Sind Naturfasern die Zukunft von Automobilverbundstoffen?

Automobile sind einer der führenden Verursacher von Kohlendioxid (CO₂)-Emissionen. Insbesondere sind nicht nur die Auspuffemissionen im Gebrauch verantwortlich. Auch die Fahrzeugproduktion trägt zu Treibhausgasemissionen bei, insbesondere zu CO₂-Emissionen.

Energieintensive Herstellungsprozesse für Materialien wie Stahl sowie die Produktion von Komponenten wie Batterien für Elektrofahrzeuge tragen ebenfalls erheblich zum Klimawandel bei.

Infolgedessen arbeitet die Automobilindustrie aktiv an der Reduzierung von CO₂e in der Produktion. CO₂e, also Kohlendioxid‑Äquivalent, ist eine Standardgröße zur Messung und zum Vergleich der Auswirkungen verschiedener Treibhausgase auf die globale Erwärmung.

Um dies zu erreichen, setzen Automobilhersteller verschiedene Strategien ein, darunter die Integration nachhaltiger Materialien, die Optimierung von Fertigungsprozessen und die Einführung neuer Technologien.

Kürzlich hat die BMW Group (BMW-DE:XETRA) bekanntgegeben, dass sie einen bedeutenden Durchbruch bei der Nutzung von Naturfaser‑Verbundstoffen erzielt hat, die nun nach mehreren Jahren Entwicklung und intensiver Forschung in ihren Serienmodellen eingesetzt werden. 

BMWs Durchbruch mit natürlichen Flachsfaser‑Verbundstoffen

Der weltweit führende Premium‑Hersteller von Autos und Motorrädern nutzte erstmals erneuerbare Rohstoffe im BMW M Motorsport während der Formel‑E‑Saison 2019 und anschließend im BMW M4 DTM und M4 GT4, wo Naturfaser‑Verbundstoffe Kohlefaser‑Kunststoff (CFRP)-Teile ersetzten. 

CFRP ist ein High‑Tech‑Material, das die Kombination von Kohlenstofffasern mit anderen Materialien zu einem Verbundstoff beinhaltet. Es wird in den meisten Branchen, einschließlich der Automobilindustrie, gut angenommen. Obwohl es anderen Leichtbaumaterialien überlegen ist, ist es wegen des Rohmaterials teuer.

Daher wenden sich Unternehmen wie der deutsche Automobilhersteller Naturfaser‑Verbundstoffen zu. Wie die BMW Group bereits 2022 feststellte, wurden fast alle Bauteile im BMW M4 GT4, die aus CFRP bestanden, durch innovative Verbundstoffe aus Naturfasern ersetzt. Das Unternehmen sagte damals Folgendes:

„Es gibt kein anderes GT‑Rennfahrzeug in Serienproduktion, das die Menge an Naturfaser‑Verbundteilen erreicht.“ 

Die Flachsfaser‑Lösungen wurden im gesamten Fahrzeug integriert, einschließlich des Innenraums, des Armaturenbretts und der Mittelkonsole sowie Karosserieteile wie Motorhaube, Frontsplitter, Kofferraum, Heckflügel und Türen. Abgesehen vom Fahrzeugdach war nichts aus CFRP gefertigt. Auch das ändert sich jetzt, da Verbundstoffe aus erneuerbaren Rohmaterialien selbst den strengsten Anforderungen an Dachstrukturen, die von der Regierung für die Zulassung der Verkehrstüchtigkeit eines Fahrzeugs festgelegt wurden, entsprechen, wie im neuesten Bericht der BMW Group beschrieben.

Der Austausch von Kohlefaser-Verbundstoffen durch Naturfaser‑Verbundstoffe im Dach des nächsten BMW‑Group‑Fahrzeugs führt zu einer CO_₂e‑Reduktion von etwa 40 % in der Produktion, zuzüglich weiterer Aspekte am Lebensende des Produkts, hieß es.

Für diese auf Flachs basierenden Leichtbauteile hat BMW mit Bcomp, einem Schweizer Clean‑Tech‑Unternehmen, zusammengearbeitet, an dem es über BMW i Ventures, den Risikokapitalzweig des Münchner Automobilherstellers, der in schnell wachsende Start‑ups im Automobilumfeld investiert, ebenfalls beteiligt ist, um die Mobilität zu gestalten.

Neben BMW haben auch Generali und Airbus Ventures sowie namhafte OEMs wie Porsche Ventures und Volvo Cars Tech Fund in Bcomp investiert, um die Entwicklung von „hochleistungsfähigen Dekarbonisierungslösungen“ zu unterstützen.

Bcomp hat die Verstärkungstechnologie powerRibs entwickelt, die sich von Blattvenen inspirieren ließ und eine 3D‑Struktur auf einer Seite eines dünnwandigen Schalenelements erzeugte, um Steifigkeit bei minimalem Gewicht zu maximieren. Anschließend fügten ampliTex‑Verstärkungen eine sichtbare Schicht aus Flachsfasern für das Überzugsmaterial hinzu.

Damit konnte das Unternehmen den Kunststoffverbrauch für Innenverkleidungen um bis zu 70 % reduzieren und die CO₂-Emissionen um 60 % senken, wobei zusätzlich die Sicherheit verbessert wurde, da scharfe Splitter und Scherben fehlen. Erneuerbare Rohmaterialien und hier verwendete Naturfasern umfassen Hanf, Kenaf und Flachs, die dem Unternehmen geholfen haben, das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Materialien um etwa 50 % zu reduzieren.

Nachdem die Anwendung innovativer Verbundlösungen mit dem BMW M4 GT4 auf die nächste Stufe gehoben wurde, nutzt das Unternehmen nun Naturfaser‑Verbundstoffe für die Serienproduktion zukünftiger Modelle.

Der Bau von Leichtbaumaterialien bleibt ein zentrales Anliegen für Automobilhersteller, ebenso wie die zunehmende Bedeutung des Einsatzes von Naturfasern, die einen geringeren CO₂‑Fußabdruck bei Verbundmaterialien bieten.

„Naturfaser‑Verbundstoffe sind ein wesentlicher Bestandteil innovativer Leichtbaulösungen im Motorsport und ermöglichen eine Reduktion der CO_₂e‑Emissionen im Herstellungsprozess.“

– CEO von BMW M GmbH, Franciscus van Meel

Laut BMW Group hat die Bewertung der Materialien die hervorragende Eignung von Fasern, insbesondere für sichtbare Außen- und Innenkomponenten, gezeigt. Und nun werden die Leichtbaumaterialien ihrem ultimativen Leistungstest unterzogen. Sie wurden im BMW M4 GT4 für das 24‑Stunden‑Rennen auf dem Nürburgring eingesetzt. Franciscus van Meel fügte hinzu:

„Naturfaser ist eine Innovation, die den Anspruch von BMW M ‘Geboren auf der Rennstrecke. Für die Straße gemacht.’ perfekt verkörpert. Deshalb freuen wir uns, die Serienreife dieser Materialien zu bestätigen, ein Durchbruch, den wir mit unserem offiziellen #BMW M Motorsport-Partner Bcomp erzielt haben. Wir freuen uns nun darauf, diese Materialien in zukünftigen BMW M‑Produktreihen einzusetzen.”

Warum Naturfaser‑Verbundstoffe in der Automobilindustrie wichtig sind

Verbundstoffe spielen eine bedeutende Rolle in der Materialindustrie aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Umweltfreundlichkeit. Ein Verbundmaterial ist einfach ein Material, das durch die Kombination von zwei oder mehr Bestandteilen hergestellt wird.

Die Kombination von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften verleiht Verbundmaterialien besondere Merkmale wie erhöhte Festigkeit, geringeres Gewicht oder verbesserte Haltbarkeit. Das macht sie in zahlreichen Branchen unverzichtbar. 

Einige der häufigsten Verbundmaterialien sind Glasfaser, Kohlefaser, Beton, verstärkte Kunststoffe, keramische Matrixverbundstoffe und weitere.

Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFRP) und kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFRP) sind hingegen die beliebtesten Verbundstoffe, die in der Automobilindustrie zur Fahrzeugherstellung eingesetzt werden, weil sie ein hohes Festigkeits‑zu‑Gewichts‑Verhältnis, Korrosionsbeständigkeit, Flexibilität, Langlebigkeit sowie die Fähigkeit zur Verbesserung von Kraftstoffeffizienz und Aufprallfestigkeit besitzen.

Allerdings treibt ein weltweiter Wandel hin zu erneuerbaren Energien und nachhaltigen Praktiken, der die Automobilhersteller ebenfalls zu Elektroautos veranlasst hat, die Einführung von Naturfaser‑Verbundstoffen voran.

Gesetzgebungen, die Automobilhersteller zur Wiederverwendung und zum Recycling von Materialien verpflichten, sind ein weiterer Grund für das wachsende Interesse an Naturfasern in Verbundmaterialien. Infolgedessen beobachten wir einen Anstieg des Einsatzes biobasierter Materialien in der Automobilindustrie. 

Sie tragen tatsächlich maßgeblich dazu bei, den Sektor sauberer und umweltfreundlicher zu machen, und bieten gleichzeitig erhebliche Vorteile.

Dazu gehört die Steigerung der Effizienz und die Gewichtsreduktion. Naturfaser‑Verbundstoffe sind von Natur aus leicht, und durch ihren Einsatz bei der Herstellung von Autoteilen wie Armaturenbrettern, Türverkleidungen und anderen Innenkomponenten kann das Fahrzeuggewicht gesenkt werden. Diese Gewichtsreduktion bedeutet zudem, dass weniger Energie zum Bewegen des Autos benötigt wird, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt. 

Ein weiterer großer Vorteil von Naturfaser‑Verbundstoffen ist ihre Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber täglicher Beanspruchung, was die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Fahrzeugs erhöht.

Noch wichtiger ist, dass Naturfasern erneuerbare Ressourcen sind, wodurch Nachhaltigkeit im Kern steht. Der Einsatz dieser Verbundstoffe ermöglicht es Automobilherstellern, ihre Abhängigkeit von schädlichen, fossilen Materialien zu reduzieren und damit ihre Emissionen zu senken. 

Im Bereich der Naturfasern, die sich als äußerst nützlich für die Materialindustrie erweisen, gehören Hanf, Jute, Sisal, Flachs, Bambus, Reis und Kenaf zu den beliebtesten Optionen.

Unter diesen ist Flachs das am häufigsten in Verbundstoffen verwendete Material, da es überlegene mechanische Eigenschaften im Vergleich zu anderen Naturfasern aufweist. Er stammt aus dem Stängel der Flachs‑ bzw. Leinsamenpflanze. Flachsstoff ist allgemein als Leinen bekannt und gehört zu den ältesten bekannten Textilien.

Seine Zellulosefasern, die lang und kontinuierlich sind, machen ihn als Verstärkungsstoff in Verbundstoffen geeignet, da sie hervorragende Steifigkeit und Zugfestigkeit besitzen. Flachs hat zudem ein einzigartiges natürliches Aussehen.

Da sie biologisch abbaubar, kostengünstig und leicht sind, werden Naturfasern typischerweise mit Polymeren kombiniert, um starke und langlebige Materialien für Autokomponenten zu schaffen, da synthetische Fasern die mechanischen Eigenschaften von Naturfasern nicht erreichen.

Zum Beispiel ist die Härte von Kohlefaser um über 75 % höher als die von Flachsfaser. Kohlefaser ist zudem fünfmal stärker als Flachsfaser, während Glasfaser viermal stärker ist.

Zudem ist das Biegemodul synthetischer Fasern moderat höher als das von Naturfasern. Allerdings ist die Abriebrate von Naturfasern gering, was sie für den Einsatz in abrasiven Umgebungen geeignet macht. Während die Schwingungsfrequenz von Naturfasern etwa gleich der synthetischer Fasern ist, übertrifft die Aufprallenergie‑Speicherkapazität von Glasfaser die von Kohlefaser, Flex‑ und Kenaf‑Faser.

Nicht zu vergessen, Naturfasern sind feuchtigkeitsempfindlich. Neben Bedenken hinsichtlich Qualität und Konsistenz dieser Fasern ist auch ihre Bindung an Polymermatrizen schwach. Naturfaser‑Verbundstoffe (NFC), die durch Kombination von Naturfasern mit verschiedenen synthetischen Fasern hergestellt werden, gelten als die neue Revolution in Verbundmaterialien.

Bereits werden Naturfaser‑Verbundstoffe von Automobilherstellern umfassend eingesetzt. Neben BMW hat Ford (F ) seit über einem Jahrzehnt Experimentiert mit Naturfaser‑Verbundstoffen, um nachhaltige Fahrzeuginnenräume zu schaffen.

Mercedes‑Benz (MBG-DE:XETRA) ist ein weiteres Unternehmen, das Fortschritte beim Einsatz von Naturfasern macht, insbesondere in seinen Innenverkleidungen. Teile seiner Modelle A‑Klasse, C‑Klasse, E‑Klasse und S‑Klasse wurden mit verschiedenen Naturfasern wie Sisal, Hanf, Wolle und Flachs gefertigt.

Vor einigen Jahren berichtete Bcomp, dass es seine Hochleistungs‑Naturfaser‑Technologien an den Entwicklungspartner von Mercedes‑AMG, HWA AG (H9W.DE ), für die Frontstoßstangen der Mercedes‑AMG GT4 Rennwagen liefert. Die Herstellung der Stoßstange aus reiner Naturfaser ermöglicht die Rückgewinnung thermischer Energie, wobei etwa 80 % der darin gespeicherten Energie in erneuerbare Energie umgewandelt werden.

Wie der Motorsport die Naturfaser‑Technologie zum Massenmarkt bringt

Automobilhersteller weltweit integrieren aktiv Naturfaser‑Verbundstoffe in ihre Fahrzeuge, hauptsächlich für Innen- und Außenanwendungen, um Gewichtsreduktion und verbesserte Nachhaltigkeit zu erreichen. 

Die BMW Group hat insbesondere die Serienreife mit Naturfaser‑Verbundstoffen erreicht und ist nun bereit für die Serienproduktion, nachdem sie diese erfolgreich in Rennwagen eingesetzt hat. Dies bringt im Wesentlichen innovative Materialtechnologie und deren Vorteile, die zunächst auf Premium‑ und Luxusautos beschränkt waren, zu den Massen.

Dies ist nicht das erste Mal, dass Hochleistungs‑Sportwagen Fortschritte in den Mainstream bringen. Automobilhersteller nutzen ihre Hochleistungsfahrzeuge häufig als Inkubatoren für Technologie.  

Das ergibt tatsächlich Sinn. Hochwertige Autos sind in der Regel sehr teuer und werden in geringen Stückzahlen produziert, was den Herstellern ermöglicht, damit zu experimentieren. Sie können als Testfeld für fortschrittliche Materialien und Techniken dienen, bevor diese kosteneffektiv und skalierbar für die Massenproduktion werden. 

Im Laufe der Zeit sickern Materialien, Prozesse und Technologien, die zunächst in Premium‑ und Luxusautos eingesetzt werden, nach und werden in Mainstream‑Fahrzeugen sichtbar – ein Beispiel dafür ist Kohlefaser. 

Über ein Jahrhundert lang war Stahl das Hauptmaterial in Autos, bis Aluminium in den späten 1900er‑Jahren als leichter Alternative an Popularität gewann. Sein geringes Gewicht machte es zu einem attraktiven Kandidaten für Rennwagen, die leicht sein müssen, um extreme Geschwindigkeiten zu erreichen. Allerdings wird es hauptsächlich für den Motorblock verwendet, da es zwar leicht, kraftstoffeffizient und korrosionsbeständig ist, aber nicht besonders stark und zudem teuer ist. 

Dann kam Kohlefaser und revolutionierte die Branche. Sie wurde in der Formel 1 und bei Hypercars wegen ihres unglaublichen Festigkeits‑zu‑Gewichts‑Verhältnisses breit eingesetzt.

Leichter als sowohl Stahl als auch Aluminium ermöglicht Kohlefaser Autoherstellern, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren und gleichzeitig Leistung und Kraftstoffeffizienz zu steigern. Sie bietet zudem eine bessere Energieabsorption bei Unfällen, was sie für Rennwagen ideal macht, die deutlich mehr Sicherheitsmerkmale und strukturelle Integrität benötigen als Standardautos. Das ist der Grund, warum die Karosserie eines Formel‑1‑Rennwagens fast vollständig aus Kohlefaser besteht. 

Nachdem McLaren in den 1980er‑Jahren das erste Kohlefaser‑F1‑Auto vorgestellt hatte, begannen andere F1‑Teams aufzuholen, und schließlich trickelte die ursprünglich für die Rennstrecke entwickelte Idee auf die normalen Straßen ab, wobei McLarens F1 von 1992 das erste war, das Kohlefaser‑Verbunde nutzte, gefolgt von Ferrari und Lamborghini.

Allerdings bedeutet der höhere Preis von Verbundmaterialien und die Komplexität ihres Fertigungsprozesses, dass nur bestimmte Fahrzeugteile aus Kohlefaser oder kohlefaserverstärkten Verbundstoffen (CFRP) gefertigt werden. 

Ähnlich haben ultra‑hochfeste Stähle und Carbon‑Keramik‑Bremsen ebenfalls Einzug in Alltagsautos gefunden. Materialien sind jedoch nicht die einzige Innovation, die vom Hochleistungssportwagen zum Mainstream übergegangen ist.

Prozesse wie die additive Fertigung, die von Automobilherstellern zur 3D‑Druck von Teilen für Premium‑Autos erforscht werden, sind ein weiteres Beispiel. Sobald diese Prozesse skaliert wurden, konnten die Hersteller sie problemlos auf Massenmarkt‑Teile anwenden.

Nachhaltigkeits‑Innovation ist ein weiteres wichtiges Beispiel. Neben Naturfaser‑Verbundstoffen haben exotische Marken bio‑basierte Verbundstoffe, recycelte Kohlefaser und umweltfreundlichere Aluminiumproduktion implementiert, um Emissionsvorgaben zu erfüllen. 

Neben der Funktion als Testbett für umweltfreundliche Materialien wurden Technologien wie Getriebe, Fahrwerke, Scheibenbremsen, anspruchsvolle Infotainment‑Systeme und fortschrittliche Sicherheitseinrichtungen ebenfalls zuerst in Hochleistungsautos in irgendeiner Form integriert.

Daher ermöglichen Hochleistungs‑Sportwagen den Herstellern, bahnbrechende Technologien und Designmerkmale kosteneffizient zu testen, bevor sie für die Massenproduktion bereit sind, was mit Einschränkungen wie Kosten, Unflexibilität, fehlender Individualisierung, möglicher Qualitätsminderung und Risiken von unverkäuflichen Beständen verbunden ist. 

Durch die Einführung neuartiger Fähigkeiten in diesen Premium‑Limited‑Edition‑Modellen erhalten Hersteller bessere Kontrolle über Technologie und Prozesse, setzen neue Maßstäbe und ermöglichen gleichzeitig anderen Innovationen.

Investition in Naturfaser‑Verbundstoff‑Technologie

Ein führendes Unternehmen im Bereich Verbundmaterialien, das Produktportfolio von Hexcel Corporation (HXL ) umfasst Kohlefaser für den Einsatz in der kommerziellen Luft‑ und Raumfahrt, im Verteidigungs‑ und Raumfahrtsektor sowie in industriellen Anwendungen. Zudem ist das Unternehmen in Spezialverstärkungen und anderen faserverstärkten Matrixmaterialien, Harzen, Wabenkernen und Verbundstrukturen tätig.

Vor einigen Jahren kündigte Hexcel die Entwicklung einer neuen Produktreihe an, die ihren biobasierten Harzanteil mit Naturfaser‑Verstärkungen kombinierte, um Materiallösungen für die Automobilindustrie und andere Anwendungen zu schaffen.

Damals stellte das Unternehmen fest, dass seine HexPly Nature‑Reihe Herstellern die Möglichkeit bietet, von erdölbasierten Materiallösungen auf biobasierte umzusteigen, ohne Leistung oder Prozesseffizienz zu beeinträchtigen.

Hexcel Corp  

Was die Marktperformance von Hexcel angeht, hat das Unternehmen eine Marktkapitalisierung von 4,57 Milliarden US‑Dollar, während die HXL‑Aktien zu 56,87 US‑Dollar gehandelt werden, ein Rückgang von 9,3 % im Jahresverlauf. Damit liegt das EPS (TTM) bei 1,51 und das KGV (TTM) bei 37,66. Die angebotene Dividendenrendite beträgt 1,20 %.

Bezüglich der Finanzdaten meldete das Unternehmen für das 1. Quartal 2025 einen Umsatz von 457 Millionen US‑Dollar, aufgeteilt in 280,1 Millionen US‑Dollar im Bereich Commercial Aerospace und 176,4 Millionen US‑Dollar in Defense, Space & Other. Das GAAP‑verwässerte EPS betrug meanwhile 0,35 US‑Dollar, das bereinigte verwässerte EPS lag bei 0,37 US‑Dollar. Die Bruttomarge für das Quartal betrug 22,4 %.

Im 1. Quartal 2025 betrug der Netto‑Cash‑Verbrauch für operative Tätigkeiten 28,5 Millionen US‑Dollar, und die Investitionsausgaben auf Cash‑Basis lagen bei 26,1 Millionen US‑Dollar. Der Free‑Cash‑Flow betrug hingegen (54,6) Millionen US‑Dollar.

Während dieses Zeitraums hat Hexcel 64 Millionen US‑Dollar an Aktionäre durch Aktienrückkäufe und Dividenden zurückgeführt. Zudem wurde ein Festzinsdarlehen in Höhe von 300 Millionen US‑Dollar refinanziert.

„Das zugrunde liegende Wertversprechen von Hexcel bleibt robust, angetrieben durch die Nachfrage nach unseren innovativen Leichtverbundstoffen, die langfristig ein starkes zyklisches und säkulares Umsatzwachstum erzeugen werden.“

– CEO Tom Gentile

Neueste Hexcel Corp (HXL) Aktiennachrichten und Entwicklungen

Abschließende Gedanken: Die Zukunft von Naturfasern in Autos

Während Automobilhersteller daran arbeiten, Dekarbonisierungsziele zu erreichen, werden Naturfasern eine entscheidende Rolle spielen. Während Kohlefaser aufgrund ihrer unvergleichlichen Festigkeit weiterhin wertvoll bleibt, gewinnen Naturfaser‑Verbundstoffe, insbesondere flachsbasierte Lösungen, an Bedeutung, da sie das Potenzial haben, die Automobilproduktion zu revolutionieren. 

Durch die Reduzierung von Kohlenstoffemissionen, die Ermöglichung leichterer Konstruktionen und die Erfüllung strenger Leistungsanforderungen stellen Naturfaser‑Verbundstoffe eine überzeugende Alternative zu Kohlefaser dar. Diese natürlichen Verbundstoffe versprechen, die nächste bedeutende Innovation zu werden, die nachhaltige Mobilität von Premium‑Sportwagen bis hin zu Alltagsfahrzeugen skalierbar macht und die Automobilindustrie zu einer grüneren Zukunft führt.