Met koolstofvezel versterkte kunststoffen winnen aan belang als onderdelen van vliegtuigen. De trend is dat er steeds meer behoefte is aan duurzame recyclingconcepten. Op de ILA van 25 tot 29 april, 2018 in Berlijn, Fraunhofer zal een technologie presenteren die gerecyclede koolstofvezels omzet in materialen voor batterijen en brandstofcellen. Dit bespaart kosten, verbetert de CO2-balans en opent nieuwe manieren van recycling in de vliegtuigproductie.

Moderne widebody-vliegtuigen bestaan ​​tegenwoordig voor meer dan 50 procent uit koolstofvezelversterkte kunststoffen (CFRP). Het materiaal is geplaatst, bijvoorbeeld, over een groot gebied in de vleugels of romp. Met koolstofvezels ingebed in een plastic matrix, het composiet is lichter dan eerder gebruikte materialen, terwijl het nog steeds erg stabiel is. Het beslissende voordeel voor de luchtvaart:door hun lagere gewicht, vliegtuigen hebben minder brandstof nodig. "De productie en verwerking van het CFRP kost momenteel veel tijd. De vraag naar duurzame recyclingconcepten neemt dan ook gestaag toe, " merkt Elisa Seiler op, wetenschapper aan het Fraunhofer Instituut voor Chemische Technologie ICT in Pfinztal, Duitsland. De hoeveelheden CFRP-recyclingmateriaal zijn enorm:voor de Airbus 350, bijvoorbeeld, ze tellen op tot meer dan 65 ton. "Daarnaast zijn er andere relevante hoeveelheden schroot die al ontstaan ​​tijdens de productie, ’, vult Seiler aan.

Bipolaire plaat vervaardigd

Het Fraunhofer ICT heeft jarenlange ervaring in de ontwikkeling van technologieën voor vezelversterkte kunststoffen. Bij de ILA, de luchtvaart- en ruimtevaartinnovatiebeurs, de wetenschappers presenteren een concept dat zal worden gebruikt om materialen voor batterijen en brandstofcellen terug te winnen uit gerecyclede koolstofvezels. Samen met partners, het is mogelijk geworden om op industriële schaal teruggewonnen koolstofvezels te gebruiken om een ​​prototype van een bipolaire plaat - een elektrode - te produceren. Het resultaat is gebaseerd op onderzoek uit de projecten "Graphit 2.0" en "RETRO".

"Elektrische aandrijvingen zijn nu ook een serieus onderwerp in de luchtvaartindustrie. Fabrikanten kunnen direct waardebesparende recycling uitvoeren door materialen van de ene toepassing naar de andere over te hevelen, " zegt Seiler. De koolstofvezels zijn elektrisch geleidend en zijn geschikt als vervanging voor natuurlijk grafiet, die ook uit koolstof bestaat:een grondstofkritische grondstof voor de Duitse economie die momenteel tegen hoge kosten uit China moet worden geïmporteerd.

Voedsel voor 3D-printen

Nog een voordeel:gerecycled CFRP kan worden gebruikt voor additieve productieprocessen zoals 3D-printen. "Dit is ook een trending topic in de industrie die productieprocessen efficiënter maakt en kosten bespaart, " zegt Seiler. Immers, vliegtuigfabrikanten moeten ook voldoen aan de eisen van de Europese Unie (EU) die sinds 2015 van kracht zijn:tot 85 procent van het gemiddelde gewicht van een gebruikt voertuig moet worden gerecycled. Bovendien:in Duitsland, het storten van CFRP is verboden, en afvalverbrandingsinstallaties kunnen het materiaal weigeren.

Pyrolyse met microgolfstraling

De CFRP-experts hebben een speciaal proces ontwikkeld waarmee koolstofvezels uit de kunststofmatrix kunnen worden teruggewonnen. Om dit te doen, ze gebruiken microgolfstraling om de plastic matrix rond de vezels te verbranden. Zodat de vezels niet verbranden bij temperaturen tot 900 graden Celsius, de verbranding moet zonder zuurstof gebeuren. "In technisch jargon, dit heet pyrolytische ontleding, " legt Seiler uit. Het voordeel van microgolfstraling:energie-efficiëntie - een hele oven hoeft niet langer te worden verwarmd, alleen het onderdeel zelf. De collega's van de afdeling Polymer Engineering van Fraunhofer ICT verankeren de teruggewonnen vezels in thermoplastisch materiaal. Dit composietmateriaal heeft vergelijkbare eigenschappen als grafiet en is geschikt voor de productie van bipolaire platen. "Ons prototype heeft alle tests voor geleidbaarheid doorstaan, dichtheid en corrosieweerstand perfect, " meldt Seiler.

"We hebben bewezen dat het over het algemeen haalbaar is om gerecyclede CFRP-vezels te gebruiken om bipolaire platen voor batterijen en brandstofcellen te produceren. Dit toont aan dat recycling werkt vanuit een holistische benadering. Dit is vooral interessant voor de luchtvaartindustrie, ", vat Seiler de toegevoegde waarde van het onderzoekswerk samen. Zowel het gerecyclede CFRP als de daaruit gemaakte bipolaire platen zijn te zien op het ILA. De volgende stappen tot het begin van de zomer zijn de karakterisering van de bipolaire platen in de batterijcel netwerk en studies over de levenscyclusanalyse. we willen de technologie afstemmen zodat we bipolaire platen in serie kunnen produceren van gerecycled CFRP - bijvoorbeeld met een luchtvaartpartner, ’ besluit Seiler.