Leichtbau als Treiber für Energie- und Materialeffizienz

In der Industrie wächst der Handlungsdruck, die Ressourceneffizienz zu erhöhen. Steigende Energie- und Rohstoffpreise, instabile Lieferketten und ambitionierte Klimaziele erfordern zunehmend ein Umdenken in Unternehmen und Wirtschaft. Um die ambitionierten Klimaziele zu erreichen, müssen Wachstum und Ressourcenverbrauch stärker voneinander entkoppelt werden.

In diesem Kontext wird Leichtbau – insbesondere für rohstoff- und energieintensive Branchen – zu einer strategischen Notwendigkeit. Nur durch effizientere, resilientere und klimagerechtere Prozesse lassen sich Zukunftsfähigkeit und Wettbewerbsfähigkeit gleichermaßen sichern.

LEICHTBAU-INNOVATIONEN: WETTBEWERBSFÄHIGKEIT STÄRKEN, KLIMA SCHONEN

Leichtbau verbindet geradezu idealtypisch die Stärkung von Wettbewerbs- und Innovationsfähigkeit mit Dekarbonisierung und leistet einen bedeutenden Beitrag zur Einsparung von Energie, Material und CO₂. So können Unternehmen Stoffkreisläufe schließen und ihre Abhängigkeit von fragilen und volatilen Rohstoff-Lieferketten verringern. Das zahlt sich wirtschaftlich aus und ist gleichzeitig effektiver Klimaschutz. Damit trägt Leichtbau maßgeblich zur nachhaltigen Transformation der industriellen Wertschöpfung bei.

Dabei ist Leichtbau weit mehr als eine Konstruktionsmethode. Leichtbau ist eine Designphilosophie und ein strategischer Ansatz, der innovative Werkstoffe und Fertigungstechnologien, funktionsgerechtes Design und Kreislauffähigkeit miteinander kombiniert. Ziel ist es, mit möglichst geringem Energie- und Materialeinsatz leistungsfähige Produkte und Bauteile zu entwickeln.

LEICHTE FAHRZEUGE – ENORME CO₂-EINSPARUNGEN

Ein zentrales Potenzial des Leichtbaus liegt etwa im Mobilitätsbereich: Weniger Gewicht bedeutet weniger Energieverbrauch bei gleichbleibender Leistung. Besonders deutlich zeigt sich dieser Effekt im Mobilitätssektor in der Nutzungsphase. Wird das Gewicht eines Pkw um 100 Kilogramm reduziert, verringert dies den Kraftstoffverbrauch um 0,3 bis 0,5 Liter pro 100 Kilometer. Bei einer durchschnittlichen Jahresfahrleistung von 15.000 Kilometern spart ein Fahrzeug dadurch bis zu 75 Liter Kraftstoff und rund 175 Kilogramm CO₂. Hochgerechnet auf den gesamten Pkw-Bestand in Deutschland ergibt sich daraus ein theoretisches Einsparpotenzial von mehr als 8 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr.

Auch Elektrofahrzeuge profitieren deutlich vom Leichtbau: 100 Kilogramm weniger Gewicht senken den Stromverbrauch um zwei bis vier Prozent, wodurch bei gleicher Batteriegröße die Reichweite erhöht wird – ein zentraler Faktor für Alltagstauglichkeit und Akzeptanz der E-Mobilität. Leichtbau schafft konstruktiven Spielraum für größere Batterien, was zusätzliche Reichweite ohne Kompromisse bei Nutzlast oder Fahrdynamik ermöglichen kann. In der Luftfahrt ist das Einsparpotenzial noch eindrucksvoller: Wird ein Airbus A320 um 100 Kilogramm leichter, spart er pro Jahr rund 10.000 Liter Kerosin – das entspricht bis zu 25 Ton-nen CO₂.

GANZHEITLICHER ANSATZ ÜBER GESAMTEN LEBENSZYKLUS

Über den Fahrzeugbau hinaus steigert der gezielte Materialeinsatz in der Industrie die Effizienz über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg – von Design und Produktion über die Nutzung bis zur Wiederverwertung. Im Bauwesen ermöglichen carbonfaserverstärkte Materialien besonders filigrane, korrosionsbeständige Konstruktionen mit hoher Tragfähigkeit. Dadurch können bei bestimmten Anwendungen bis zu 80 Prozent Beton eingespart werden, wodurch sowohl Gewicht und Energieeinsatz auf der Baustelle als auch der CO₂-intensive Zementverbrauch verringert werden können. Damit wird Bauen schneller, einfacher und produktiver.

Insgesamt reduziert Leichtbau den Material- und Energieeinsatz über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts. Optimiertes Produktdesign, digitale Simulationsmethoden sowie innovative Werkstoffe und Fertigungsverfahren sorgen schon in der industriellen Fertigung für mehr Effizienz. In der Nutzung verringern geringere Massen und angepass-te Lastpfade den Energiebedarf von Maschinen, Fahrzeugen oder Gebäuden. Am Produktlebensende erleichtern recyclinggerechtes Design, sortenreine Trennung und digitale Produktpässe die Rückgewinnung hochwertiger Sekundärmaterialien. So wird das Ende eines Produkts zum Ausgangspunkt neuer, ressourcenschonender Wertschöpfung.

TECHNOLOGIETRANSFER-PROGRAMM LEICHTBAU (TTP LB) FÖRDERT PRAXISNAHE LÖSUNGEN

Wie sich die Potenziale des Leichtbaus in der Praxis reali-sieren lassen, zeigen beispielhaft Projekte aus dem Technologietransfer-Programm Leichtbau (TTP LB). Mit dem Programm fördert das BMWE seit 2020 und noch bis 2027 anwendungsnahe Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Themenfeld Leichtbau, mit dem Ziel, ressourcenschonende Innovationen rasch in die industrielle Anwendung zu bringen.

EFFIZIENZSTEIGERUNG DURCH INNOVATIVE FERTIGUNGSTECHNOLOGIEN

Eines der Projekte legt einen besonderen Fokus auf die Produktionsprozesse: Ziel der Forschenden ist es, den Ressourcenverbrauch an der für den Systemleichtbau besonders relevanten Prozesskette aus Leichtmetall-Druckguss, Kunststoff-Spritzguss und mechanischem Fügen perspektivisch um bis zu 80 Prozent zu senken. Dazu setzen sie auf energieoptimierte Prozessschritte unter Einsatz regenerativer Energien, verbesserte Werkstoffnutzung und digitale Zwillinge.

Eine zentrale Rolle nimmt dabei das Nationale Leichtbau-Validierungszentrum (LEIV) an der TU Dresden ein, das durch eine Anschubfinanzierung des BMWE im Rahmen des Vorhabens initiiert wurde. Auf rund 1.500 Quadratmetern Versuchsfläche bietet es die Möglichkeit, komplette Prozessketten unter praxisnahen Bedingungen zu erproben. Mit dem LEIV wurde erstmals ein weitgehend umweltneutrales Produktionsnetzwerk für den nachhaltigen Leichtbau geschaffen. Unternehmen und Wissenschaftseinrichtungen können im LEIV neue Verfahren im industriellen Maßstab abbilden und ihre Umsetzbarkeit frühzeitig bewerten und so ressourceneffiziente Fertigungsprozesse zur Anwendungsreife bringen. Die besondere Reichweite des LEIV wird dabei durch den unmittelbaren Know-how-Transfer in die Wirtschaft erzielt, wovon insbesondere kleine und mittlere Unternehmen profitieren.

RESSOURCENEFFIZIENZ IN DER MOBILITÄT

Auch in der Elektromobilität erschließen Leichtbaulösungen schon jetzt wichtige Effizienzpotenziale. In einem weiteren Projekt entwickeln die Beteiligten hochbelastbare Schutzstrukturen für Fahrzeugunterböden aus faserverstärkten Kunststoffen. Sie ersetzen die herkömmlich verwendeten Aluminiumbauteile. Die neuen Komponenten sind um bis zu 30 Prozent leichter und reduzieren den Energieverbrauch der Fahrzeuge während der Nutzung deutlich. Zugleich setzen die Projektpartner gezielt auf ressourcenschonende Materialien und optimierte Fertigungsprozesse. So entwickeln sie Bauteile, die nicht nur funktional und sicher sind, sondern auch Nachhaltigkeitskriterien erfüllen – und bereiten sie gezielt für den Serieneinsatz in elektrifizierten Fahrzeugplattformen vor.

SEKUNDÄRMATERIALIEN ALS SCHLÜSSEL ZUR KREISLAUFWIRTSCHAFT

Ein weiteres Handlungsfeld liegt im gezielten Einsatz von Sekundärmaterialien. So entwickeln die Beteiligten in einem weiteren Projekt simulationsgestützte Methoden und digitale Zwillinge, um Aluminiumlegierungen, die an verschiedenen Stellen im Herstellungsprozess anfallen, sortenrein aufzubereiten. So stellen sie hochwertiges Sekundäralumi-nium bereit, das sich präzise auf Anforderungen im Fahrzeugbau abstimmen lässt. Statt Primäraluminium zu verbrauchen, setzen sie gezielt geeignete Sekundärlegierungen ein – und senken damit den Energiebedarf und die CO₂-Emissionen deutlich. Mit ihren digitalen Werkzeugen können sie Werkstoffe schnell und präzise bewerten und ermöglichen so, schon in der Konstruktionsphase das passende Material gezielt einzusetzen. Auf diese Weise stärken sie die Kreislaufführung und erhöhen gleichzeitig die Prozesssicherheit in der Fertigung.

LEICHTBAU ALS HEBEL FÜR ENERGIE- UND MATERIALEFFIZIENZ

Die geförderten Projekte zeigen: Leichtbau verbindet Klimaschutz und Wettbewerbsfähigkeit. Leichtbau reduziert den Verbrauch von Energie und Material, erschließt neue Lösungen für die Kreislaufwirtschaft und verbessert die technische Leistungsfähigkeit von Produkten. Darüber hinaus entstehen neue Geschäftsmodelle – etwa durch modulare Bauweisen, digitale Vorfertigung oder rückbaufähige Produkte. Leichtbau erhöht so die Unabhängigkeit von volatilen Energie- und Rohstoffmärkten und schafft technologischen Vorsprung. Das macht ihn zu einem strategischen Hebel für die nachhaltige Transformation der Industrie in Deutschland.