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23.07.2024

04.07.2023

Neuer Recyclingprozess zum Ablösen und Wiederverwerten von Kohlenstofffaser-Tapes

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Der Absatzmarkt für Kunststoffprodukte wächst. Zugleich nimmt die Umweltbelastung durch nicht-abbaubare Kunststoffe zu und erfordert neue Recyclingstrategien.

Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen haben Forschende einen Recyclingprozess entwickelt, um das Faserverbundmaterial gebrauchter Drucktanks in einem Ablöseprozess zurückzugewinnen und für neue Leichtbauprodukte wiederzuverwerten.

Ziel ist es, Faserverbundkunststoffe (FVK) zu recyceln, ohne dass es zu deutlichen Einbußen der Produktqualität kommt. Dem Fraunhofer-Team ist dies im Forschungsprojekt "Tankcycling" nun gelungen: Über 90 Prozent der mechanischen Eigenschaften bleiben erhalten.

Faserverstärkte Drucktanks - leicht und stabil

Seit Wasserstoff als Energiespeicher der Zukunft gilt, zieht dies zwangsläufig die Frage der sicheren Aufbewahrung des geruchlosen Gases nach sich. Wasserstoff für mobile Anwendungen, zum Beispiel im Automobil, kann in stabilen Druckbehältern aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen aufbewahrt werden.

Diese Drucktanks müssen hochbelastbar und zugleich leicht und korrosionsbeständig sein, damit sie sich für die Elektromobilität eignen. Im Zuge der Energiewende ist die Nachfrage nach hochwertigen Wasserstoffbehältern gestiegen. Grundsätzlich lassen sich jedoch auch andere Flüssigkeiten oder Gase in faserverstärkten Drucktanks speichern.

Kohlenstoffaserverstärkte Tapes abwickeln zum Recycling

Gefertigt werden solche Drucktanks in einem laserunterstützten Tapewickelverfahren: Bei diesem Produktionsprozess wird thermoplastisches glas- oder kohlenfaserverstärktes Tape über einen Basiskörper aus Kunststoff, den sogenannten Liner, gewickelt. Das unidirektionale (UD) Tape, das den Drucktank umspannt, lässt sich im konventionellen Lebenszyklus des Drucktanks nicht weiterverwenden und findet sein Ende im Sondermüll.

Der Recyclingprozess, der im Projekt "Tankcycling" entwickelt wurde, ermöglicht es, das UD-Tape in einem Abwickelverfahren wieder vom Liner zu entfernen. So kann es für weitere Produkte, die ebenfalls im Tapewickelprozess hergestellt werden, erneut verwendet werden. Die Forschenden des Fraunhofer IPT haben einen Anlagenprototyp mit verschiedenen Modulen entwickelt, die das Tape im Abwickelprozess durchläuft, bevor es am Ende auf eine Spule aufgewickelt wird.

Recycling im Miniformat: Das Tank-Recycling-Modul lässt sich an einen Roboterkopf anschließen

In nachgelagerten Tests überprüften die Wissenschaftler die mechanische Belastbarkeit des recycelten Materials und des Originalmaterials. Hier zeigte sich, dass der Recyclingprozess die Qualität des Materials kaum vermindert hatte. Lediglich fünf bis zehn Prozent hatte das recycelte Material an mechanischer Qualität gegenüber dem nicht-recycelten Material eingebüßt. Dies ergaben zerstörende Normtests. Auf Basis dieser Erkenntnisse konnten die Forschenden die Anforderungen an den Recyclingprozess definieren und ein Tank-Recycling-Modul entwickeln.

Dieses Modul stellt eine Weiterentwicklung des Recyclingprozesses dar, der an einem stationären Prüfstand entwickelt wurde. In seinem miniaturisierten Format lässt sich das Tank-Recycling-Modul an einem Roboterarm befestigen. So lassen sich Drucktanks mit ihrer komplexen dreidimensionalen Geometrie vollständig wiederverwerten. Zudem kann der Recyclingprozess und das anschließende Aufwickeln des Tapes in diesem Aufbau automatisiert durchlaufen werden.

Materialverbrauch und Umweltbelastung senken

Der Recyclingprozess mit seiner Umsetzung im Tankcycling-Modul lotet die Grenzen des technisch Machbaren effizient aus und spart dabei Energie, Material und Kosten. Durch die Wiederverwertung der faserverstärkten Kunststofftapes leisten die Projektergebnisse einen Beitrag zur nachhaltigen Produktion zukünftiger thermoplastischer Faserverbundprodukte, die sich im Tapewickelverfahren herstellen lassen.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT)