Nachhaltig

Basierend auf den vier Prinzipien RE:THINK, RE:DUCE, RE:USE, RE:CYCLE treibt die BMW Group ihre Aktivitäten auf dem Gebiet der Kreislaufwirtschaft gezielt voran und leistet in vielfältiger Hinsicht Pionierarbeit: So werden in der Produktion wesentliche Materialgruppen zunehmend sortenrein getrennt und recycelt, um sie im Rahmen sogenannter ‚Closed Loops‘ für die Industrie wiederverwertbar zu machen.

Das Recycling wird bereits beim Design der Fahrzeuge mitgedacht. Denn eine zentrale Herausforderung heutiger Recyclingprozesse ist es, Materialien in sehr reiner Form zu extrahieren. Dazu muss beispielsweise das Bordnetz vor dem Recycling einfach auszubauen sein, um eine Vermischung des Stahls mit Kupfer aus dem Kabelbaum der Fahrzeuge zu vermeiden. Sonst erfüllt der Sekundärstahl nicht mehr die hohen Sicherheitsanforderungen der Autoindustrie. Auch der Einsatz von Monomaterialien etwa in den Sitzen muss deutlich erhöht werden, um eine größtmögliche Menge wieder in den Wertstoffkreislauf überführen zu können.

Ein wesentlicher Aspekt ist dabei die wirtschaftliche Demontagefähigkeit. Die Zerlegung des Fahrzeugs und der einzelnen Komponenten als Vorstufe des Recyclings muss schnell und kosteneffizient erfolgen können, damit die Sekundärmaterialien am Markt auch beim Preis wettbewerbsfähig sind. Die Voraussetzung dafür muss schon in der Konstruktion der Fahrzeuge angelegt sein, indem Verbindungen beispielsweise nicht geklebt werden, sondern so gestaltet sind, dass sie nach dem Lebensende des Fahrzeugs wieder gelöst werden können und sich unterschiedliche Materialien nicht miteinander vermischen.

Mit der Einführung der «Neuen Klasse» setzt die BMW Group den Fokus auf die Nutzung von Sekundärmaterial sowie zukunftsweisende Prinzipien einer Kreislaufwirtschaft. Da nur ein ganzheitlicher Umgang mit bewährten und neuen Materialien den CO2-Ausstoss dauerhaft reduzieren kann, hat man sich bei der BMW Group intensiv der Entwicklungs- und Forschungsarbeit von umweltschonenden Rohstoffen verschrieben.

Ob Exterieur oder Interieur: Der Einsatz von intelligenten und nachhaltigen Materialien ist die Basis für ressourcenschonenden Automobilbau. Die BMW Group hat Materialgruppen definiert, deren nachhaltige Eigenschaften neue Maßstäbe setzen und alle vier Bereiche der Circular Economy abdecken: RE:THINK, RE:DUCE, RE:CYCLE und RE:USE. Dazu gehören unter anderem folgende Punkte:

• Die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen z.B von Türverkleidungen in Form einer Naturfasermatte gepaart mit einer Matrix aus Kunststoff, die für die nötige Stabilität sorgt.
• Der Einsatz von Fasern wie Hanf, Kenaf oder Flachs wurde in den letzten Jahren konsequent weiterentwickelt und mit Naturfaser-Gitterstrukturen versehen.
• Die BMW Group forscht an neuartigen Holzschäumen, die das Potential haben, dass ganz auf synthetische Klebstoffe verzichtet werden kann.
• In thermoplastischen Bauteilen wird bereits heute auf bis zu 100% Kunststoff-Rezyklat gesetzt, wobei auch die Weiterentwicklung solcher mit einem deutlich geringerem CO2-Fussabdruck gefördert wird.
• Um den Anteil erdölbasierter Primär-Kunststoffe zu reduzieren, wird auf biobasierte Kunststoffe wie Cellulose, Hanf, Holz oder Bambus gesetzt.
• Neue vegane und ressourcenschonende Lederalternativen sind ein wichtiger Teil der Forschungsarbeit von diversen Start Up Partnern der BMW Group.

Das Ziel der BMW Group ist es, mehr Monomaterialien anstelle von mehrschichtigen, multimaterialen Ansätzen zu verwenden. Bei einem Sitz beispielsweise sind der Bezug und der darunter liegende Schaumstoff heute aus unterschiedlichen Materialien. Diese lassen sich weder einfach trennen noch gemeinsam zu einem im Fahrzeug einsetzbaren neuen Material recyceln. Dabei spielen auch die verschiedenen Verbindungen zwischen den Materialien eine Rolle wie zum Beispiel Klebstoffe und Garn. Bestehen beide Teile aus dem gleichen Material, ist ein Recycling im Sinne der Kreislaufwirtschaft möglich.

Mit diesen und vielen weiteren innovativen Maßnahmen möchte die BMW Group das allgemeine Bewusstsein für nachhaltige Materialien schärfen und transparenten Einblick in ihren zirkulären Weg in eine nachhaltige Zukunft bieten – mit dem Ziel, bis 2030 die CO2-Emissionen über den Lebenszyklus unserer Produkte um mehr als 40 Prozent zu senken.

Während viele Hersteller auf einen permanent-erregten Synchronmotor setzten, nutzt BMW eine stromerregte Synchronmaschine. Der Unterschied: BMW kann hierbei auf Materialien verzichten, die zu den seltenen Erden zählen. Deren Vorkommen, Abbaubedingungen und Recyclingmöglichkeiten gelten als kritisch. Meist werden starke Neodym-Magnete verwendet.

Bei permanent-erregten E-Motoren besteht bereits ein Magnetfeld und es muss weniger Energie aufgewendet werden, um den Läufer (Rotor) im Magnetfeld des Stators zum Rotieren zu bringen. Der Wirkungsgrad ist bei diesen Motoren höher und der Stromverbrauch niedriger. Doch BMW schätzt den Vorteil durch den Verzicht auf seltene Erden höher ein. Zudem gibt es einen weiteren Vorteil bei der Rekuperation bzw. dann, wenn man mit dem Auto „segeln“, also ohne Verzögerung dahingleiten möchte. Das ist beispielsweise auf der Autobahn praktisch, wenn man die aufgewandte Energie für das aktuelle Tempo nutzen bzw. nur geringfügig verringern möchte. Eine Rekuperation würde den Wagen zu stark abbremsen, man müsste später wieder mehr Energie aufwenden, um den Wagen zu beschleunigen. Bei der stromerregten Synchronmaschine kann der Rotor frei laufen, ohne dass ein Magnetfeld oder eine Verzögerung entsteht. Nur der Rollwiderstand der Reifen verlangsamt das Fahrzeug.

Seltene Erden sind besondere Metalle und heissen eigentlich «Metalle der Seltenen Erden». Ohne sie gäbe es keine Notebooks, keine LEDs, keine Smartphones und keine Permanentmagnete für Elektromotoren. Die wertvollen Rohstoffe werden jeweils nur in sehr kleinen Mengen eingesetzt, spielen aber eine entscheidende Rolle. Hauptlieferant ist China mit fast 90 Prozent Marktanteil (Stand 2019). So selten sind die Seltenen Erden gar nicht, problematisch aber bleiben sie. Die Förderung ist oft umweltschädlich, Auflagen wurden missachtet, es entstanden Abfallprodukte und giftige Abwässer, die das Grundwasser verschmutzten.

Continental ermöglicht in ihrer Reifenproduktion ab 2022 den Einsatz von wiederaufbereitetem Polyester, das aus recycelten Kunststoffflaschen gewonnen wird. Das neue nachhaltige Polyestergarn wird über einen mechanischen Prozess aus Polyethylenterephthalat-Flaschen (sog. PET-Flaschen) gewonnen und soll im Aufbau der Reifenkarkasse zum Einsatz kommen. Dadurch kann herkömmliches Polyester vollständig ersetzt werden. Gemeinsam mit seinem Kooperationspartner und Lieferanten OTIZ, einem Faserspezialisten und Textilhersteller, hat der Premiumreifenhersteller eine spezielle Technologie entwickelt, um PET-Flaschen ohne bisher notwendige, chemische Zwischenschritte wiederaufzubereiten und das Polyestergarn für die hohen mechanischen Anforderungen des Reifens funktionsfähig zu machen. Im Rahmen des sogenannten Upcyclings wird so aus einer PET-Kunststoffflasche ein PET-Hochleistungswerkstoff.

Bisherige Labor- und Reifentests von Continental zeigen, dass Fasern aus Sekundärrohstoffen ebenso leistungsfähig sind wie die bisher verwendeten Fasern. Sie haben die gleiche Qualität wie PET-Neuware, sind ebenso stabil und aufgrund ihrer Bruchfestigkeit, Zähigkeit sowie thermischen Stabilität besonders gut für Reifen geeignet.

Herkömmliches PET wird seit langem als Werkstoff im Pkw-Reifenbau eingesetzt, da es auch unter hoher Belastung und Temperatur formstabil bleibt und somit bei allen Fahrgeschwindigkeiten für Sicherheit sorgt. Durch den Einsatz von recyceltem PET werden wertvolle Ressourcen im Reifenbau geschont: Ein herkömmlicher Pkw-Reifen besteht heutzutage aus ca. 400 Gramm Polyestergarn. Umgerechnet können so zukünftig mehr als 60 recycelte PET-Flaschen für einen vollständigen Fahrzeugreifensatz verwendet werden.

Der BMW i3 ist nachhaltig auf Erfolgskurs – und das im doppelten Wortsinne. Das rein elektrisch angetriebene und damit lokal emissionsfreie Kompaktmodell verzeichnet auch acht Jahre nach seiner Markteinführung eine kontinuierlich hohe Nachfrage. Im BMW Werk Leipzig rollte im Herbst 2020 – nahezu lautlos wie immer – das 200 000. Exemplar dieses Modells vom Band. Das sächsische Werk hat sich mit Beginn der Produktion im Jahr 2013 zum Vorreiter und Kompetenzzentrum für nachhaltige Mobilität entwickelt. Der BMW i3 war das erste rein elektrisch angetriebene Großserienmodell der BMW Group und auch das erste Fahrzeug des Unternehmens mit einer Fahrgastzelle aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK). Das Life-Modul aus CFK ist Teil einer BMW i spezifischen und von Beginn an für Elektromobilität konzipierten Fahrzeugarchitektur. Es wird in Leipzig aus Kohlefasergelegen geformt und in einem einzigartigen, von der BMW Group entwickelten Verfahren zusammengefügt. Anschließend folgt die Vereinigung mit dem Drive-Modul, dem Aluminium-Chassis, das Antrieb, Fahrwerk und Hochvoltspeicher trägt. Hochmoderne Fertigungsverfahren sorgen dafür, dass für Karosseriebau und Montage des BMW i3 in Leipzig nur etwa die Hälfte der bei konventionellen Fahrzeugen erforderlichen Produktionszeit benötigt wird.

BMW ist mit 50 BMW i3 im Juli 2021 in die Testphase zum bidirektionalen Lademanagement gestartet. Die Fähigkeit zum bidirektionalen Laden ermöglicht es Elektrofahrzeugen, beim Anschluss an eine dafür ausgelegte Ladestation oder Wallbox nicht nur elektrische Energie für die Hochvoltbatterie aufzunehmen, sondern auch in umgekehrter Richtung in das Stromnetz des Verteilnetzbetreibers zurück zu speisen.
Die Batterien der Elektrofahrzeuge werden so zu mobilen Energiespeichern, die bei Bedarf auch Strom abgeben können. Eine derartige Integration möglichst vieler Elektrofahrzeuge in das Stromnetz erfordert vielfältige Innovationen in den Bereichen Fahrzeugtechnik, Ladehardware, Lademanagement und Kommunikationsschnittstellen zu den energiewirtschaftlichen Stakeholdern sowie hinsichtlich rechtlicher Rahmenbedingungen.

Bidirektionales Laden unterstützt die Energiewende

Neben einer gestärkten Versorgungssicherheit kann durch die intelligent gesteuerte Integration von Elektrofahrzeugen in das Stromnetz auch der Anteil regenerativ erzeugter Energie am Gesamtverbrauch in Deutschland weiter erhöht werden. Durch die Nutzung der in den Hochvoltbatterien elektrifizierter Fahrzeuge bereitgestellten Speicherkapazitäten lassen sich Angebot und Nachfrage im Bereich des Ökostroms besser aufeinander abstimmen.

So können die Speicher der Elektrofahrzeuge beispielsweise Erzeugungsspitzen von Windkraft- und Solaranlagen gezielt aufnehmen und in Zeiten mit geringer Erneuerbarer-Energie (EE) -Erzeugung (Nacht, Flauten) den EE-Strom unter Wahrung des Fahrbedarfs der Kundinnen und Kunden wieder abgeben. Damit kann das Hochfahren von fossilen Kraftwerken und deren Emissionen in solchen Zeitfenstern reduziert werden. Auf diese Weise wird Elektromobilität mehr denn je zu einem integralen Bestandteil der Energiewende. Ihr Ausbau vermindert CO2-Emissionen sowohl im Bereich der Mobilität als auch auf dem Gebiet der Stromerzeugung.

Die BMW Group startet die Alltagserprobung von seriennahen Fahrzeugen mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antrieb auf europäischen Straßen. Mit den Prototypen des BMW i Hydrogen NEXT wird das Zusammenwirken zwischen dem CO2-freien Antrieb, der modellspezifischen Fahrwerkstechnik und den Systemen der Fahrzeugelektronik unter praxisnahen Bedingungen getestet. Der BMW i Hydrogen NEXT ist ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das Wasserstoff als Energieträger nutzt und diesen in einer Brennstoffzelle zu Strom umwandelt. Mit dem jetzt gestarteten Erprobungsprogramm werden die Voraussetzungen dafür geschaffen, Ende 2022 eine Kleinserie des auf der Basis des BMW X5 entwickelten Modells präsentieren zu können. Diese Fahrzeuge dienen dazu, in einem breitangelegten Feldversuch Praxiserfahrungen beim Einsatz dieser nachhaltigen Antriebstechnologie zu gewinnen.

Die Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technologie besitzt langfristig das Potenzial, innerhalb der flexiblen Antriebsstrategie der BMW Group eine Ergänzung zu Verbrennungsmotoren, Plug-in-Hybrid-Systemen und batterieelektrischen Fahrzeugen darzustellen. Sie kann zukünftig besonders für jene Kunden eine attraktive Alternative zu batterieelektrischen Antrieben sein, die keinen eigenen Zugang zu elektrischer Ladeinfrastruktur haben oder häufig auf Langstrecken unterwegs sind. „Besonders bei größeren Fahrzeugklassen ist die Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technologie eine interessante Option für nachhaltige Antriebe“, sagt Frank Weber, Mitglied des Vorstands der BMW AG für Entwicklung. „Deshalb ist die Straßenerprobung von seriennahen Fahrzeugen mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antrieb ein wichtiger Meilenstein in unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeit.“