Ganzheitliche ökobilanzielle und ökonomische Betrachtung von CFK und CMC aus regenerativen Ressourcen

Angesichts schwindender fossiler Ressourcen und politischer Herausforderungen ist die Unabhängigkeit von diesen entscheidend. Hochleistungsmaterialien wie carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und carbonfaserbasierte keramische Matrixverbundwerkstoffe (CMC) basieren derzeit jedoch auf erdölbasierten, nicht regenerativen Ausgangsstoffen. Eine nachhaltigere Produktion dieser Materialien erfordert sowohl eine Verbesserung bestehender Produkte im Hinblick auf ihre Ökobilanz als auch die Entwicklung innovativer, ressourcenschonender CFK- und CMC-Lösungen. Dies kann durch die gezielte Förderung von Grundlagenwissen und erste Impulse für nachhaltige Herstellungsverfahren vorangetrieben werden.

In Deutschland wird die Herstellung, Bearbeitung und Nutzung von carbonfaserverstärktem Kunststoff und Faserkeramiken für neue Anwendungen überwiegend von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) betrieben. Diese stehen jedoch häufig vor hohen Investitionshürden im Bereich Nachhaltigkeit. Das Projekt verfolgt das Ziel, diesen Unternehmen eine fundierte Grundlage zu bieten, um diese Hindernisse zu überwinden. Hierzu werden vielversprechende Herstellungsprozesse für regenerative Carbonfaser- und Keramik-Verbundwerkstoffe identifiziert, umgesetzt und hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit sowie Nachhaltigkeit umfassend bewertet.

Sowohl CFK als auch keramische Verbundwerkstoffe basieren auf erdölbasierten Carbonfasern, weshalb CFK als Vorstufe für CMC-Werkstoffe betrachtet werden können. Ein zentraler Ansatzpunkt zur Reduzierung der Umweltwirkungen liegt daher in der Entwicklung alternativer, regenerativer Ausgangsmaterialien für die Carbonfaserherstellung.

Im Projekt CU GreenCeramic werden vielversprechende Ansätze durch Literaturrecherche und Experteninterviews identifiziert sowie im engen Austausch mit dem projektbegleitenden Ausschuss (pA) bewertet. Die alternativen Prozessrouten zur Herstellung von regenerativen Carbonfasern bzw. des zur Fertigung erforderlichen Ausgangsmaterial Acrylnitril (ACN) werden ökobilanziell bewertet und analysiert, um gemeinsam mit der Industrie jene mit dem größten Potenzial für eine zukünftige Anwendung herauszuarbeiten.

Neben dessen steht auch die Fertigung von CMC-Anwendungen aus recycelten Carbonfaser (rCF)-Halbzeugen im Fokus des Projektes. Hierfür kommen rCF-Vliese zum Einsatz, welche auf die speziellen Anforderungen angepasst werden. Die Fertigung der Vliese erfolgt mittels Nassvliestechnologie.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung nachhaltiger Matrixmaterialien für CFK und CMC-Keramiken. Hierzu werden sowohl teilbiobasierte als auch 100 % biobasierte Harzsysteme entwickelt, getestet und hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit bewertet.