07.08.2017

ECOrCF: Effizientes und ganzheitliches Recycl...

Kohlenstofffaserverstärkte Verbundkunststoffe (CFK) haben sich von einem Nischen- zu einem unentbehrlichen Leichtbauwerkstoff gewandelt und werden mittlerweile vielfältig eingesetzt. Die globale Produktionsmenge ersetzte 2015 bereits ein Stahläquivalent von 480 000 Tonnen. Damit das Einsparpotential, das CFK in vielen Bereichen (bspw. Bauteilgewicht und Energieverbrauch) bietet, auch auf den gesamten Lebenszyklus ausgedehnt werden kann, ist ein Recyclingkonzept – wie beispielsweise für Metalle – unabdingbar. Auf diese Weise können CO2-Emissionen deutlich reduziert werden. Mit steigender Produktionsmenge wird außerdem auch die Frage nach dem Umgang mit Bauteilen, die an das Ende ihrer Nutzungszeit gelangen – so genannten „End of Life“-Bauteilen –, immer drängender (siehe Tabelle 1). Die industrielle Umsetzung einer hochwertigen Wiederverwertung von entsprechendem Abfall aus Produktion, Ausschuss, defekten und/oder ausgedienten Bauteilen nimmt an Bedeutung stetig zu.

Gleichzeitig gibt es aktuell Anwendungen von Kohlenstofffasern, die eine Kürzung der Fasern auf wenige Zentimeter erfordern. Gerade diese Anwendungsgebiete bieten ein hohes Potential für recycelte Kohlenstofffasern (rCF).

Es gibt verschiedene Vorgehensweisen für das Recycling von CFK. Bei thermischen Recyclingprozessen (Pyrolyse, Wirbelschichtverfahren) wird die Matrix bei Temperaturen im Bereich von 250°C bis 1000°C entfernt. Durch die Wahl der richtigen Prozessparameter – Temperatur, Verweilzeit, Prozessgas etc. – kann eine hohe Faserqualität erzielt werden (siehe Abbildung 1). Bei chemischen Recyclingverfahren (Solvolysen) wird die Matrix durch reaktive Lösungsmittel unter erhöhter Temperatur und Druck gelöst.

Das einzige bereits kommerziell genutzte Verfahren ist die Pyrolyse. Vorteile sind die erzielbare hohe Faserqualität und die Möglichkeit zur ganzheitlichen Verwertung des CFK: Die Bestandteile der Matrix können durch entsprechende Prozessführung in Form von Gas und Kondensat zurückgewonnen werden. Die Firma Pyrum Innovations ESC hat dieses Know-how bereits für das Recycling von Altreifen aufgebaut und erweitert dies im Projekt „ECOrCF“ in Zusammenarbeit mit dem Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) für CFK. Im Rahmen des Projekts stehen nicht nur die Pyrolyse der CFK im Fokus, sondern auch die Ermittlung der mechanischen Kennwerte und die Aufbereitung von rCF. Ohne eine entsprechende quantitative Beschreibung der rCF ist eine Wiederverwertung in hochwertigen Bauteilen nicht möglich. Aktuell werden rCF meist über sehr aufwändige Einzelfaserzugversuche charakterisiert. Ziel des IVW ist es, eine aussagekräftige Charakterisierungsmethode mit geringerem Aufwand zu entwickeln.

Das Projekt „ECOrCF - Umweltfreundliches und ganzheitliches Recycling von CFK mittels Thermolyse zur Rückgewinnung von qualitativ hochwertigen Kohlenstofffasern“ (Förderkennzeichen ZF4052307TA6) wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert.