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Nach 20 bis 30 Jahre haben Windenergieanlagen ihre Lebensdauer erreicht. Anschließend werden sie abgebaut und dem Recyclingverfahren zugeführt. Allerdings ist das Recycling der Faserverbundwerkstoffe, insbesondere aus dickwandigen Rotorblattteilen, bislang unzureichend. Stand der Technik ist die thermische oder mechanische Verwertung. Für einen nachhaltigen und ganzheitlichen Recyclingprozess bündelt ein Forschungskonsortium unter der Leitung des Fraunhofer IFAM ihr Know-how, um die eingesetzten Fasern durch Pyrolyse zurückzugewinnen. Eine anschließende Oberflächenbehandlung und Qualitätsprüfung der Rezyklate ermöglichen die erneute industrielle Anwendung.

Windenergieanlagen lassen sich bereits heute zu sehr großen Teilen sauber recyceln. Bei den Rotorblättern steht das Recycling jedoch erst am Anfang. Aufgrund der Nutzungsdauer von ca. 20 Jahren sind in den kommenden Jahren und Jahrzehnten steigende Rotorblattmengen zu erwarten, die einer möglichst hochwertigen Verwertung zugeführt werden müssen. Im Jahr 2000 wurden beispielsweise ca. 6.000 Windenergieanlagen in Deutschland errichtet, die jetzt einem nachhaltigen Recyclingverfahren zugeführt werden müssen. Insgesamt waren im Jahr 2022 allein in Deutschland etwa 30.000 Windenergieanlagen an Land und auf See mit einer Leistung von 65 Gigawatt im Einsatz. [1]

Da die Windenergie die wichtigste Säule für eine klimaneutrale Stromversorgung ist, hat sich die Bundesregierung zum Ziel gesetzt, den Ausbau bis 2030 mit größeren und moderneren Anlagen weiter zu steigern. Die Offshore-Rotorblätter werden länger, der Anteil an eingesetzten Kohlenstofffasern wird weiter steigen – und somit auch die Abfallmengen. Zudem ist für die Zukunft zu erwarten, dass der bestehende Materialmix in den Rotorblättern zunimmt und zum Recycling genaue Kenntnisse über den Aufbau der Komponenten noch wichtiger werden. Dies unterstreicht die Dringlichkeit, insbesondere für das Recycling der dickwandigen Faserverbundwerkstoffe in den Rotorblättern, nachhaltige Aufbereitungsverfahren zu entwickeln.

 
Ökonomische und ökologische Recyclinglösung für Faserverbundwerkstoffe in Sicht
Rotorblätter der jetzt zum Recycling anstehenden Windenergieanlagen setzen sich mit über 85 Gewichtsprozent aus glas- und kohlefaserverstärkten Duroplasten (GFK/CFK) zusammen. Ein großer Anteil dieser Materialien befindet sich im Flansch- und Wurzelbereich sowie innerhalb der faserverstärkten Gurte als dickwandige Laminate mit Wandstärken von bis zu 150 mm. Die Erforschung des hochwertigen stofflichen Faserrecyclings als Endlosfaser ist nicht zuletzt wegen des Energiebedarfs zur Kohlenstofffaserproduktion von besonderer Bedeutung. Hier setzt das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Projekt »Pyrolyse dickwandiger Faserverbundwerkstoffe als Schlüsselinnovation im Recyclingprozess für Rotorblätter von Windenergieanlagen« – kurz »RE SORT« – an. Ziel des Projektteams ist das vollständige Recycling mittels Pyrolyse.

Voraussetzung für eine hochwertige Verwertung der Faserverbundwerkstoffe ist die Trennung der Fasern von der zumeist duroplastischen Matrix. Die Pyrolyse ist für diesen Prozess zwar ein geeignetes Verfahren, konnte sich aber bislang nicht durchsetzen. Innerhalb des Projekts untersuchen und entwickeln die Projektpartner daher Pyrolysetechnologien, die das Recycling von dickwandigen Faserverbundstrukturen wirtschaftlich ermöglichen und sich von den heute üblichen Verwertungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe technisch unterscheiden. Dabei werden sowohl eine quasikontinuierliche Batch- als auch die Mikrowellen-Pyrolyse betrachtet.

Bei der Batch-Pyrolyse, die innerhalb des Vorhabens entwickelt wird, handelt es sich um einen Pyrolyseprozess, in dem die duroplastische Matrix dicker Faserverbundbauteile durch externe Erhitzung in ölige und vor allem gasförmige Kohlenwasserstoffverbindungen langsam zersetzt wird. Bei der Mikrowellenpyrolyse erfolgt die Energiezufuhr durch die Absorption von Mikrowellenstrahlung, sodass es zu einer inneren schnellen Wärmeentwicklung kommt. Die quasikontinuierliche Batch-Pyrolyse als auch die Mikrowellenpyrolyse erlauben die Abscheidung von Pyrolysegasen bzw. – ölen. Die geplante Durchlauf-Mikrowellenpyrolyse ermöglicht zudem den Erhalt und die Wiederverwendung der Fasern in ihrer gesamten Länge.

 
Wie die Kreislaufwirtschaft gelingt – ganzheitliche Verwertung der gewonnenen Recyclingprodukte
In einem nächsten Schritt werden die Oberflächen der zurückgewonnenen Rezyklatfasern mittels atmosphärischer Plasmen und nasschemischer Beschichtungen aufbereitet, um einer erneuten industriellen Anwendung zugeführt werden zu können. Anhand von Festigkeitsuntersuchungen lässt sich schließlich entscheiden, ob die Rezyklatfasern erneut in der Windenergie oder beispielsweise im Automobilbau oder im Sportartikelbereich Einsatz finden.

Die in der Batch- und Mikrowellenpyrolyse gewonnenen Pyrolyseöle und Pyrolysegase werden bezüglich der Nutzbarkeit als Rohstoff für die Polymersynthese (Pyrolyseöle) oder als Energiequelle zur energetischen Nutzung in Blockheizkraftwerken (BHKW) (Pyrolysegase) bewertet.

Sowohl die quasikontinuierliche Batch-Pyrolyse als auch die Durchlauf-Mikrowellenpyrolyse versprechen einen wirtschaftlichen Betrieb und eine maßgebliche Verringerung des ökologischen Fußabdrucks bei der Entsorgung von Windenergieanlagen. Daher stehen die Chancen für eine technische Umsetzung und Verwertung der Projektergebnisse sehr gut, sodass mit diesem Projekt ein entscheidender Beitrag zum Erreichen der Nachhaltigkeits- und Klimaziele der Bundesregierung geleistet werden kann.

• Techtextil und Texprocess zeigen Sonderareal „Living in Space“ gemeinsam mit ESA und DLR
• Ernährung, Fortbewegung, Mode und Wohnen: Ohne technische Textilien ist keine Besiedelung des Weltalls möglich

Beam me up, Scotty: Für eine Reise ins Weltall muss allerhand Material transportiert werden – vor allem aber technische Textilien. Wo die alles drinstecken, zeigt das Sonderareal „Living in Space“ der diesjährigen Techtextil und Texprocess (9. bis 12. Mai 2017) in Zusammenarbeit mit der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das Areal zeigt unter anderem Materialien und Technologien der Techtextil- und Texprocess-Aussteller in einer „Material Gallery“, Architektur für das Weltall von Ben van Berkel, All-inspirierte Mode sowie originale Mars-Rover. Und: Auch ohne ein schwindelerregendes Astronauten-Training absolviert zu haben, können Besucher eine Reise durchs All zum Mars per Virtual Reality-Brille antreten.

„Auf dem Areal `Living in Space´ präsentieren wir Besuchern der Techtextil und Texprocess textile Materialien und Verarbeitungstechnologien in einem anwendungsorientierten Umfeld. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern und Ausstellern haben wir ein informatives und zugleich unterhaltsames Areal gestaltet, das es in dieser Form bislang auf keiner Techtextil und Texprocess gab“, so Michael Jänecke, Brand Manager Technical Textiles and Textile Processing bei der Messe Frankfurt. Da technische Textilien in nahezu jedem Lebensbereich der Menschen vorkommen, orientieren sich die auf dem Areal gezeigten Materialien und Verarbeitungstechnologien an den Anwendungsbereichen „Architecture“, „Civilization“, „Clothing“ und „Mobility“.

Schöner Wohnen im All

Eine Idee davon, wie Bauen im Weltall funktionieren kann, erhalten Besucher im Themenbereich „Architecture“, kuratiert vom Architekturmagazin Stylepark. Der Leichtbau- und Großschirmspezialist MDT-tex und sowie Stararchitekt Ben van Berkel vom internationalen Architekturbüro UNStudio haben eigens für die Techtextil ein „Space Habitat“ entworfen. Der aus rund 60 Einzelmodulen zusammengesetzte Leichtbau-Pavillon, jedes in sich doppeltgekrümmt und gespannt, umfasst 40 Quadratmeter und besteht aus Aluminiumsonderprofilen, die jeweils mit PTFE-Membranen bespannt sind. MDT-tex hat das Gewebe eigens für den Pavillon in einer besonders leichten Grammatur gewoben und dabei dessen Hochtemperaturbeständigkeit und technische Eigenschaften erhalten. Aussteller und Besucher finden in der Halle 6.1 zudem das BMWI-Areal „Innovation made in Germany“, dass sich an junge innovative Unternehmen mit Sitz in Deutschland richtet. Bewerbungen für das BMWI-Areal sind weiterhin auf der Webseite der Techtextil möglich.

Ultraleichte Materialien spielen in der Raumfahrt eine zentrale Rolle, denn je leichter die Ladung einer Raumkapsel, desto günstiger wird der Transport. Zurückgelehnt in bequeme Sessel können Messebesucher im Space Habitat auch per Virtual Reality-Brille zum Mars reisen. Nebenbei erfahren sie mehr über technische Textilien und deren Verarbeitung im All.

Hightech-Fashion für den Orbit

Wer schwitzt oder friert schon gerne? Mode für das Weltall soll nicht nur vor extremen Temperaturen schützen, sondern ebenso wie auf der Erde die Körpertemperatur des Trägers regulieren, Feuchtigkeit ableiten und langlebig und pflegeleicht sein. Umso besser, wenn sie dann auch noch gut aussieht. Das zeigen die Entwürfe im Themenbereich „Clothing“ auf dem Sonderareal. Die ESMOD Modeschule aus Berlin präsentiert Outfits, die Studierende im Rahmen des Projektes „Couture in Orbit“ (2015/2016) gefertigt haben. Durchgeführt wurde das Projekt von der ESA und vom London Science Museum. Zudem präsentiert das Designzentrum POLI.design der Mailänder Hochschule Politecnico di Milano aktuelle Outfits aus dem Folgeprojekt „Fashion in Orbit“ unter der wissenschaftlichen Leitung von Annalisa Dominoni und der technischen Leitung von Benedetto Quaquaro sowie in Zusammenarbeit mit der ESA und dem Bekleidungshersteller Colmar. 

Von den Textilinstituten Hohenstein kommen zwei Modelle aus dem Forschungsprojekt Spacetex, in dessen Rahmen der Astronaut Alexander Gerst während der Mission „Blue Dot“ das Zusammenspiel von Körper, Kleidung und Klima unter Schwerelosigkeit untersuchte. Dabei erinnert das Modell „Nostalgia“ von Linda Pfanzler (Hochschule Niederrhein) den Träger mit einer integrierten Duft-Bibliothek an die Erde. Die Anzüge der Kollektion „Dynamic Space“ von Rachel Kowalski (Hochschule Pforzheim) enthalten Elektroden, die in der Schwerelosigkeit wichtige Muskelgruppen stimulieren. Die Outfits von Leyla Yalcin und Sena Isikal (AMD Düsseldorf) wiederum stammen aus der Kollektion „Lift off“ in Zusammenarbeit mit dem Silberfaden-Hersteller Statex aus Bremen. Dazu gehört ein Schlafsack für Astronauten aus versilberter Flächenware, der auch als Overall genutzt werden kann und vor elektromagnetischen Strahlen schützt. Der mit Silberfäden verarbeitete Regenmantel wiederum reflektiert Licht und speichert die Körperwärme des Trägers.

Material Gallery: „All-Tags“-taugliche Fasern

Neben den Exponaten auf der Fläche bieten rund 40 Aussteller der Techtextil und Texprocess in einer „Material Gallery“ Impulse für faserbasierte und weltalltaugliche Materialien und Verarbeitungstechnologien. Für den Bereich „Civilization“ stehen unter anderem Abstandgewirke zur Anzucht von Gemüsepflanzen, für „Mobility“ unter anderem ein Carbongarn, aus dem ein Gehäuse für den Festtreibstoff-Booster der Ariane 6 gefertigt wurde. Die Material Gallery zeigt außerdem Faserverbundstrukturen aus Carbonfasern wie einen Roboterarm, einen Ganzkörperanzug, der die Bewegungen des Trägers in Echtzeit auf ein 3D-Modell überträgt, funktionelle Bekleidungstextilien mit flammhemmenden, antibakteriellen und temperaturregulierenden Eigenschaften sowie Membransysteme zur Entlüftung von Flugzeugen.

Exponate der ESA, des DLR sowie des Technikmuseums Speyer, darunter ein original Mars-Rover und Astronautenanzüge, machen das Areal zu einem außergewöhnlichen Messe-Erlebnis. Impulsvorträge von ESA-Experten für Technologietransfer an allen Messetagen ergänzen das Angebot zusätzlich.