Originally published by JEC Composite Magazine
Die Europäische Kommission (EK) hat sich zum Ziel gesetzt, dass alle in Europa neu zugelassenen Pkw und Transporter bis 2035 emissionsfrei sein sollen. Dies hat die Automobilindustrie unter erheblichen Druck gesetzt, da die neuen CO²-Normen auch eine Senkung der durchschnittlichen Emissionen um 55 % bis 2030 vorschreiben. Um die wachsende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen (EVs) zu befriedigen, die 25 bis 50 % der Fahrzeugproduktion ausmachen könnten, sind sofortige und innovative Maßnahmen in der Branche erforderlich.
Die Umstellung auf Elektroautos steht vor Herausforderungen, die über die Batterieproduktion, die Reichweitenangst und die Entwicklung der Infrastruktur hinausgehen. Dies sind zwar wichtige Anliegen, aber die Verknappung von Materialien und die Notwendigkeit, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen bei der Herstellung zu verringern, erschweren den Umstieg zusätzlich. Jedes Material und jeder Prozess, der an der Autoproduktion beteiligt ist, muss letztendlich weniger abhängig von schwindenden Ressourcen und fossilen Brennstoffen werden. Dies stellt eine Reihe komplexer Herausforderungen dar, die bewältigt werden müssen, um die Nachhaltigkeit der Elektroautoindustrie zu gewährleisten.
Die deutsche Forschungsorganisation Fraunhofer IWU hat dies erkannt und zusammen mit der von Bax betriebenen European Lightweight Clusters Alliance (ELCA) eine europaweite Initiative ins Leben gerufen. Vier der größten Automobilunternehmen in Europa haben sich der Initiative angeschlossen, da sie erkannt haben, dass die CO²-Ziele der Europäischen Kommission einen gemeinschaftlichen Ansatz erfordern, bei dem alle an einem Strang ziehen.
Das wirft die Frage auf: Warum können die europäischen OEMs (Original Equipment Manufacturers) nicht selbständig auf Netto-Null-Emissionen umstellen? Sie verfügen zwar über beträchtliche Ressourcen, aber sich allein darauf zu verlassen, ist mit Herausforderungen verbunden, insbesondere bei der Umstellung auf Sekundärmaterialien. Zu den wichtigsten Fragen gehören: Woher beziehen wir Sekundärrohstoffe? Wird ihre Qualität den Sicherheitsstandards entsprechen? Gibt es genug, um die wachsende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen zu decken? Die Rückverfolgung der Herkunft und des Lebenszyklus von Materialien ist von entscheidender Bedeutung, und die Wiederverwendung von End-of-Life-Materialien (EoL) ohne Recycling könnte revolutionär sein. Die Messung und der Vergleich zirkulärer Methoden sowie die Standardisierung stellen jedoch zusätzliche Hürden dar. Sollten Kreislaufverfahren intern oder durch Partnerschaften mit kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) entwickelt werden? Diese Herausforderungen unterstreichen die Notwendigkeit umfassender, kooperativer Strategien, um Netto-Null-Emissionen zu erreichen.
Auf dem Weg Europas in eine emissionsfreie Zukunft steht die Automobilindustrie im Mittelpunkt dieses Übergangs. Angesichts der ehrgeizigen Ziele der Europäischen Kommission arbeiten Hersteller, Forschungsinstitute und politische Entscheidungsträger gemeinsam an der Entwicklung nachhaltiger Elektrofahrzeuge, die strenge CO²-Reduktionsstandards erfüllen. Dieser Artikel zeigt, wie wichtig die Zusammenarbeit ist, um die Herausforderungen in Bezug auf Materialien, Prozesse und Infrastruktur zu meistern und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit der europäischen Automobilindustrie zu gewährleisten.
Auf dem Weg zu null Emissionen: Der kollektive Wandel in der europäischen Automobilindustrie
By sector, the aerospace industry has set firm targets requiring airlines to cut emissions by 55% below 2020 levels by 2030. Likewise, the automotive industry is transforming itself in line with the EU Climate Law and the EU Green Deal where there are obligations to achieve the targets of net-zero emissions by 2050 and CO2 emissions per vehicle fleet. Similarly, the building sector faces strict energy efficiency standards under the EU Green Deal, aiming for all new buildings to be „zero-emission“ by 2030, driving innovations in insulation, smart energy systems, and lightweight composites. Finally, the energy sector is now under pressure to increase the rate of renewable energy integration while ensuring that the materials used in the infrastructure are also sustainable. Although these policies are daunting, they also present opportunities for innovation.
This regulatory push is driving industries towards the use of lightweight materials with multifunctional capabilities and circular designs to meet CO₂ targets. Sustainability has become synonymous with technological progress in all industries, leading to solutions that are not only long-lasting but effective, and versatile.
Die von Horizon Europe finanzierte Initiative von ZEvRA für nachhaltige Elektrofahrzeuge
Unter dem Aufrufthema „Kreislaufwirtschaftliche Ansätze für emissionsfreie Fahrzeuge“ zielt ZEvRA (Zero Emission electric Vehicles enabled by haRmonised circulArity) darauf ab, die Kreislauffähigkeit von Elektrofahrzeugen durch Design für Recycling und Wiederverwendung zu verbessern. Das Projekt zielt darauf ab, das Bewusstsein für die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft und der Lebenszyklusanalyse (LCA) im Bereich des sauberen Transports zu fördern, die Metriken der Kreislaufwirtschaft im Automobilsektor zu standardisieren und einen Prototyp eines Fahrzeugs zu entwickeln, das keine neuen Materialien verwendet.
Das Ziel von ZEvRA ist es, Europa auf dem Weg zu einer digitalen, kreislauforientierten und klimaneutralen Wirtschaft voranzubringen, die Abhängigkeit von Rohstoffen zu verringern und gleichzeitig Innovationen und Kompetenzen in der Kreislaufwirtschaft zu fördern. Das von der Europäischen Kommission mit 12 Millionen Euro finanzierte Projekt begann im Januar 2024 und hat eine Laufzeit von drei Jahren.
Closing the Loop: Composites and the Circular Economy
The shift towards a circular economy is transforming the automotive, aerospace, construction and energy sectors by promoting resource efficiency, waste reduction and the reuse and recycling of materials. Circularity in composites aims to minimise environmental impact, extend product life cycles, and foster closed-loop systems that reduce reliance on finite resources while enhancing sustainability.
Efforts to reuse and upcycle secondary materials in composite manufacturing are gaining importance. Innovations in recycling processes and material tracking systems, such as Materials ID Passports, are enabling better recovery of valuable components and improved lifecycle management. This transition is supported by strategies like integrating recycled polymers, remanufacturing components and adopting bio-based and recyclable thermoset materials.
However, the complexity of fiber-matrix composites poses challenges for recycling. Specialised processes are often required to separate components efficiently. Solutions include mono-material concepts for easier recovery and hybridisation strategies that enhance bio-based composites’ performance. Designing for circularity—through modular components, easy disassembly, and reversible bonding techniques—is key to improving recyclability.
Digital Tools Powering Sustainable Innovation
Digital tools, including Digital Twins, generative design and simulation technologies, are playing a critical role in optimising the design, manufacturing and lifecycle management of composites. Advancements in manufacturing processes, such as additive manufacturing and in-mold technologies, allow for the creation of multifunctional components that reduce material use and production waste. These innovations, combined with efforts to develop bio-based alternatives and improve recycling techniques, are driving a shift towards sustainable production models.
By combining material innovation, advanced manufacturing and circular design principles, industries can create composites that align with sustainability goals. These approaches not only reduce environmental impacts but also drive innovation, economic growth and resilience across the value chain, paving the way for a more sustainable future.
Die europäische EV-Industrie aufwerten: Förderung von Nachhaltigkeit, Innovation und globalem Einfluss
Mit 28 Partnern, die die gesamte Wertschöpfungskette des Designs, der Entwicklung und der Herstellung von Elektrofahrzeugen für leichte Nutzfahrzeuge in 11 Ländern abdecken, darunter vier der größten europäischen OEMs, setzt das ZEvRA-Projekt einen neuen Standard für die zukünftige Fahrzeugherstellung in Europa. Es will die Messlatte sowohl für die Kreislaufwirtschaft als auch für die Leistung höher legen.
Elektrofahrzeuge spielen eine zentrale Rolle bei der Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Verkehr. Angesichts der steigenden Verkehrsnachfrage kann die europäische EV-Industrie eine entscheidende Rolle bei der Dekarbonisierung des Sektors spielen. Außerdem ist die Automobilindustrie eine wichtige Quelle für Wirtschaftswachstum und die Schaffung von Arbeitsplätzen. Indem wir die Branche in Europa halten, können wir Innovationen vorantreiben, Investitionen anziehen und hochwertige Arbeitsplätze in Produktion, Forschung und Entwicklung schaffen.
Die Beibehaltung einer starken Position auf dem Markt für Elektrofahrzeuge ermöglicht es europäischen Unternehmen, bei technologischen Fortschritten führend zu sein, was nicht nur dem Automobilsektor zugute kommt, sondern auch auf andere Branchen übergreift. Indem Europa mit anderen wichtigen Akteuren wie China konkurriert, kann es Einfluss auf globale Standards und Praktiken im Bereich der Nachhaltigkeit nehmen und internationale Abkommen, Vorschriften und Normen zur Förderung des Umweltschutzes und der nachhaltigen Entwicklung mitgestalten.
Die Autoren des Artikels möchten sich für die Finanzierung des ZEvRA-Projekts durch die Europäische Kommission unter der Finanzhilfevereinbarung Nº101138034 bedanken.
Unlocking Cost Savings and Efficiency with Advanced Composites
The integration of advanced composite materials in construction, aerospace and aeronautics, and energy sectors offers transformative potential for cost savings throughout the product lifecycle.
In the construction sector, composites often entail high initial costs during manufacturing due to the needs for specialised equipment, the patenting of new materials is both highly expensive and immensely time consuming as it may take up to several years. Prefabrication and modular construction further save time, reduce labour costs, and minimise on-site disruptions compared to traditional approaches. Complex structures can offer long-term benefits, such as new materials with colour-changing properties to enhance energy efficiency in buildings. For instance, a layered composite of copper foil, plastic, and graphene adjusts its infrared colour and heat absorption based on temperature, cooling interiors on hot days and insulating them on cold days.
The aerospace sector faces high maintenance costs due to the stringent safety requirements and complex systems. Advanced analytics and machine learning further optimise processes, reduce waste, and refine lightweighting, helping airlines lower fuel consumption and increase payload capacity. Digital tools like generative design and topology optimisation enable lighter, more efficient structures by optimising material use and exploring innovative geometries, improving performance while reducing weight. Predictive maintenance leverages data and machine learning to foresee equipment failures, cutting downtime, costs, and enhancing safety.
Transporting and installing renewable energy components such as wind turbine blades and solar panels is costly and complex, particularly in remote or offshore locations. In solar PV, freight and installation costs vary but typically make up 4-20% of total costs. Using composite materials reduce component weight, making transportation and installation easier and more affordable. The wind turbine sector is exploring sectional turbine blades to cut transportation costs and enable reuse of non-degraded parts at the end of life. Similarly, lightweight, modular, and flexible solar panels are being developed for rapid deployment, though further research is needed to improve their efficiency and cost-effectiveness compared to rigid panels.
Advanced Materials and the Road Ahead
Composites are paving the way for a more sustainable and economically viable future across industries, optimising manufacturing, transportation, and installation processes while enabling innovative applications and long-term benefits. To explore the transformative role of advanced materials, please follow the link for more insights and to discover the full technology roadmap.
The authors would like to acknowledge the funding of the European Commission for the AMULET H2020 project under the grant agreement Nº101005435.
