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ATZ - Automobiltechnische Zeitschrift

, Volume 114, Issue 7–8, pp 560–565 | Cite as

Das Lebenszyklus-Konzept von Volkswagen

  • Jens Warsen
  • Stephan Krinke
Titelthema Ökobilanzen
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Auf den Kraftstoffverbrauch zu schauen, ist sinnvoll, aber nur eine Seite der Medaille. Eine umweltgerechte Fahrzeugentwicklung muss ganzheitlich erfolgen. Um dies zu erreichen, müssen von Anfang an geeignete Instrumente zur Verfügung stehen — bei Volkswagen ist das die Umweltbilanz. Die Untersuchung des kompletten Produktlebenszyklus erfasst mehr als nur die Fahremissionen und unterstützt so das Unternehmen auf dem Weg zu seinen selbst gesetzten Umweltzielen.

Motivation

Die Automobilindustrie steht vor neuen Herausforderungen. Sie soll immer komfortablere, schnellere und sicherere Autos produzieren und gleichzeitig die Umwelteigenschaften der Fahrzeuge verbessern. In der Vergangenheit geschah dies meist über die Senkung des Verbrauchs und die damit verbundene Reduzierung der Abgase während der Nutzung.

Weniger Abgase und Maßnahmen zur Verbrauchsreduzierung sind auch heute noch wichtig, reichen aber für die Entwicklung einer nachhaltigen Mobilität nicht mehr aus. Schließlich treten Umweltwirkungen nicht erst während der Nutzung eines Autos beim Kunden auf. Auch die Rohstoffe dafür müssen erst einmal gefördert, Materialien und Komponenten hergestellt werden — und das lange bevor sich das erste Rad eines neuen Autos dreht.

Um die Umweltwirkungen eines Fahrzeugs auf ein Minimum zu reduzieren, ist es daher notwendig, den gesamten Lebenszyklus im Blick zu haben. Das bedeutet, die Analyse der potenziellen Umweltwirkungen neuer Fahrzeuge, Komponenten und Werkstoffe muss bereits vor deren Entstehung ansetzen: quasi von den ersten Ideen- und Designskizzen über die Produktion und anschließende Nutzungsphase bis hin zur Entsorgung.

Da sich diese Phasen gegenseitig beeinflussen, können sie nicht getrennt voneinander betrachtet werden. So hat die Produktionsphase beispielsweise durch das Gewicht eines gebauten Fahrzeugs großen Einfluss auf den späteren Kraftstoffverbrauch, , wahrend wiederum ein gutes Recyclingverfahren Sekundärrohstoffe für die Produktion sichert. Die umweltgerechte Fahrzeugentwicklung muss deshalb unter Berücksichtigung des Lebenszyklus-Konzepts erfolgen. Volkswagen setzt als Instrument dazu die Umweltbilanz — oder auch Life Cycle Assessment (LCA) — gemäß den ISO-Normen 14040 und 14044 [1, 2] ein. Mithilfe von Umweltbilanzen ermittelt das Unternehmen, wo Verbesserungen den größten Effekt haben und entwickelt so gezielt Innovationen.

Fahrzeugeinflüsse auf den Kraftstoffverbrauch am Beispiel des Golf VI BlueMotion

Einbindung und Anwendung

Die Methodik der Umweltbilanzierung kann auf eine 30-jährige Entwicklungsgeschichte sowie eine Vielzahl von praktischen Anwendungsbeispielen in verschiedensten Produktbereichen zurückblicken. Volkswagen hat bereits seit Beginn der 1990er-Jahre Erfahrungen mit der Erstellung von Umweltbilanzen zur Produkt- und Prozessoptimierung gesammelt. Bereits 1996 erstellte und veröffentlichte das Unternehmen als erster Automobilhersteller eine Sachbilanzstudie (Life Cycle Inventory, kurz LCI) für den Golf III [3]. In den folgenden Jahren wurden LCIs für verschiedene Fahrzeuge der Volkswagen-Gruppe veröffentlicht [4, 5, 6, 7].

Gleichwohl bleibt die nachhaltige Implementierung und Umsetzung des Lebenszyklus-Konzepts innerhalb der Geschäftsprozesse eines Unternehmens eine große Herausforderung. Schlüsselfaktoren auf dem Weg hin zu einer erfolgreichen Umsetzung sind:
  • : Integration in die Unternehmensrichtlinie und Prozesse

  • : angemessene zeitliche Aufwände

  • : sichere und messbare Ziele für die Produktentwicklung

  • : Entwicklung einer Kommunikationsstrategie.

Umweltstrategie und Ziele

Die größten Umweltherausforderungen für den Automobilsektor sind der Klimaschutz, die Gesundheit und die Luftqualität sowie die Schonung von Ressourcen. Deshalb wurden diese drei Bereiche in den Umweltzielen für die Produktentwicklung der Marke Volkswagen verankert.

Ziel des Volkswagen-Umweltmanagements ist die Entwicklung von Kraftfahrzeugen mit kontinuierlich verbesserten Umwelteigenschaften. Ziel jeder Neuentwicklung ist deshalb, dass diese ganzheitlich bessere Umwelteigenschaften aufweist als ein entsprechendes Vergleichs- beziehungsweise Vorgängermodell. Die stetige Verbesserung der Fahrzeugpalette hinsichtlich der Umwelteinflüsse und der schonende Umgang mit Ressourcen sind somit Bestandteil der Unternehmenspolitik von Volkswagen.

Integrationsarbeit

Umweltschutz und nachhaltige Mobilität müssen fest und langfristig im Unternehmen verankert sein. Daher ist bei Volkswagen der Umweltschutz auf der Konzernebene angesiedelt und fest im oberen Management integriert. Die Rollen und Kompetenzen sind aber nicht nur im obersten Management festgeschrieben, sondern erstrecken sich auf viele Mitarbeiter, verteilt auf Hierarchien und Standorte. So hat beispielsweise jeder Volkswagen-Standort einen eigenen Umweltbeauftragten mit klar definierten Aufgabenfeldern. Die Ziele lauten: Reduzierung von Emissionen, bestmögliche Nutzung aller eingesetzten Ressourcen und die kontinuierliche Weiterentwicklung der Instrumente des Umweltmanagements.

Dafür entwickelte Volkswagen ein Umweltmanagementschema. Verantwortlich für die Umsetzung von Umweltaspekten in die Produktentwicklung der Marke Volkswagen ist dabei der Umwelt-Produkt-Beauftragte.

Die Umweltaspekte sind auf verschiedenste Bereiche des Lebenszyklus verteilt. zeigt die unterschiedlichen umweltrelevanten Aufgaben und Instrumente im Entstehungsprozess eines Produkts. Deutlich zu erkennen ist dabei, dass sich diese von der Forschung bis zur Aktualisierung bestehender Modelle erstrecken und somit alle Phasen in der Produktentwicklung abdecken.

Lebenszyklus-Instrumente in der Fahrzeugentwicklung

Angemessener Zeitbedarf

Umweltbilanzen dienen — nicht nur bei Volkswagen — der ausführlichen Analyse und Bewertung sämtlicher Informationen zu Energieverbrauch, Emissionen und allen weiteren Umweltbelastungen, die bei der Produktion von Fahrzeugen oder Techniken beziehungsweise bei Prozessen entstehen. Für die Erstellung einer Gesamtfahrzeugbilanz bedeutet dies, dass Tausende von Teilen und damit verbundene Vorketten und Prozesse erfasst werden müssen.

In Anbetracht der Tatsache, dass alle Teile und Komponenten eines Fahrzeugs wiederum aus diversen Einzelteilen und Materialien bestehen und mittels einer Vielzahl von Prozessen hergestellt werden, die ihrerseits auf Energie, Betriebsmittel oder andere Vorprodukte angewiesen sind, werden die Komplexität der Modellierung sowie die damit verbundenen Zeit- und Arbeitsaufwände deutlich, .

Systemgrenzen

Zur Reduzierung dieses Aufwands hat Volkswagen seit 2007 das sogenannte Slim-LCI-Schnittstellensystem [8] entwickelt, mit dem sich durch Automatisierung nicht nur der Arbeitsaufwand der Ganzfahrzeugbilanzierung deutlich reduzieren, sondern auch die Konsistenz und die Qualität der erstellten Umweltbilanzmodelle weiter verbessern ließen.

Sichere und Messbare Ziele

Eine besondere Herausforderung zur Umsetzung der umweltgerechten Produktentwicklung unter Berücksichtigung des Lebenszyklus-Konzepts liegt im Zusammenfügen zweier Welten: Der Welt des Umweltbilanzexperten, der das Produkt unter Umweltaspekten modelliert, und der des Ingenieurs, der das Produkt entwickelt und dessen technische Maßnahmen die Umwelt tatsächlich beeinflussen.

Die Umweltbilanz ist ein Umweltmanagementwerkzeug, das aufgrund seiner Methodik naturwissenschaftlich basierte Ergebnisse liefert, beispielsweise das Treibhausgasprofil eines Bauteils oder das verschiedener zu vergleichender Techniken. Um die Vorgehensweise beziehungsweise die daraus abgeleiteten Ergebnisse in ein Umweltmanagementsystem integrieren zu können, ist es notwendig, diese in technische Ziele zu übersetzen. Dazu müssen die Ziele soweit aufbereitet und konkretisiert sein, dass ein Konstrukteur oder Planer — auch ohne spezifisches Wissen zu den Hintergründen der Umweltbilanz — in der Lage ist, diese auf sein konkretes Projekt zu übertragen. Beispiele für solche Ziele können unter anderem die Formulierung eines Maximalgewichts für eine bestimmte Komponente unter Verwendung definierter Werkstoffkombinationen oder die Forderung nach besonders energieeffizienten Produktions- und Verarbeitungsprozessen für definierte Materialien sein.

Kommunikationsstrategie

Um die Fortschritte in der umweltgerechten Fahrzeugentwicklung zu kommunizieren, wurde für die Marke Volkswagen das sogenannte Umweltprädikat (siehe www.Umweltpraedikat.de) entwickelt. Umweltprädikate für neue Fahrzeugmodelle und Techniken belegen ökologische Fortschritte im direkten Vergleich mit dem Vorgängermodell und mit Vorgängertechniken. Volkswagen nutzt diese Umweltprädikate, um seine Kunden, Aktionäre und Interessengruppen über die Erfolge der umweltgerechten Fahrzeug-Entwicklung — und den Weg dorthin — zu informieren.

Für eine glaubwürdige Kommunikation ist es wichtig, dass die Ergebnisse und Bewertungen der Umweltbilanzen international anerkannten Qualitätsansprüchen genügen und transparent, vergleichbar und nachvollziehbar sind. Um dies zu gewährleisten, werden die Ergebnisse der Umweltbilanz — entsprechend den Vorgaben der ISO-Norm 14040 — von unabhängigen Experten (zum Beispiel des TüVs) geprüft, bestätigt und zertifiziert.

Beispiel Intelligenter Leichtbau

Um umweltrelevante Größen eines Fahrzeugs beeinflussen zu können, muss zunächst ihr Potenzial ermittelt werden. Einer der größten Faktoren für den Kraftstoffverbrauch ist das Gewicht eines Fahrzeugs. Im Durchschnitt beträgt dieser Anteil rund ein Viertel, ➀. Daher liegt ein Fokus in der umweltgerechten Produktentwicklung auf der Erforschung und Entwicklung leichterer Karosserien.

Für gewöhnlich sind sowohl traditionelle Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium und Magnesium als auch neuere Materialien wie die Kohlefaser in der Herstellung energie- und somit auch CO2-intensiver als Stahl, . Dennoch lassen sich generelle Aussagen wie „Werkstoff A ist immer besser oder schlechter als Werkstoff B“ nicht treffen.

CO2-Profile verschiedener Werkstoffe

Denn ob eine Leichtbauweise die Treibhausgasemissionen tatsächlich über den gesamten Lebenszyklus senkt oder nicht, hängt von weiteren Faktoren ab. Beispiele dafür sind:
  • : das Ausmaß der Gewichtsreduzierung durch Werkstoffe oder werkstoffangepasste Konstruktion

  • : die Modifikationen am Antrieb

  • : die Sekundärrohstoffe aus der Fahrzeugverwertung.

Letztlich müssen zusätzliche CO2-Emissionen aus der Produktionsphase von Leichtbauwerkstoffen und -konzepten durch Kraftstoffeinsparungen infolge des geringeren Eigengewichts während der Nutzungsphase kompensiert werden. Nur wenn der ökologische Break-even möglichst frühzeitig erreicht wird, kann von einem „intelligenten Leichtbau“ gesprochen werden,

Umwelteinflüsse verschiedener Leichtbaukonzepte

Veränderte Materialien und somit veränderte Formen und Zugewinn an Einbauraum können Möglichkeiten schaffen, Optimierungspotenziale neu zu überdenken — auch am Antrieb. Jedoch könnten in der Praxis Leichtbaumaßnahmen Modifikationen am Antrieb von Fahrzeug A erlauben, jedoch nicht zwangsläufig bei Fahrzeug B. Deshalb müssen Leichtbaumaßnahmen immer im Kontext des Gesamtfahrzeugs gesehen werden und nicht aus der Perspektive eines einzelnen Bauteils.

Eine geeignete Möglichkeit zur Reduzierung der CO2-Emissionen aus der Sichtweise des Gesamtfahrzeugs ist die Werkstoffherstellung. Sie bietet die Möglichkeit, pro kg produziertem Werkstoff den spezifischen Energieverbrauch zu senken. So zum Beispiel durch den Einsatz von Energie aus regenerativen Quellen in der Werkstoffproduktion. Denn besonders der Einsatz von Sekundärrohstoffen kann auch helfen, die Umwelteinwirkungen zu reduzieren. So lassen sich beispielsweise im Aluminiumgussverfahren bis zu 90 % recycliertes Aluminium verwenden.

Auf der Prozessseite sind Maßnahmen wie die Verwendung von klimafreundlichen Schutzgasen als Ersatz für Schwefelhexafluorid und die Reduzierung metallischer Abfälle von Bedeutung. Während der Nutzungsphase sollten verbrauchssenkende Maßnahmen an einem Fahrzeug mit Fahrtrainings zum Kraftstoffsparen ergänzt und erweitert werden. Letztendlich wird die Aufbereitung von Leichtbauwerkstoffen zu hochqualitativen Sekundärrohstoffen in der Verwertungsphase den Einsatzbereich dieser Werkstoffe beeinflussen. Und so entstehen die damit verbundenen positiven Umwelteinflüsse.

Beispiel Warmumformen

Ein Beispiel für die erfolgreiche Umsetzung des intelligenten Leichtbaus unter Berücksichtigung der Prinzipien der umweltgerechten Fahrzeugentwicklung ist das Warmumformen hochfester Stähle. Die technische Zielsetzung dabei lautet, mit geringerem Materialaufwand die gleiche oder sogar eine höhere Materialfestigkeit zu erreichen als mit konventionell umgeformten Werkstoffen. Durch den geringeren Materialbedarf lassen sich Ressourcen schonen und ein wesentlich geringeres Gewicht erreichen — bei erhöhter Steifigkeit. Dazu werden die niedriglegierten und speziell beschichteten Bleche vor der Umformung auf eine Temperatur von circa 900 °C erhitzt und anschließend noch während der Umformung abgekühlt. Der Prozess des Warmumformens ist damit weitaus energieintensiver als ein konventionelles Umformungsverfahren, . Allerdings werden durch den geringeren Materialeinsatz die Umweltlasten der Rohstoffförderung, Material- und Fahrzeugproduktion stark verringert. Zudem sorgt das Warmumformen für eine deutliche Gewichtsreduzierung des Gesamtfahrzeugs. Durch diese Gewichtseinsparungen lassen sich so über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs Einsparungen bei verschiedenen Umweltwirkungen erzielen.

Umwelteinflüsse von Umformverfahren

Warmumformen ist aus der Gesamtbetrachtung über den gesamten Lebenszyklus die einzige Leichtbaumethode, die sich ab dem ersten Kilometer rechnet — und mit einem hohen Einsparpotenzial von Kraftstoff während der Nutzungsphase verbunden ist.

Nachhaltige Antriebskonzepte

Die vorgestellten Maßnahmen zur umweltgerechten Produktentwicklung lassen sich nicht nur auf die Produktion von Fahrzeugen und ihren Komponenten anwenden. Ebenso lassen sie sich durch die Untersuchung von Energievorketten auf die strategische Planung von Antriebs- und Kraftstoffkonzepten anwenden.

Ein Instrument für die Untersuchung der Umwelteinwirkungen von Fahrzeugen während der Nutzungsphase ist die „Well-to-wheel“-Analyse, also die Untersuchung von Energieträgern „von der Quelle bis zum Rad“. Denn die Effizienz eines Fahrzeugantriebs wird nicht allein durch den Wirkungsgrad seines Motors bestimmt.

Die Betrachtung der Energiebereitstellung gewinnt mit der Rohstoffverknappung sowie der Diversifizierung der Antriebs- und Kraftstoffvarianten an Bedeutung.

Ein Beispiel dafür sind die Elektrofahrzeuge von Volkswagen. Schon jetzt können klare Aussagen über ihre CO2-Bilanzen getroffen werden. Doch ist beispielsweise die Well-to-wheel-Analyse für batterieelektrische Fahrzeuge wesentlich komplexer als die von benzinoder dieselbetriebenen Fahrzeugen. Denn im Vergleich zur Kraftstoffbereitstellung haben die regionalen Besonderheiten der Stromherstellung den größten Einfluss auf die CO2- und Energiebilanz. Daher werden beim Betankungsstrom für batterieelektrische Fahrzeuge verschiedene, länderspezifische Strom-Mix-Varianten untersucht. Mitunter kann ein Elektrofahrzeug unter Verwendung von Strom, der größtenteils mit fossilen Energieträgern produziert wurde, höhere CO2-Emissionen verursachen als beispielsweise ein benzinbetriebenes Fahrzeug. Well-to-wheel-Analysen sind somit ein geeignetes Instrument, um die Umweltpotenziale von (alternativen) Antrieben und deren primären Energieträgern messbar und strategisch planbar zu machen [9].

Schlussfolgerungen

Die Umsetzung des Lebenszyklus-Konzepts ist eine Grundvoraussetzung für die zielorientierte und erfolgreiche Durchführung einer umweltgerechten Fahrzeugentwicklung. Wie Volkswagen anhand von verschiedenen Beispielen zuvor zeigen konnte, steht mit der Umweltbilanz gemäß ISO 14040/44 ein geeignetes Umweltmanagement-Werkzeug bereit, das es erlaubt, umweltrelevante Auswirkungen im Produktentwicklungsprozess mit Blick auf den gesamten Lebenszyklus zu quantifizieren und zu bewerten. Ein Erfolgsfaktor ist die Umwandlung von Ergebnissen in klare Zielvorgaben für die Konstrukteure.

Erst die Umwandlung der LCA-Ergebnisse in messbare Zielvorgaben und ihre Anwendung in der Praxis bringen einen wirklichen ökologischen Mehrwert. Dies gilt auch für sehr komplexe Produkte mit einer großen Bandbreite an verschiedensten Rohstoffen. Sogar entlang einer komplexen Wertschöpfungskette kann die Lebenszyklus-Analyse innerhalb eines angemessenen Zeitbedarfs und hohen Qualitätsansprüchen effizient in den Geschäftsprozess integriert werden.

Weiterhin ist die Verankerung des Lebenszyklus-Konzepts in den übergeordneten Unternehmenszielen eine wichtige Voraussetzung für dessen Umsetzung. Durch die Integration in die betroffenen Geschäftsprozesse wird es möglich, die umweltgerechte Produktentwicklung über verschiedene Fachbereiche und entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu realisieren.

Literaturhinweise

  1. [1]
    ISO 14040: Environmental Management — Life Cycle Assessment — Principles and Framework. ISO, Geneva, 2006Google Scholar
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    Schweimer, G. W.; Roßberg, A.: Sachbilanz Seat Leon. Volkswagen AG, Wolfsburg, 2001Google Scholar
  8. [8]
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    Boßdorf-Zimmer, B.; Krinke, S.: Von der Quelle bis zum Rad — die Well-to-Wheel Analyse: Umweltperformance mess- und planbar machen. In: MTZ 73 (2012), Nr. 2, S. 106–110Google Scholar

Copyright information

© Springer Fachmedien Wiesbaden 2012

Authors and Affiliations

  • Jens Warsen
    • 1
  • Stephan Krinke
    • 1
  1. 1.Volkswagen-KonzernforschungWolfsburgGermany

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