Kaiserslautern Mikroplastik: Fraunhofer-Team untersucht, warum Reifen beim Fahren Gummi verlieren

Reifenabrieb ist eine Belastung für die Umwelt. Wie er entsteht, was ihn begünstigt und was Reifenhersteller lernen können, untersucht ein Projekt des Fraunhofer ITWM.

„Simulationsmethoden zur Untersuchung von Feinstaub- und Mikroplastikemissionen“ heißt das Projekt, das am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) unter der griffigeren Bezeichnung „Sumera“ läuft. Ziel: eine umfassende digitale Simulation der Vorgänge, die beim Fahren auf Auto- und Lkw-Reifen ablaufen.

Dass sich Reifen abnutzen, weiß jeder Autofahrer und jede Autofahrerin. Insbesondere beim Reifenwechsel im Frühjahr und im Herbst wird das immer wieder schlagartig klar, wenn zwei oder gar vier neue Reifen hermüssen. Was durchs Fahren an Reifenabrieb in die Umwelt gelangt, lasse sich allein schon am Gewicht eines Reifens einschätzen. „Ein neuer Reifen ist ein paar Kilogramm schwerer als ein alter“, sagt Klaus Dreßler. Die Differenz lande in der Umwelt, durch Abrieb. Laut einer Statistik des Automobilclubs ADAC sind das in Europa allein rund 500.000 Tonnen – pro Jahr.

Zusammenspiel von vier verschiedenen Software-Tools

Dreßler leitet am Fraunhofer ITWM den Bereich „Mathematik für Fahrzeuge, Systeme und Anlagen“, der „Sumera“ federführend betreut. Das Team von Dreßler befasst sich seit Jahren schon mit Reifen und Abrieb, hat dazu mit CDTire eine Software entwickelt, die von nahezu allen Reifenherstellern weltweit genutzt wird. „Wir entwickeln zwar keine Reifen, aber nahezu alle Reifenhersteller sind Kunden bei uns“, unterstreicht Dreßler. Mit CDTire können, grob gesprochen, am Computer Beanspruchungen von Reifen auf unterschiedlichen Untergründen, sprich: Fahrbahnbelägen, simuliert werden, was den Herstellern Rückschlüsse auf die Herstellung der Pneus gibt.

Der Abrieb eines Reifens werde allgemein von vier Faktoren beeinflusst, erklärt Stefan Thielen, der Leiter von „Sumera“. Zum einen habe der Straßenbelag einen großen Einfluss darauf, wie viel Material ein Reifen verliert. Beton, wie etwa auf einigen Autobahnabschnitten verbaut, habe eine „sehr abrasive Wirkung“, erklärt Thielen. Ebenfalls wichtig sei die individuelle Fahrweise der Person, die hinterm Steuer eines Autos sitzt – das typische „Kreischen“ der Reifen bei einer rasanten Kurvenfahrt etwa, sei der Moment, an dem ein Reifen besonders viel Material einbüßt, illustriert Thielen. Das könne allerdings auch mit der Strecke selbst zusammenhängen, eine kurvige Landstraße sei da anders als eine kerzengerade Autobahnstrecke.

Auch spiele das Fahrzeug selbst eine Rolle. Moderne E-Fahrzeuge seien nicht nur im Schnitt schwerer als vergleichbare Verbrennermodelle, was sich schon auf den Abrieb auswirke. Außerdem fahren die Autos auch mit mehr Kraft, mehr Drehmoment ist im Einsatz, was einen stärkeren Verschleiß ebenfalls begünstige. „Bei den Beschleunigungen im Stadtverkehr entsteht im Verhältnis viel mehr Abrieb als auf der Autobahn.“ Nicht zuletzt spiele natürlich auch die Zusammensetzung des Reifens, also die Materialien, die verbaut sind, eine Rolle.

„Uns geht es darum, die Parameter des Abriebs zu erfassen, um sie dann mit unseren Simulationen bewerten zu können“, sagt Dreßler. Ziel ist es, am Computer möglichst genau zu berechnen, wie sich die ganzen Einflüsse auf die Reifen – angefangen vom Untergrund, über Strecke, Fahrstil und Reifenzusammensetzungen – auf den unvermeidlichen Abrieb auswirken. Und: Wie verteilen sich die kleinen und ganz kleinen Teilchen nach dem Abrieb in der Umwelt?

Am ITWM sind bereits einige Software-Programme entwickelt worden, die nun bei „Sumera“ zusammengeführt werden sollen. Neben CDTire sind weitere Tools im Einsatz, etwa ein Simulationsprogramm für eine bestimmte Fahrstrecke (VMC), eine Software, die sich mit den Vorgängen im Mikrobereich auf der Reifenoberfläche befasst (Feelmath) sowie mit Meshfree ein Programm, das simulieren kann, wie die abgeriebenen Kleinstteilchen sich anschließend durch die beim Fahren wirkenden Strömungen in der Umwelt verteilen.

2027 soll ein Forschungszentrum für Reifenentwicklung an den Start gehen

Das Land fördert das Projekt, das im vergangenen Oktober gestartet ist und noch bis Mitte 2026 laufen soll. Der Bescheid aus dem Mainzer Wissenschaftsministerium beläuft sich auf knapp eine halbe Million Euro. Damit sind die Arbeiten rund um die Reifen aber noch nicht zu Ende am ITWM. Ab 2027 sollen in einem eigens dafür errichteten Gebäude an Prüfständen reale Daten vom Reifenabrieb gesammelt werden. Das sogenannte Technikum steht hinter dem an der Trippstadter Straße gelegenen Fraunhofer-Zentrum und soll ein Forschungszentrum für die Reifenentwicklung beherbergen, „REmis“ genannt. Acht Millionen Euro fließen in das Projekt, die Hälfte davon kommt von der Fraunhofer-Gesellschaft, die andere Hälfte teilen sich EU und Mainzer Wirtschaftsministerium im Verhältnis vier zu eins.