technologyComment of carbon fibre reinforced plastic, injection moulded (GLO): Data based on life-cycle data presented in 2018 using 2015 representative aircraft parameters. Activity used as input for 2016 aircraft production activity.
Aufgrund der steigenden Anzahl an Anwendungen von carbonfaserverstärkten Kunstoffen (CFK) im Leichtbau steigt auch der CFK-haltige Abfall an. Da die CFK-Herstellung sehr energieintensiv ist, empfiehlt es sich, die CFK-Materialien nach Beendigung der Nutzungsphase zu recyceln, damit der positive Effekt (Energieeinsparung durch Gewichtsreduzierung) der CFK’s erhalten bleibt. Beim CFK-Recyclingverfahren werden die Carbonfasern wiedergewonnen und weiterverarbeitet. Das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. beschäftigt sich mit der Wiederverwertung von Carbonfasern in Vliesgeweben. Untersuchungen zeigten, dass eine Vliesbildung mit 30 und 100 mm langen Rezyklatfasern durch mechanisches Kardieren möglich ist. Die Rezyklatfasern wurden durch Pyrolyse aus CFK-Abfällen gewonnen. Die Eigenschaften dieser Vliesstoffe entsprechen mittleren Festigkeitsanforderungen. Daraus ergeben sich mögliche Anwendungen wie beispielsweise im funktionsintegrierten Leichtbau, in der Sport- und Rehabilitationstechnik, im Freizeitbereich, im Bauwesen und in der Architektur.
Die Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) bedarf eines hohen energetischen Aufwands, der über eine Rück- bzw. Kreislaufführung des CFK gerechtfertigt werden kann. Viele Recyclingtechnologien für CFK (z. B. Pyrolyse) sind jedoch weder wirtschaftlich noch ressourceneffizient und verkürzen die zurückgewonnenen Fasern. Ein Unternehmen stellt CFK-Komponenten für Fahrräder, den Motorsport und die Medizintechnik her. Da die Firma einen Nischenmarkt bedient, besteht ein enges Kundenverhältnis, über das gebrauchte oder defekte Produkte zum Unternehmen zurückgelangen. Die zurückgegebenen Produkte werden demontiert und unterliegen einer Prüfung. Häufig wird der defekte CFK-Bereich, meist Röhren oder CFK-Oberflächen, vom Rest des Produkts entfernt und durch ein neues CFK-Teil ersetzt. Die Herausforderung liegt in der erneuten Verbindung des vorhandenen und neu eingesetzten CFK-Bereichs, die viel Know-how und technischer Erfahrung bedarf. Während des Remanufacturing-Prozesses werden die aufgearbeiteten Komponenten permanent geprüft. Am Prozessende unterliegen die Komponenten einer finalen Prüfung, um die Funktion und die Leistungsfähigkeit des aufgearbeiteten Produkts zu gewährleisten, wobei die Herstellungskosten in einigen Fällen um 70 % bis 80 % gesenkt werden können.
Eine Alternative zu einer ausgefeilten Messtechnik in der Produktion stellt die Simulation der Klebeverbindungen in der Entwicklungsphase dar. Diesen Ansatz verfolgte der Automobilzulieferer Brose in Coburg im Rahmen des BMBF-Projekts „REAL4HYBRID – Simulation von Verbindungstechniken zwischen Aluminium und kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen“. Die Brose-Leichtbautür besteht aus CFK und Aluminium. Stanznietverbindungen unterstützen die Klebung, da sie die sofortige Festigkeit der Verbindung herstellen. Die Rechenzeit und der Arbeitsaufwand für Simulationsmodelle von Klebeverbindungen waren bisher zu lang. Die Software der Weimarer Dynardo GmbH, die einfache Laborversuche zur Modellbildung heranzieht, ermöglicht eine um Wochen bis Monate kürzere Entwicklungszeit, geringere Kosten und den kompletten oder zumindest teilweisen Verzicht auf physische Prototypen.
Das Projekt "Teilvorhaben AUDI AG: Recycling von CFK, Umweltbilanz LCA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AUDI AG durchgeführt. Ziel des Förderprojektes ist es umsetzbare Prozesse zum Recycling von CFK-Bauteilen aus Fahrzeugen zu entwickeln. Heute ist der Einsatz von recycelten C-Fasern in Fahrzeugbauteilen noch unerforscht. Für alle Aktivitäten zur Umsetzung des Vorhabens soll ein ganzheitlicher Ansatz im Vordergrund stehen. Die Verfahren und Prozesse sind unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten zu bewerten. In enger Zusammenarbeit mit den Partnern der gesamten Prozesskette (Demontagebetrieb, Aufbereiter, Bauteileherstellung) sind praktikable Lösungen für ein zukünftiges Recycling der wertvollen C-Fasern zu entwickeln. Die einzelnen Arbeitspakte werden von den Partnern gleichermaßen behandelt. Audi wird sich verstärkt bei der Betrachtung des Demontageprozesses aus Fahrzeugen einbringen. Hierzu sind praktische Versuche zum Ausbau und zur Separierung von CFK-Bauteilen vorgesehen. Die Durchführung von erforderlichen Werkstoffprüfungen für eine Wiederverwertung im Fahrzeug sind Bestandteil der Audi-Aktivitäten. Eine Erarbeitung von Demontageinformationen zum praktischen Umgang mit CFK-Bauteilen im Verwertungsprozess ist geplant.
Carbon- bzw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gewinnen dank hervorragender mechanischer Eigenschaften bei geringem Gewicht kontinuierlich an Bedeutung. Nicht zuletzt mit Blick auf die Umwelt- und Klimaschutzpolitik wird es zukünftig einen Masseneinsatz im gesamten Leichtbausegment des Automobil-, Luftverkehrs- sowie Windenergiemarkts geben. Denn durch ihre Leichtbaueigenschaften, neuen Konstruktionsfreiräume und Möglichkeiten zur Funktionsintegration können CFK einen maßgeblichen Beitrag zur Ressourceneffizienz vor allem in der Nutzungsphase von Autos, Flugzeugen und anderen Produkten leisten.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Theorie und Grundlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Baubetriebswesen durchgeführt. Die Region 'Elbtal Sachsen' hat sich nach dem Niedergang der traditionellen Textilindustrie als Vorreiter auf dem Gebiet des Leichtbaues mit Faserverbundwerkstoffen etablieren können. Dazu gehören insbesondere auch die erfolgreichen Forschungsarbeiten zum Textilbeton (Carbonbeton). Mit der Substitution von Metallen durch die Faserverbundwerkstoffe fallen mit dem Lebenszyklusende faserhaltige Abfälle an, die - anders als konventionelle Metalle - bisher noch kein etablierter Teil der Recyclingkette sind. Dabei stellt das Recycling von Carbonbetonabfällen die größten Anforderung an die Prozesse. Die Region 'Elbtal Sachsen' soll als Zentrum des regionalen Bündnisses für Kreislauf- und Ressourcenwirtschaft von Faserverbundwerkstoffen eine Modellregion ausbilden und Abnehmer für faserverstärkte Werkstoffabfälle für Sachsen und gegebenenfalls angrenzender Gebiete sein. Angesichts vielfältigster Verwertungsoptionen, die bisher wiederum nicht als geschlossener Wertstoffkreislauf umgesetzt werden, wollen sich die Antragssteller den Herausforderungen des hochwertigen Recyclings von Faserverbundwerkstoffen (CFK, GFK, Textilbeton) und der Neuausrichtung der Stoffkreisläufe stellen. Die Aktualität der daraus entstehenden Wiederverwendungs- und Entsorgungsproblematik für kohlenstoff- und glasfaserverstärkten Kunststoff sowie die hohe Praxisrelevanz werden auf allen Ebenen und ausdrücklich von Seiten der Politik und der Wirtschaft betont. Ziel des hier beantragten Verbundvorhabens ist die Erarbeitung eines Konzeptes für die Umsetzung im Rahmen des Programms 'WIR!'. Der Beitrag des Teilvorhabens ist die fachliche Erarbeitung des Konzeptes aus Sicht des Bauwesens und der Abfall- und Kreislaufwirtschaft (IAK). Dazu zählen insbesondere die Analysen und Diskussionen des Marktes für Faserverbundwerkstoffe und des Potenzials für die Kreislaufführung von Faserverbundwerkstoffen.
Das Projekt "TVH: Untersuchung und Entwicklung des CFK-Werkstoffes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Faserinstitut Bremen e.V. durchgeführt. Im vorgeschlagenen Projektentwurf LeiWaCo soll ein kostengünstiger und gleichzeitig hochfester Leichtbau-Wasserstofftank aus Faserverbundwerkstoffen für Flüssigwasserstoff zu entwickelt werden mit dem Anwendungsziel des Einsatzes in einer neuen, branchenübergreifend einsetzbare Logistiklösung in Form einer containerbasierten Transport- und Versorgungseinheit. Daneben betrachtet das branchenübergreifend aufgestellte Konsortium aber auch die Adaption der entwickelten Technologien für Tanks in den Bereichen Straßenverkehr, Schifffahrt, Schienenverkehr und Luftfahrt. Eine der wesentlichen Herausforderungen bei der Entwicklung von kryogenen Faserverbundtanks ist die Dichtigkeit, die durch thermisch induzierte Mikrorisse im Material aufgrund der tiefen Temperatur von -253 Grad C beeinträchtigt wird. Dies soll im Projekt durch einen neuartigen Ansatz verhindert werden: Die Verwendung thermoplastischer Materialien in Kombination mit der Anwendung der Dünnschichttechnologie. Hierfür werden neue Konstruktions- und Berechnungsmethoden, neue Halbzeug und Materialtest, entsprechende Fertigungstechnologien und Prüfmethoden für das Bauteil entwickelt und angewendet. Im Rahmen des Projektes wir somit die komplette Wertschöpfungskette abgedeckt und anhand von Demonstratoren validiert. Am Ende des Projektes steht an ein Versuchsaufbau in Einsatzumgebung, wesentliche Technikelemente werden in relevanter Umgebung erprobt. Dies entspricht einem Technologiereifegrad von fünf, der die Basis für eine wirtschaftliche Verwertung der Ergebnisse im Anschluss an das Projekt darstellt.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Praxis und Umsetzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von H. Nestler GmbH & Co. KG durchgeführt. Die Region 'Elbtal Sachsen' hat sich nach dem Niedergang der traditionellen Textilindustrie als Vorreiter auf dem Gebiet des Leichtbaues mit Faserverbundwerkstoffen etablieren können. Dazu gehören insbesondere auch die erfolgreichen Forschungsarbeiten zum Textilbeton (Carbonbeton). Mit der Substitution von Metallen durch die Faserverbundwerkstoffe fallen mit dem Lebenszyklusende faserhaltige Abfälle an, die - anders als konventionelle Metalle - bisher noch kein etablierter Teil der Recyclingkette sind. Dabei stellt das Recycling von Carbonbetonabfällen die größten Anforderung an die Prozesse. Die Region 'Elbtal Sachsen' soll als Zentrum des regionalen Bündnisses für Kreislauf- und Ressourcenwirtschaft von Faserverbundwerkstoffen eine Modellregion ausbilden und Abnehmer für faserverstärkte Werkstoffabfälle für Sachsen und gegebenenfalls angrenzender Gebiete sein. Angesichts vielfältigster Verwertungsoptionen, die bisher wiederum nicht als geschlossener Wertstoffkreislauf umgesetzt werden, wollen sich die Antragssteller den Herausforderungen des hochwertigen Recyclings von Faserverbundwerkstoffen (CFK, GFK, Textilbeton) und der Neuausrichtung der Stoffkreisläufe stellen. Die Aktualität der daraus entstehenden Wiederverwendungs- und Entsorgungsproblematik für kohlenstoff- und glasfaserverstärkten Kunststoff sowie die hohe Praxisrelevanz werden auf allen Ebenen und ausdrücklich von Seiten der Politik und der Wirtschaft betont. Ziel des hier beantragten Verbundvorhabens ist die Erarbeitung eines Konzeptes für die Umsetzung im Rahmen des Programms 'WIR!'. Der Beitrag des Teilvorhabens ist die Analyse und Darstellung der Unternehmersicht hinsichtlich der Risiken und der Potenziale bei der Einführung neuer Prozesse und Technologien. Dabei werden verschiedene Branchenvertreter miteinbezogen. Es werden konkrete Strategien und Szenarien für die Anpassung der vorhandenen Unternehmensstrukturen an die Verwertung von Faserverbundwerkstoffen entwickelt.
Das Projekt "CRISP II - Counter Rotating Integrated Shrouded Propfan" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Antriebstechnik, Abteilung Fan und Verdichter durchgeführt. Ziel des Projekt ist es, Triebwerke effizienter, umweltfreundlicher und leiser zu machen . Die Wissenschaftler setzen bei einem sogenannten Mantelstromtriebwerk an. Der Effektivitätssteigerung liegt ein einfaches physikalisches Prinzip zugrunde: Die Effektivität der Schuberzeugung steigt, wenn die Geschwindigkeit des Luftstrahls am Triebwerksaustritt reduziert wird. Gleichzeitig sinkt der sogenannte Strahllärm, da die chaotische Wirbelbildung am Strahlrand - eine Hauptquelle der Geräuscherzeugung am Triebwerk - abnimmt. Dieser Luftstrahl wird durch den Bläser (Fan) vorne am Triebwerk erzeugt. Im Projekt CRISP II wird der Fan durch zwei gegenläufige ummantelte Rotoren gebildet. Dieses technisch nie realisierte Konzept bietet die Chance, sowohl das Gewicht als auch vor allem den Außendurchmesser zu verringern. Die Herausforderungen beim modernen Triebwerkbau liegen vor allem in den schwer zu vereinbarenden Anforderungen, Triebwerke einerseits umweltfreundlicher (weniger Treibstoffverbrauch bedeutet auch weniger CO2-Emissionen), aber andererseits auch leiser zu bekommen. Studien zeigen, dass neuartige Triebwerke mit gegenläufigen Rotoren ohne Ummantelung am wenigsten Treibstoff verbrauchen würden. Durch die nicht vorhandene Ummantelung fehlt allerdings auch eine Lärmdämmung - das Triebwerk wäre deutlich lauter. Ziel der Forschung ist es, ein effizientes und leises Triebwerk zu entwerfen. CRISP II baut auf den Ergebnissen von CRISP I, einem Gemeinschaftsprojekt des DLR und des deutschen Triebwerksherstellers MTU auf. Von 1985 bis 2000 arbeiteten die Partner bereits an einem Triebwerk mit gegenläufigen Fans. Seit der Entwicklung und Konzipierung von CRISP I Ende der 1980er Jahre wurden große technologische Fortschritte insbesondere bei der detaillierten Strömungs- und Festigkeitsberechnung, der Lärmprognose, dem Leichtbau und in vielen anderen für den Triebwerkbau notwendigen Bereichen gemacht. In dem neuen Projekt soll unter anderem eine neue CFK-Bauweise (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) für die Fertigung der einzelnen Schaufeln der Rotoren verwendet werden. Dadurch hat man Gestaltungsraum für die Schaufeln, um ein effizienteres und leiseres Triebwerk zu entwerfen. CFK im Vergleich zu Titan sehr leicht und stärker belastbar.