PFINZTAL, Deutschland - Da kohlefaserverstärkter Kunststoff nach wie vor ein wesentlicher Bestandteil des Flugzeugs ist, bedarf es eines nachhaltigen Recyclingkonzepts. Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT) haben kürzlich ein Verfahren zur Umwandlung von Recycling-Kohlefasern in Batterie- und Brennstoffzellenmaterialien entwickelt.
ICT-Ingenieurin Elisa Seiler sagte: "Wide-Body-Flugzeuge bestehen heute zu mehr als 50% aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK)." Die Menge an CFK-Recyclingmaterial ist riesig. Zum Beispiel hat Airbus 350 ein Gesamtgewicht von mehr als 65 Tonnen. Darüber hinaus werden andere verwandte Abfallmengen während des Produktionsprozesses erzeugt. ""
Seiler und ihre Kollegen nahmen am Projekt Graphit 2.0 teil, bei dem ein Verfahren zur Rückgewinnung von Batterie- und Brennstoffzellenmaterial aus recycelten Kohlefasern entwickelt wurde. Sie haben kürzlich einen Prototyp einer Bipolarplatte hergestellt.
Ziel des Projekts Graphit 2.0 ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem recycelte Kohlenstofffasern als Sekundärgraphit für hochwertige Energiespeicher wie Redox-Flow-Batterien genutzt werden können.
Im ersten Teil des Projekts entwickelten Ingenieure ein Verfahren zur Gewinnung von Sekundärrohstoffen aus Kohlenstofffasern durch mechanische und thermische Verarbeitung. Dieses Sekundärmaterial wird als Ersatz für Graphit verwendet. Im zweiten Teil des Projekts wurde Sekundärgraphit in einer Bipolarplatte für eine Redox-Flow-Batterie getestet.
Seiler sagte: "Elektroantrieb ist heute ein ernstes Thema in der Luftfahrtindustrie." "Hersteller können das Recycling gespeicherter Werte direkt durchführen, indem sie Materialien von einer Anwendung zur nächsten verschieben.
Seyle wies darauf hin: "Kohlefaser ist elektrisch leitfähig und eignet sich als Ersatz für natürlichen Graphit. Natürlicher Graphit besteht auch aus Kohlenstoff." "[Diese] ressourcenkritischen Rohstoffe müssen derzeit mit hohen Kosten aus China importiert werden. Recycling-CFK kann auch in additiven Fertigungsanwendungen eingesetzt werden. "
Flugzeughersteller müssen die seit 2015 geltenden EU-Anforderungen erfüllen - sie verlangen, dass 85% des Durchschnittsgewichts von Gebrauchtfahrzeugen recycelt werden müssen. In einigen Ländern, wie Deutschland, ist CFK von Deponien verboten, und Müllverbrennungsanlagen können solche Materialien ablehnen.
Seiler und ihre Kollegen entwickelten einen Weg, Kohlenstofffasern aus einer Kunststoffmatrix zu gewinnen. Sie verwenden Mikrowellenstrahlung, um eine Kunststoffmatrix um die Fasern zu brennen. Die Verbrennung muss unter anaeroben Bedingungen durchgeführt werden, so dass die Fasern bei Temperaturen von bis zu 900 ° C nicht brennen
Seiler sagte: "Dies wird Pyrolyse Zersetzung genannt." "Der Vorteil der Mikrowellenstrahlung ist die Energieeffizienz. Der gesamte Ofen muss nicht mehr beheizt werden, nur die Komponenten selbst müssen beheizt werden.
"Unsere Polymeringenieure binden recycelte Fasern in thermoplastische Materialien ein", erklärt Seiler. Dieser Verbundstoff hat ähnliche Eigenschaften wie Graphit und ist für die Herstellung von Bipolarplatten geeignet.
Seiler behauptet: "Unsere Prototypen haben alle Tests hinsichtlich Leitfähigkeit, Dichte und Korrosionsbeständigkeit bestanden." "Wir haben bewiesen, dass es grundsätzlich möglich ist, recycelte CFK-Fasern zur Herstellung von Bipolarplatten für Batterien und Brennstoffzellen zu verwenden. Dies zeigt, dass Recycling ein ganzheitlicher Ansatz ist.
Seiler sagte: "Der nächste Schritt ist, die Eigenschaften der Bipolarplatten im Batteriezellennetzwerk zu beschreiben und die Ökobilanz zu untersuchen." "Dann wollen wir die Technologie so anpassen, dass wir mit der recycelten CFK-Serie Bipolarplatten herstellen können."
