Holistic life cycle assessment and economic analysis of CFRP and CMC from renewable resources

In view of dwindling fossil resources and political challenges, independence from them is crucial. However, high-performance materials such as carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) and carbon fiber-based ceramic matrix composites (CMC) are currently based on petroleum-based, non-renewable raw materials. A more sustainable production of these materials requires both an improvement of existing products with regard to their eco-balance and the development of innovative, resource-saving CFRP and CMC solutions. This can be driven forward through the targeted promotion of basic knowledge and initial impetus for sustainable manufacturing processes.

In Germany, the production, processing and use of carbon fiber-reinforced plastics and fiber ceramics for new applications is predominantly carried out by small and medium-sized enterprises (SMEs). However, these often face high investment hurdles in the area of sustainability. The aim of the project is to provide these companies with a sound basis for overcoming these obstacles. To this end, promising manufacturing processes for regenerative carbon fiber and ceramic composites are identified, implemented and comprehensively evaluated in terms of their performance and sustainability.

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.