapolitisch zukunftsfähig ist.«
Hybridbauteile kombinieren Naturfasern, Biopolymere und Metall
Im Projekt werden Hanf- und Flachsfasern mit Biopolymeren wie biobasiertem Polyamid kombiniert und mit metallischen Einlegern – etwa aus Stahl oder Aluminium – zu sogenannten Hybridbauteilen verbunden. Dafür werden UD-Tapes aus Naturfasern entwickelt, also endlosfaserverstärkte Bänder unterschiedlicher Breite mit unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern. Diese sorgen genau dort für zusätzliche Stabilität, wo sie für Crashsicherheit und Steifigkeit benötigt wird. Parallel werden Verfahren entwickelt, mit denen sich am Ende der Nutzung die Metall- und Kunststoffanteile wieder sauber voneinander trennen und aufbereiten lassen. Dafür arbeiten die Evonik Operations GmbH (Essen), Centrotherm Systemtechnik GmbH (Brilon), Sachsen-Leinen e.V. (Markleeberg), ImpulsTec GmbH (Radebeul), HANFFASER Uckermark eG (Prenzlau), das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU (Chemnitz) und das Fraunhofer IMWS zusammen.
Gegenüber dem Stand der Technik sollen die neuen Bio-Hybride mehrere Vorteile verbinden: geringeres Gewicht, ein deutlich höherer Anteil nachwachsender Rohstoffe, reduzierte CO₂-Bilanz und ein von Beginn an mitgedachter »Design for Recycling«-Ansatz.
Biobasierte UD-Tapes und passende Prozesse im Spritzguss
Das Fraunhofer IMWS bringt in das bis Februar 2028 laufende Projekt vor allem sein Know-how zu mit Naturfasern verstärkten Thermoplaste und zum Hybrid-Spritzguss ein. Die Forschenden
- entwickeln und fertigen die biobasierten UD-Tapes aus Hanf- und Flachsfasern,
- charakterisieren die Werkstoffe bis in die Mikrostruktur und leiten daraus Kennwerte für die Bauteilauslegung ab,
- gestalten gemeinsam mit den Partnern die Sitzdemonstratoren, unter anderem auf Basis einer bereits vorhandenen Kindersitzschale,
- und entwickeln den Spritzgussprozess weiter, bei dem Metallteile und naturfaserverstärkte Biokunststoffe in einem Schritt zu einem Hybridbauteil zusammengefügt werden.
»Unsere Aufgabe ist es, das passende Material an den richtigen Ort zu bringen – und schon in der Entwicklung mitzudenken, wie es später möglichst einfach getrennt und wiederverwertet werden kann«, erklärt Hirsch. »Dazu verknüpfen wir Materialcharakterisierung, Simulation und Prozessentwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette.«
Herausfordernd ist vor allem, das schwankende Eigenschaftsprofil der Naturfasern in robuste, sicher berechenbare Bauteile zu übersetzen und gleichzeitig eine stabile, recyclinggerechte Verbindung von Metall und Kunststoff zu schaffen. Hierzu erarbeitet das Fraunhofer IMWS gemeinsam mit dem Fraunhofer IWU und den Industriepartnern neue Auslegungsmethoden und Fügekonzepte, die sich auch auf weitere Anwendungen übertragen lassen.
Als Ergebnis sollen funktionsfähige Demonstrator-Bauteile – etwa Sitzstrukturen für Elektrofahrzeuge – vorliegen, an denen sich das technische, ökologische und wirtschaftliche Potenzial der Technologie bewerten lässt. Langfristig könnten die entwickelten Materialien und Prozesse nicht nur im Automobilbau, sondern auch in Bereichen wie Schienenfahrzeuge, Sportgeräte oder Möbel eingesetzt werden. Für die heimische Landwirtschaft eröffnen die höheren Qualitätsanforderungen zusätzliche Absatzchancen für Hanf- und Flachsfasern – und leisten so einen Beitrag zu regionaler Wertschöpfung und mehr Nachhaltigkeit im Materialkreislauf.
»Circular-Bio-Hybrids« wird im Rahmen des BMEL-Förderprogramms »Nachwachsende Rohstoffe« über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert.
(6. März 2026)