Leichtbau mit Carbon : Die Feuerprobe

Ein wundersamer Werkstoff: Carbon ist hart wie Stahl, aber nur ein Fünftel so schwer. Das macht es zur Schlüsseltechnologie der Energiewende. Leider war es bislang auch teuer. Wie zwei deutsche Unternehmen das ändern wollen.

Schwarzes Gold. Wenn die Carbonfasern aus dem Heißluftofen kommen, haben sie ihre Stabilität gewonnen. Als Textilgewebe werden sie mit Harz getränkt und zu Bauteilen für die Autoindustrie weiterverarbeitet.
Schwarzes Gold. Wenn die Carbonfasern aus dem Heißluftofen kommen, haben sie ihre Stabilität gewonnen. Als Textilgewebe werden sie...Foto: promo

Er hält eine Haarsträhne in der Hand, eine blonde Locke. Schönes, helles Haar. Er sagt, wenn er es anzündete, was würde passieren?

Es würde brennen?

Ja, man würde nichts weiter als Asche zusammenfegen.

Logisch.

Er streicht über das blonde Haar. Es ist samtweich, viel weicher als echtes. Und es glänzt. „Anzünden“, sagt Florian Gojny beinahe zärtlich, „das machen wir hier nicht. Aber durchs Feuer muss es.“

Florian Gojny steht in einer großen Industriehalle. Die Locke in seiner Hand bildet den Anfang eines Schöpfungsprozesses. Wie im Märchen, bei dem es oft um eine mysteriöse Locke geht, hat auch diese Geschichte etwas Wundersames, ein Ding mit sagenhaften Eigenschaften: Carbon heißt es, ist stabiler als Stahl, aber nur ein Fünftel so schwer. Es rostet nicht, ist beliebig formbar und sieht gut aus. In den vergangenen 20 Jahren sind Rennräder, Tennisschläger, Ski, Rodelschlitten, Ruderskiffs und Segeljachten, elastische Beinprothesen und Präzisionsgewehre aus Carbon konstruiert worden. Und immer waren diese Sportgeräte ihrer Zeit ein bisschen voraus.

Ihr einziger Makel: Sie waren auch sehr teuer. Aber wie im Märchen gibt es auch in der Carbon-Geschichte einen Schatz, der gefunden werden muss, und eine gute Fee.

Der Schatz, das sind Milliardenumsätze für diejenigen, die Carbon am besten beherrschen. Man kann damit schnellere Schiffe bauen, Flugzeuge mit größerer Reichweite, höhere Hochhäuser und effizientere Windräder. Carbon gilt als eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Und vielleicht steht es am Anfang einer industriellen Revolution. Derzeit arbeiten sowohl BMW als auch Volkswagen an Autos aus dem „Werkstoff der Zukunft“.

BMW wagt am meisten. Eine „Milliardenwette“ nennt das „Handelsblatt“ das Vorhaben des bayerischen Konzerns, seine Elektroautos der i-Reihe ab 2013 aus Carbon vom Band rollen zu lassen. Das Rohmaterial dafür muss BMW selbst herstellen. Denn eine Menge von voraussichtlich 3000 Tonnen im Jahr kann man auf dem Markt nicht einfach einkaufen. Sollte der Autobauer Erfolg haben, dürfte ein ungeahnter Wettlauf um das „neue schwarze Gold“ einsetzen.

In Europa gibt es derzeit nur eine einzige Firma, die den Rohstoff in industriellem Umfang produziert. Und für die, für SGL Carbon, arbeitet Florian Gojny.

Der 38-Jährige ist ein großer, kräftiger Mann mit rötlichem Bartflaum und in dunklem Business-Anzug. Vor der Sache mit der Locke hat Gojny das Foyer der SGL-Niederlassung im bayerischen Meitingen durchmessen, hierhin und dorthin zeigend, auf die dort ausgestellten Produkte seiner Firma. Auf mattschwarze Gegenstände, die unzerstörbar sind. Ein Bauteil hat Gojny dabei nicht vorführen können, eines, das er selbst entwickelte. Es sei gerade auf dem Weg zum Jupiter, angebracht in der Juno-Raumsonde der NASA. „Ohne Zweifel“, hat Gojny gesagt, „in Carbon steckt am meisten Potenzial.“

Wie groß dieses Potenzial ist, verdeutlicht ein kurzer Rückblick ins Jahr 1996 zum Formel-1-Rennen von Imola. Da verlor der österreichische Fahrer Roland Ratzenberger vor der Haarnadelkurve die Kontrolle über seinen Wagen. Mit etwa 300 Stundenkilometern krachte er in die Streckenbegrenzung, die Seite seines Autos wurde aufgerissen. Ratzenberger starb, weil sein Genick gebrochen war und er starke innere Verletzungen hatte. Elf Jahre später ist Robert Kubica beim Großen Preis von Kanada ebenso schnell unterwegs, als sein BMW-Sauber in einer Kurve abhebt und frontal auf eine Mauer prallt. Der Wagen zerspringt wie der Ratzenbergers in tausend Stücke und schliddert viele Meter auf der Seite über den Asphalt. Doch der Pole bleibt bis auf Prellungen unverletzt. Die Kräfte sind beim Aufprall von der Carbonzelle absorbiert worden, in der er sitzt, ohne dass sie gestaucht wurde und Kubica eingequetscht hat. Seit der allgemeinen Einführung des Baustoffs in die Formel 1 kurz nach Ratzenbergers Tod ist kein Fahrer mehr umgekommen.

Im Motorsport spielt Geld keine Rolle. Carbonbauteile werden bislang überwiegend in Handarbeit gefertigt. Sie bestehen zur Hälfte aus Carbonfasern und zur anderen aus einer Kunststoffmatrix, so dass ihre Verarbeitung zu diesem Verbund aufwendig und zäh ist und sehr viel Energie schluckt. Das hat die Kosten des Verbundwerkstoffs stets hoch gehalten. Zu hoch für den normalen Autobau.

Man müsse, hat Florian Gojny gesagt, „in Carbon denken“. Eine Metall-Karosserie einfach nur in Carbon nachzubauen mache keinen Sinn. „Der Auftrag von BMW an uns und an seine Ingenieure lautete: Baut das Auto neu.“

Einer, dem das Denken zufiel und der an der Entwicklung von Carbonkarosserien mitgearbeitet hat, ist Designer. Sein Name, sagt er, tue nichts zur Sache, nur anonym könne er offen reden. Eigentlich müsste er begeistert sein von den Möglichkeiten, die ihm der Verbundwerkstoff bietet. Und das ist er auch. Die Vorteile seien immens. Vor allem gestalterisch. Man könne radikale dreidimensionale Formen ziehen, bei denen Blech reißen würde, schwärmt er. Und er sagt: „Eine Fahrgastzelle aus einem Stück ist supersteif und supergeil. Ein Bombenbauteil, das kann man nicht besser machen.“

Doch ein Formel-1-Bolide ist etwas anderes als ein Öko-Car. „Wie wollen Sie den Leuten erklären“, sagt der Designer, „dass das Auto, das die sich gerade erst für viel Geld gekauft haben, knarzt und knistert und jede Vibration direkt nach Innen überträgt?“ Das sind die Tücken eines Stoffs, der ultraleicht und ultrasteif ist.

Schon einmal, Anfang der 80er Jahre, knüpften sich an Carbon große Erwartungen. Ursprünglich für Glühfäden in Lampen entwickelt, hatten japanische Unternehmen Carbonfasern als das bessere Plastik entdeckt. Mit der Ölkrise in den 70er Jahren drängten große Chemieunternehmen in den Markt, doch erwies sich der als zu speziell, zu klein. Europäer und Amerikaner zogen sich wieder zurück. Heute kommen mehr als die Hälfte der weltweit 40 000 Tonnen Jahresproduktion aus Japan. SGL als einziges europäisches Mitglied im exklusiven Club der Carbonisierer ist fünftgrößter Weltmarktproduzent.

Klar, ein kleines Klingelschild aus Carbon hat auch Florian Gojny, der Entwickler, an seiner Haustür, aber der Hype ist ihm nicht geheuer. Das wird ihm zu viel. Wie man annehmen könne, Carbon werde der neue Stahl sein, sei ihm schleierhaft. „Überlegen Sie mal, wie viel 40 000 Tonnen sind!“

Eine Schiffsladung.

„Der Stahlausstoß auf der Welt im Jahr beträgt 1,4 Milliarden Tonnen. Das sind 35 000 mal so viele Schiffsladungen.“

Aber Herr Gojny! Macht es Sinn, einen Werkstoff, der nichts wiegen soll, in Tonnen zu messen?

„Das wäre mir neu. 20 bis 30 Euro kostet ein Kilogramm Carbon derzeit auf dem Rohstoffmarkt. Stahl ist mit etwa fünf Euro spottbillig dagegen. Stahl überall zu ersetzen macht gar keinen Sinn.“

Aber, Sie selbst haben doch...

„Wir wollen dem Werkstoff den Sinn geben, den er erfüllen kann. Carbon wird für Grenzbereiche und für Hochleistungsanwendungen gebraucht. In vielen Bereichen stoßen wir mit herkömmlichen Werkstoffen bereits an Grenzen.“

Beim Fraunhofer-Institut in Karlsruhe beschäftigen sie sich ebenfalls mit diesen Grenzen. Eine Forschungsgruppe hat das Einsparpotenzial bei Treibhausgasen im Straßenverkehr untersucht und sämtliche Parameter des Autofahrens auf ihre Schadstoffbelastung abgeklopft. Daraus ergaben sich 50 Empfehlungen. Ganz oben auf der Liste stehen Leichtbaukarosserien. Sie allein schon reduzieren den CO2-Ausstoß um 17 Prozent. Um jede hundert Kilo, die ein Auto leichter wird, sinkt der Kraftstoffverbrauch um einen halben Liter.

Das Carbon-Modell i3 soll etwa 300 Kilogramm weniger wiegen als ein vergleichbares Leichtmetallkonstrukt. Damit wären 50 Prozent des Gewichts eingespart und könnten in Batterien für den Antrieb gesteckt werden. Mehr noch, ein Gesetz in der Autobranche wäre umgedreht, wonach neue Autos immer schwerer sind als ihre Vorgängermodelle, weil sie mehr Komfort mitschleppen müssen. Nur Audi ist mit seinem Space-Frame aus Aluminium eine Gewichtsreduktion bereits gelungen.

Für SGL ist Carbon bis jetzt nur ein Nebenerwerbszweig. Das Unternehmen macht sein Geld vor allem mit monströsen Graphitelektroden, die beim Recycling von Metallschrott zum Einsatz kommen. Trotzdem steckt SGL seit Jahren erkleckliche Millionensummen in den Ausbau seiner Carbon-Sparte, ohne dass die bislang rentabel geworden wäre. 2003 hatte der Kohlenstoffspezialist sogar auf der Kippe gestanden.

Da kommt die gute Fee ins Spiel. Sie heißt Susanne Klatten, ist Spross des Quandt-Klans und BMW-Großaktionärin. Als reichste Frau Deutschlands, deren Vermögen vom „Forbes Magazine“ im März auf zehn Milliarden Euro geschätzt wurde, hat Klatten keinen Zauberstab, aber so etwas Ähnliches. Sie investierte 2008 in SGL. Es sah zunächst wie eine unter vielen Unternehmensbeteiligungen aus, mit denen die scheue Milliardärin ihren Reichtum streut. Aber dann geriet sie mitten hinein in einen Bieterkampf.

Das war im März 2011. 22 Prozent der SGL-Aktien hielt Klatten zu diesem Zeitpunkt, da stieg plötzlich auch Volkswagen ein, sicherte sich acht Prozent, ohne dass BMW davon unterrichtet worden war. VW bestritt zwar, es auf das Carbon an sich abgesehen zu haben und sprach von einem „reinen Finanzengagement“. Doch angesichts der Tatsache, dass auch der Wolfsburger Konzern an einem Niedrigenergieauto aus Carbon tüftelt, hielt Klatten dagegen und baute ihren Anteil auf 29 Prozent aus. Im November vergangenen Jahres folgte der Gegenschlag BMWs. 15,6 Prozent erwarben die Bayern an SGL, um abzusichern, was hausintern als „essentielles Interesse“ bezeichnet wird. Dabei geht es um ein Unternehmen, das vor allem aus einem Versprechen besteht. Seit 1996, als SGL an die Börse ging, hat es erst in sieben von 17 Jahren seine Kapitalkosten verdient.

Also alles nur wegen einer blonden Locke, die ein Auto werden soll? Ist die gute Fee am Ende die böse, weil sie BMW in ein immer riskanteres Abenteuer stürzt?

Susanne Klatten hält sich bedeckt, was ihre Interessen anbelangt. Zum Thema Carbon wolle sie sich nicht äußern, lässt sie über ihren Sprecher ausrichten. Lediglich der SGL-Mitarbeiterzeitung hat sie ein Interview gegeben. Darin erklärt sie den Carbon-Hype mit der emotionalen Bindung vieler Menschen ans Auto. „Für mich persönlich ist dies jedoch nur ein Teil der breiten Möglichkeiten zum Einsatz des Werkstoffes Carbon“, sagt Klatten.

In Meitingen läuft alles, so könnte man sagen, auf eine Feuerprobe hinaus. Das Feuer ist in Öfen eingeschlossen, in Metallkästen von der Größe einer Pkw-Garage. Vor denen steht Gojny jetzt. Mit der goldglänzenden Haarsträhne in seiner Hand stellt er die Frage: „Wie viele Carbonfasern sind in diesem Strang?“

Eine Fangfrage. Man liegt in jedem Fall daneben.

Gojny hat also Zeit zu erklären, dass die Locke aus dem Erdöl-Spaltprodukt Acrylnitril gewonnen worden ist, dass sie zu 68 Prozent aus Kohlenstoff besteht, dem natürlichen Urbaustein all dessen, was hart ist. Diamanten sind aus Kohlenstoff. Und dass jede einzelne Faser zehnmal dünner als ein menschliches Haar ist.

„Na, wie viele?“

Gojny lächelt. Schließlich antwortet er sich selbst. Und man tut überrascht, obwohl die Zahl 50 000 sowieso nur ihm etwas sagt. Hinter ihm in der 80 Meter langen Carbonisierungsanlage werden die Stränge durch Glutkammern gezogen, die bis zu 1800 Grad erreichen, was aus blonden Fäden schwarze macht. Das Prinzip ist das eines Toasters. Alles, was nicht Kohlenstoff ist, verbrennt. „Die Kunst dabei ist“, verrät Gojny, „die Faser so zu behandeln, dass sie nicht wie ein verkohltes Brötchen aussieht.“

Am Ende, wenn die schwarzen Fäden auf Spulen aufgewickelt werden, bestehen sie zu 95 Prozent aus Kohlenstoff, und die Moleküle haben sich zu einem perfekten Gitternetz formiert. Man kann nun einen Kleinwagen an nur einem dieser Stränge abschleppen. Die Fäden reißen nicht mehr.

Die Idee dahinter: Einem Material, das das Feuer schon hinter sich hat, kann nichts mehr etwas anhaben.

Neulich hätten sie das Fernsehen da gehabt, erzählt Gojny. Ein populäres Wissensmagazin. Es wollte herausfinden, wie belastbar das Wundermaterial ist. Sie bewarfen ein CFK-Autodach mit Steinen und einem Betonblock und ließen sogar einen 21 Tonnen schweren Raupenbagger darüber hinwegrollen. „Die haben uns in die Verzweiflung getrieben mit ihrem Zerstörungswahn“, sagt Gojny. „Carbon kriegt man eben nicht kaputt.“ Der einzige Schaden waren Kratzer im Lack.

An eine Autofabrik würde man als Letztes denken zwischen verwunschenen Kiefernwäldern auf einer grünen Wiese in Wackersdorf. Doch genau hier, wo einmal eine Atomanlage entstehen sollte, lässt sich BMW ein bisschen in den Kopf gucken. Was heißt es, in Carbon zu denken? Dennis Baumann, der Mann, der am denkbar weitesten von einem Automobil entfernt ist, sagt: „Wir befinden uns in einem Textilunternehmen. Wir sind Mitglied des bayerischen Textilverbandes.“

Der Stoff, aus dem BMWs Zukunftsträume sind, ist tatsächlich Stoff, ein schwarzer Teppich aus diagonal oder in Längsrichtung vernähten Carbonbahnen, Trikotstich. Maschinen, die Webstühlen ähneln, rattern. Und zwischen ihnen steht Baumann, ein 34-jähriger alerter Mann mit sportlichem Körper und weißem Hemd. Er ist Projektleiter in dem von SGL und BMW gegründeten Gemeinschaftsunternehmen SGL Automotive Carbon Fibers. Die Firma hat in Moses Lake im Nordwesten der USA eine eigene Carbonfaserproduktion. Die Mitarbeiter verarbeiten die Fäden aus Moses Lake in Wackersdorf weiter. Sie stellen die Gewebematten her, aus denen später Wagenteile herausgestanzt werden. Und irgendwo in dem Gewirr aus Spulen, Nadeln, Fäden ist der Schatz, um den es geht, versteckt. Reden wir also über die Kosten, Herr Baumann.

Der Betriebswirt lächelt. Seine Brust strafft sich. „Ich kann Ihnen nur so viel sagen“, erklärt Baumann, „dass wir ein Kostenlevel erreichen, das mit anderen Werkstoffen vergleichbar sein wird.“

Das Märchenschloss wäre erobert. Abblende und Vorhang. Aus.

Wäre da nicht etwas, das sich als Preistreiber entpuppen könnte. Mit Carbon nämlich kommt auf die Autoindustrie womöglich ein Versicherungsproblem zu. „Wenn Michael Schumacher seinen Formel-1-Wagen in die Leitplanke semmelt, wird der einfach weggeschmissen“, sagt der Designer. Für Familienautos ist das unpraktisch. „Carbon kann man nicht reparieren. Schon ein kleiner Schaden an einer Carbonhülle ist ein Totalschaden.“ Ausbeulen geht nicht mehr, das gesamte Bauteil muss ausgetauscht werden.

Und mit dem Wegschmeißen ist das dann auch so eine Sache. Die Deponierung von CFK ist seit 2005 in Europa verboten. Carbon, das aus dem Feuer kommt, muss ins Feuer zurück. Aber es ist, und das ist dann wirklich ein Wunder, auf ewig recyclebar. Aus dem Feuer geht die Locke abermals wie neu hervor. Nur blond wird sie nie wieder.

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