Die für den Bau von Windkraftanlagen oder Flugzeugen unverzichtbaren Verbundbauteile aus Kohle- oder Glasfasern haben einen entscheidenden Makel: Es gibt noch keine Methoden für ihr Recycling.
Das europäische Forschungsprojekt MC4, koordiniert von Profactor in Steyr, arbeitet an Lösungen, dies zu ändern und damit eine gravierende Lücke in der Kreislaufwirtschaft zu schließen.
Wiedergewonnene Kohlefasern in neuer Verwendung.
Foto: STFI, Schmidt
Hohe Festigkeit und niedriges Gewicht: Diese Eigenschaften machen Verbundwerkstoffe aus Kohle- und Glasfasern zu einem unverzichtbaren Material, etwa für den Bau der Rotorblätter bei Windkraftanlagen, in der Luftfahrt, in der Automobilindustrie oder im Bootsbau. Zu hunderttausenden Tonnen werden sie jährlich verbaut, um am Ende ihrer Lebensdauer auf der Müllhalde zu landen, ohne Aussicht auf Wiederverwertung. Die Recyclingquote liegt bei gerade zwei Prozent - eine gravierende Lücke in der Kreislaufwirtschaft.
Dies ist zu einem ein ökologisches Problem, zum anderen aber auch ein ökonomischer Nachteil. Denn die Erzeugung von Kohle- und Glasfasern ist äußerst energieintensiv und geschieht zu 80 Prozent außerhalb Europas und mit Technologien, die zumeist von Drittländern lizensiert sind. Die Abhängigkeit von Importen und funktionierenden Lieferketten ist hoch.
Nachhaltige und kostensparende Lösungen für eine Wiederverwertbarkeit der Verbundwerkstoffe können damit nicht nur deren Produktion weniger belastend für die Umwelt ausrichten, sondern auch Europa in seiner Stellung in den Wertschöpfungsketten stärken und weniger abhängig von externen Lieferländern machen. Dies ist das Ziel des europäischen Forschungsprojekts MC4 (Multi-level Circular Process Chain for Carbon and Glass Fibre Composites) unter Koordination des Produktionsforschungsinstituts Profactor in Steyr
Das Projekt
Im Projekt MC4 werden vier verschiedene Methoden zum Recycling von Verbundbauteilen aus Glas- oder Kohlefaser entwickelt. Dabei sind nicht nur technische Herausforderungen zu lösen, es gilt auch ökonomische Aspekte zu berücksichtigen. Die Kohlefaser ist wesentlich teurer und eröffnet damit ein größeres Spektrum an möglichen Prozessen zur Wiederverwertung, z.B. auch die Trennung von Harz und Faser. Bei der Glasfaser wird versucht, den Verbund als Ganzes weiter nutzbar zu machen.
Daher werden für Glasfasern zum einen kurzfristig umsetzbare Lösungen entwickelt, mit denen das Material in Flocken zerkleinert werden kann, die dann in neuen Bauteilen als Verbund wieder genutzt werden können. Zum anderen werden als längerfristige Lösung neue Harzsysteme entwickelt, die es erlauben, Bauteile an ihrem Lebensende erneut umzuformen und nach einer allenfalls notwendigen Bearbeitung in einer neuen Anwendung einzusetzen.
Für Kohlefasern werden Verfahren entwickelt, die die in der Produktion anfallenden Reste von Prepregs, den mit Harzen vorimprägnierten Fasern, direkt in den Herstellungsprozessen wieder nutzbar machen. Dazu gehören Reste von Zuschnitten, die dann direkt für kleinere Bauteile weitergenutzt werden oder zu neuem Rollenmaterial verpresst werden. Dieses Verfahren ist kurzfristig in bestehenden Produktionsumgebungen umsetzbar.
Als längerfristige Alternative dazu werden chemische Verfahren entwickelt, mit denen Harz und Faser getrennt werden können. Aus den Fasern wird neues Material (Gewebe, Vlies) gewonnen, das nach einer Qualitätsprüfung für neue Bauteile genutzt werden kann.
Als „best-practice“-Modelle werden im Projekt sechs neue Bauteile aus Recyclingmaterial entwickelt, die aus dem Bereich Luftfahrt, Bootsbau, Sport und Möbel kommen. Insgesamt soll eine Recycling-Quote von 60% erreicht werden, wobei die Nutzung des Recycling-Materials in möglichst hochwertigen Anwendungen das Ziel ist, so dass ein „downcycling“ vermieden wird.
Die Rolle der österreichischen Partner
Profactor koordiniert das Projekt, an dem 16 Partner aus Industrie und Forschung aus neun Ländern zusammenarbeiten. Profactor entwickelt zudem die Sensorik zur Qualitätssicherung der Karbonfasermaterialien (Gewebe, Vlies), die aus wiedergewonnener Faser hergestellt werden. Die Firma i-Red entwickelt Spektroskopiesysteme, mit denen die Verbundbauteile anhand der genutzten Harze sortiert werden können, um eine gezielte chemische Wiederverwertung zu ermöglichen.
Der Mehrwert eines EU-Projekts
„Für Profactor ist die Koordination des Projektes wichtig, weil damit die globalen Inhalte definiert und gesteuert werden können,“ erklärt Christian Eitzinger, Projektkoordinator von MC4. „Darüber hinaus ergeben sich in der Rolle als Koordinator internationale Kontakte, die über das spezifische Projekt hinausgehen. Auf technischer Ebene bieten Europäische Forschungsprojekte den Vorteil, dass eine kritische Masse erreicht werden kann, die die Umsetzung auch ambitionierter Ziele ermöglicht und eine größere Breitenwirkung entfaltet.“
Projektkoordinator Christian Eitzinger, Profactor
Foto: Profactor GmbH
