MAI ÖkoCaP

Wirtschaftliche, technische und ökobilanzielle Bewertung von recycelten Carbonfasern in industriellen Prozessen

Multikriterielle Bewertung des Einsatzes von recycelten Carbonfasern

Faserverbundlösungen stehen in starkem Wettbewerb zu anderen Leichtbauwerkstoffen. Dennoch durchlaufen sie oft nur einen Lebenszyklus und recycelte Carbonfaser (rCF) Materialien werden nicht oder nur zu sehr geringem Anteil wiedereingesetzt. Gründe hierfür sind unzureichenden Kenntnisse und Unsicherheiten hinsichtlich der erzielbaren Bauteilqualitäten, den möglichen Qualitätsschwankungen, der erreichbaren Kostenreduktion und der Senkung der Umweltwirkungen im Vergleich zur konventionellen Bauweise.

Denn je nach Anwendungsgebiet, Produkt und Produktionsrandbedingungen kann der Einsatz von Rezyklatmaterialien ökonomisch und ökologisch sinnvoll sein oder nicht. Diese Tatsache sowie die Vielzahl an Verfahren und Materialien erschweren insbesondere den KMU den Einstieg in die Nutzung von rCF.

Bisherige Forschungsprojekte zeigen Insellösungen auf, wie und wo rCF eingesetzt werden kann. Das Projekt »MAI ÖkoCaP« soll hingegen für eine Vielzahl an Anwendungsfällen Entscheidungshilfen liefern und damit zu einer Steigerung der Marktdurchdringung von Rezyklatmaterialien verhelfen.

Entscheidungsgrundlage zum Einsatz von rCF

Zentrales Ziel des Projektes MAI ÖkoCaP ist der Aufbau einer belastbaren und transparenten Entscheidungsgrundlage, die es erlaubt, den Nutzen bei der Verwendung von rCF in unterschiedlichen industriellen Anwendungsgebieten und Produkten abzuschätzen.  

© Fraunhofer IGCV

Die Bauteilqualität, die Umweltwirkungen und die Produktkosten werden klar benannt und gegenübergestellt. Durch eine systematische Variation relevanter Material-, Prozess- und Produktionsparameter werden die Spannweite dieser drei Entscheidungsgrößen sowie die entsprechenden Wechselwirkungen aufgezeigt und die wichtigsten Stellhebel identifiziert. Dabei werden relevante Einzelprozessschritte sowie gesamte Prozessrouten von der Aufbereitung über das Recycling bis hin zur Bauteilherstellung untersucht. Fokus des Projektes liegt auf rCF-Vliesmaterialien. Betrachtet wird eine große Bandbreite an Weiterverarbeitungsprozessen, die sowohl den Einsatz von thermoplastischen als auch von duromeren Matrixmaterialien berücksichtigen.  

 

Datenerhebung anhand verschiedener Schritte des Recyclingprozesses

Zum Aufbau einer fundierten Entscheidungsgrundlage zur Bewertung des ökologischen, ökonomischen und funktionellen (mechanischen) Nutzens von rCF bedarf es einer breiten Basis an qualitativ hochwertigen Daten für eine transparente Bewertung. Aufgrund der Anzahl an material- und prozessbedingter Stellgrößen während des Recyclingprozesses, der Faservorbereitung, der Vliesherstellung und der Weiterverarbeitung ergeben sich je nach Vliesstoffvariante sehr unterschiedliche spezifische Eigenschaftsprofile auf Halbzeug- sowie auf Bauteilebene.

Um die Wirkbeziehungen zwischen den Zielgrößen - Bauteilqualität, Umweltwirkungen und Produktkosten - in Abhängigkeit dieser Einflussgrößen identifizieren zu können, wird im Rahmen des Projektes MAI ÖkoCaP bereits vorhandenes Wissen gebündelt, relevante Datenlücken identifiziert und geschlossen. In Zusammenarbeit mit dem Projektbeirat werden hierfür eine Vielzahl technischer Versuche sowie Anlagenvermessungen durchgeführt.



© Fraunhofer IGCV
Der rCF-Vliesstoff vom Fraunhofer IGCV

Zu erwartende Projektergebnisse

Die erarbeitete Datengrundlage dient als Basis der multikriteriellen Entscheidungsanalyse. Die generierten Ergebnisse werden am Projektende übersichtlich in einem Leitfaden zusammengefasst und in einer webbasierten App zugänglich gemacht, so dass Anwendende künftig auf Basis spezifischer Prozess- und Produktrandbedingungen folgende übergeordneten Fragestellungen beantworten können:

  • Welche technischen, ökonomischen und ökologischen Potenziale ergeben sich durch das Recycling von anfallenden sekundären Carbonfasern?
  • Welche technischen, ökonomischen und ökologischen Potenziale ergeben sich durch den Einsatz von rCF-Material für spezifische Produkte?
  • Welche Materialien und Verfahren sind für meine Anwendung geeignet?
  • Welche Eigenschaften besitzt mein Produkt aus sekundären Carbonfasern?

Die systematische Vorgehensweise und Ergebnisaufbereitung wird KMU helfen, eine fundierte Entscheidung treffen zu können, ohne sich zuvor detailliert und mit viel Aufwand in das komplexe Themenfeld einarbeiten zu müssen.

 

In Zusammenarbeit mit dem Projektbeirat wurde der Untersuchungsrahmen des Projekts fokussiert und der zu Grunde liegende Versuchsplan detailliert. Der erarbeitete Schwerpunkt liegt auf Materialien und Herstellungsverfahren, die von Industrieseite aus im Fokus stehen. Im nächsten Schritt werden die ersten technischen Versuchsreihen und Anlagenvermessungen durchgeführt.  



Weitere interessante Referenzprojekte zu diesem Thema:

 

MAI Carbon »CaRinA«

»CaRinA« Carbonfaser Recyclingwerkstoffe für industrielle Anwendungen.

 

Izi-Direct

Innovative zerstörungsfreie Methode zur Inline-Charakterisierung und Qualitätssicherung von diskontinuierlichen, recycelten Carbonfaserhalbzeugen.

 

 

WiPull

Normierung des Einzelfaser-Auszugsversuchs zur Vermessung der Faser-Matrix-Haftung.

 

Infinity

Hochleistungsfähige Tapes aus recycelten Carbonfasern für den Leichtbau - Treibhausgasreduktion durch hochwertige Recyclingprozesse und -materialien.  

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