In hoher Qualität abgewickelt: Mit neuem Recyclingprozess thermoplastische Kohlenstofffaser-Tapes ablösen
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.
Kohlenstofffaserverstärkte 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 Wissenschaftlerinnen und
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.
