Carbonfaser-Verbundwerkstoffe, sogenannte Composites, auch bekannt als Kohlenstofffasern, sind gleichzeitig besonders fest und leicht. Das macht sie zu bevorzugten, leistungsfähigen Materialien für viele technische Einsatzfelder. Trotzdem sie sich im Dauereinsatz bewährt haben, bleibt eine Herausforderung: die der Entsorgung und Wiederverwertung.
Die Forschung hat sich inzwischen des Themas angenommen und arbeitet an Lösungen.
Wiederverwertung statt Downcycling
So gelang einem Forschungsteam des Fraunhofer EMI die Entwicklung eines Prozesses, welcher gebrauchte Composite-Fasern auf effiziente Weise für die Wiederverwendung aufbereitet, ohne dass es dabei zu Einbußen bei den mechanischen Eigenschaften kommt.
Gegenüber bisherigen Recyclingverfahren ist das ein großer Fortschritt. Diese beinhalteten nämlich das vorherige Zerkleinern der Faser-Kunststoff-Verbunde. Die Verkürzung der Fasern führt jedoch zum Downcycling und nicht zur echten Wiederverwendung.
Hochleistungslaser ist Schlüssel zum Recycling
Konkret nutzt das Forschendenteam des Fraunhofer EMI einen Hochleistungslaser, welcher die Faserverstärkung der duroplastischen Composites kontrolliert abträgt. Eine beispielhafte Anwendung ist die Wiederverwendung der Hüllen von Druckbehältern für Wasserstoff. Diese verfügen, um die enormen Drücke von bis zu 700 bar aushalten zu können, über um die Kunststoffhülle gewickelte Carbonfaser-Bündel.
Das neue Verfahren sorgt nun dafür, dass die duroplastische Matrix, welche die Carbonfasern umgibt, effizient mittels lokaler Pyrolyse entfernt werden kann, während die Carbonfasern selbst nahezu unversehrt bleiben. Die Schwierigkeit besteht darin, das optimale Prozessfenster zu definieren: Die Matrix zersetzt sich bei 300 bis 600 Grad Celsius. Demgegenüber nehmen die Fasern ab circa 600 Grad Celsius Schaden.
Ökonomische und ökologische Vorteile
„Wir haben einen sehr guten Kompromiss zwischen Prozesseffizienz und Qualität des Rezyklats gefunden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die zurückgewonnenen endlosen Fasern die gleichen hohen Leistungsmerkmale wie neue Fasern aufweisen, was das Verfahren besonders attraktiv macht“, erklärt Projektleiter Dr. Mathieu Imbert.
Insgesamt bietet der neue Ansatz nicht nur ökologische Vorteile, sondern auch wirtschaftliches Potenzial für Recyclingunternehmen. Die laserunterstützte Rückgewinnung verbraucht nur circa ein Fünftel der Fertigungsenergie neuer Fasern. Ein erheblicher Vorteil in Zeiten hoher Kosten für Energie und zunehmender Umweltanforderungen.
Weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI
www.emi.fraunhofer.de
Bildhinweis:
Unser Titelbild entstand unter Zuhilfenahme von künstlicher Intelligenz.
