Aus der Branche

Das Kick-Off-Meeting zum Projekt "Trends und Designfaktoren für Wasserstoffdruckbehälter", das kürzlich bei der AZL Aachen GmbH stattfand, war eine erfolgreiche Veranstaltung, die mehr als 37 Top-Experten auf dem Gebiet der Verbundtechnologien zusammenbrachte. Mit diesem Treffen wurde ein solides Fundament für das Joint Partner Projekt gelegt, das derzeit ein Konsortium von 20 Unternehmen aus der gesamten Wertschöpfungskette der Verbundwerkstoff-Druckbehälter umfasst: Ascend Performance Materials, Cevotec GmbH, Chongqing Polycomp International Corp. (CPIC), Conbility GmbH, Elkamet Kunststofftechnik GmbH, F.A. Kümpers GmbH & Co. KG, floteks plastik sanayi ticaret a.s., Formosa Plastics Corporation, Heraeus Noblelight GmbH, Huntsman Advanced Materials, Kaneka Belgium NV, Laserline GmbH, Mitsui Chemicals Europe GmbH, Plastic Omnium, Rassini Europe GmbH, Robert Bosch GmbH, Swancor Holding Co. Ltd, TECNALIA, Toyota Motor Europe NV/SA, Tünkers do Brasil Ltda.

Das Projekt folgt dem bewährten AZL-Ansatz eines Joint Partner Projekts, das darauf abzielt, Technologie- und Markteinblicke sowie Benchmarking verschiedener Material- und Produktionskonzepte zu ermöglichen und gleichzeitig die Experten entlang der Wertschöpfungskette zu vernetzen.

Das Kick-Off-Meeting diente nicht nur als Plattform, um neue Kontakte zu knüpfen und sich über die Expertise und Interessen der Konsortiumsmitglieder im Bereich Wasserstoffdruckbehälter zu informieren, sondern legte auch den Grundstein für die Ausrichtung der kommenden anspruchsvollen Projektphasen. Als Grundlage für die interaktive Diskussionsrunde erläuterte das AZL den Hintergrund, die Motivation und den detaillierten Arbeitsplan. Im Mittelpunkt des Dialogs standen die Hauptziele, die größten Herausforderungen, der Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit und die Prioritäten, mit denen die Erwartungen der Projektpartner am besten erfüllt werden können.

Die Diskussionen betrafen regulatorische Fragen, die sich wandelnde Wertschöpfungskette sowie die Versorgung mit und die Eigenschaften von Schlüsselmaterialien wie Kohlenstoff- und Glasfasern und Harzen. Das Konsortium definierte Untersuchungen zu verschiedenen Fertigungstechnologien, um deren Ausgereiftheit und potenziellen Nutzen zu bewerten. Konstruktionsauslegungen, einschließlich Liner, Boss-Design und Wickelmuster, werden unter Berücksichtigung ihrer Auswirkungen auf die mobile und stationäre Lagerung eingehend geprüft. Die Gruppe interessiert sich ebenfalls für kosteneffiziente Prüfmethoden und Zertifizierungsverfahren sowie für die Aussichten auf ein Recycling zu Endlosfasern und die Verwendung nachhaltiger Materialien. Es wurde um Einblicke in die künftige Nachfrage nach Wasserstofftanks, in die Bedürfnisse und Strategien der OEMs und in technologische Entwicklungen zur Herstellung wirtschaftlicherer Tanks gebeten.

Die Sitzung unterstrich die Bedeutung von CAE-Entwürfen für Fasermuster, die Eignung von Software und den anwendungsabhängigen Einsatz von duroplastischen und thermoplastischen Entwürfen.

Das erste Report Meeting wird auch den Rahmen für die nächste Projektphase abstecken, in der das AZL Ingenieurteam Referenzdesigns erarbeitet. Diese Designs werden eine Reihe von Druckbehälterkonfigurationen mit einer Vielzahl von Materialien und Produktionskonzepten abdecken. Ziel ist es, Modelle zu entwickeln, die nicht nur die aktuellen technologischen Möglichkeiten widerspiegeln, sondern auch tiefe Einblicke in die Kostenanalyse verschiedener Produktionstechnologien, deren CO₂-Fußabdruck, Recyclingaspekte und Skalierbarkeit bieten.

Das AZL Projekt ist weiterhin offen für zusätzliche Teilnehmer. Unternehmen, die an einer Teilnahme an dieser zukunftsorientierten Initiative interessiert sind, sind eingeladen, sich mit Philipp Fröhlig in Verbindung zu setzen.

Im Automobilbau, dem Schiffsbau und der Luftfahrtindustrie sowie bei Windenergieanlagen steigen die Materialanforderungen zusehends. Die verwendeten Werkstoffe sollen leicht, ressourcenschonend und gleichzeitig hochbelastbar sein. Faserverstärkte Kunststoffe (Composites) rücken immer mehr in den Vordergrund, da deren Eigenschaften in Kombination mit Glas- oder Carbonfasern metallischen Materialien oftmals überlegen sind. Mit Fokus auf die klimaneutrale Herstellung und Nutzung von Produkten wächst auch der Bedarf an Recyclinglösungen. Im SmartERZ-Projekt TRICYCLE arbeiten Unternehmen gemeinsam an geeigneten skalierbaren und wirtschaftlich tragfähigen Prozessen zum Recycling von Smart Composites. Momentan gibt es dafür keine Anbieter oder Konzepte am Markt.

Smart Composites bestehen aus Werkstoffen, deren Funktionalisierung durch die Integration oder Applikation elektrisch leitfähiger Komponenten, z. B. Sensoren oder Mikroprozessoren, erreicht wird. Dazu zählen zum Beispiel smarte Textilien, die elektronisch wärmen, Lichtsignale geben oder zur Datenübertragung genutzt werden können. Das breite Anwendungsspektrum und die vielseitigen Einsatzgebiete dieser intelligenten Verbundwerkstoffe und Multimaterialverbunde werden perspektivisch zu einem wachsenden Bedarf und einer stärkeren Nachfrage führen.

Die funktionale und vielschichtige Verbindung verschiedener Materialien wie Kunststoff, Metall und Textil wirft beim Thema Recycling Nachhaltigkeitsfragen auf. Im Erzgebirge werden dafür bereits heute Lösungen entwickelt. Im Rahmen des WIR!-Projektes SmartERZ ist das Verbundprojekt TRICYCLE entstanden. Mit dem Fokus auf den Strukturwandel im Erzgebirge haben sich acht ortsansässige Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammengetan, um ein Recyclingkonzept aufzustellen und die Grobplanung für ein erzgebirgisches Recycling Center zu entwickeln. Das Ende des Produktlebenszyklus und die Nachnutzung bzw. Wiederaufbereitung stehen dabei im Mittelpunkt des Entwicklungsprozesses. Im Ergebnis sollen effektive und maßgeschneiderte Maßnahmen für eine möglichst hochwertige Wiederverwendung entstehen. Diese sollen dem steigenden Aufkommen an Abfällen aus diesem wachsenden Bereich der deutschen Industrie begegnen und anwendungsbereit sein.

Klassische Herausforderungen für die Projektbeteiligten sind die irreversiblen Verbindungstechniken (z. B. Kleben, Faser-Matrix-Haftung), die Integration vieler verschiedener Materialien in geringen Mengen sowie Form und Größe der Bauteile. Eigene Untersuchungen sowie Feedback von Partnerunternehmen bestätigen die Notwendigkeit sowie den Nutzen eines passgenauen Recyclingprozesses für Smart Composites und intelligente Multimaterialverbünde. Das Projekt soll dazu beitragen, den Wirtschaftsstandort Erzgebirge attraktiver und zukunftsfähiger zu gestalten.

Am 1. September 2021 gestartet, kann TRICYCLE erste Ergebnisse vorweisen. Zunächst wurden die Bedarfe bei mittelständischen Unternehmen in der Region Erzgebirge abgefragt, um die aktuellen Gegebenheiten und den Status quo in Bezug auf technologische Recyclingkonzepte bestmöglich abzubilden. Für ein fundiertes Recyclingkonzept hat das TRICYCLE-Team drei Referenzbauteile für den vorgesehenen Prozess ermittelt, die in der erzgebirgischen Wirtschaft Verwendung finden, und folgenden Bereichen zugeordnet: Automotive, Technische Textilien mit applizierter Zusatzfunktion und Technische Textilien mit integrierter Zusatzfunktion.

Basierend auf dieser Auswahl, analysiert das Projektteam momentan die Herstellungs- und bisherigen Recyclingprozesse der Referenzbauteile. Das beinhaltet auch die Planung praktischer Versuche zum Recycling. Dabei fokussieren sich die Projektpartner auf ihr Know-how in verschiedenen chemischen, thermischen und mechanischen Prozessen zur Separierung, Rückführung und Wiederverwendung der eingesetzten Materialien. Um die Produkte den Recyclingtechnologien zugänglich zu machen, wurde die Herangehensweise innerhalb des Projekts angepasst, da insbesondere Textil aufgrund von Form und Struktur (z. B. endlose Struktur) herausfordernd sein kann.

Obwohl die Materialien selbst recycelbar sind, müssen diese dennoch für den Prozess optimal vorbereitet bzw. fachgerecht aufbereitet werden. Die Expertise und die Technologiekompetenz, die hierfür benötigt werden, ist bei den beteiligten Projektpartnern durch jahrzehntelange Erfahrung und zahlreiche Innovationen vorhanden. Das Zusammenspiel aller Beteiligten im Projekt TRICYCLE stellt bereits jetzt die Weichen für das geplante Recycling Center, um dieses später zum Drehkreuz zwischen regionalen Produktionsunternehmen und dem Recycling weiterzuentwickeln. Dieses soll als „Open Factory“ aufgebaut werden, um den Unternehmen des SmartERZ-Bündnisses bzw. perspektivisch der Region Erzgebirge eine gemeinsame Nutzung zu ermöglichen.

„Die Wiederverwendung der eingesetzten Ressourcen ist sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht zwingend geboten. Momentan gibt es weder Anlagenbauer noch Dienstleistungsanbieter mit den entsprechenden Kompetenzen zum Recycling von Smart Composites oder Multimaterialverbünden am Markt,“ stellt Johannes Leis, der Verbundkoordinator vom Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) in Chemnitz fest.Unter Leitung des STFI als Verbundkoordinator mit seiner über 30-jährigen Erfahrung in der Textilbranche und speziellem Know-how im Recycling von Carbonabfällen haben sich weitere Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammengefunden. Dazu zählen das Textilunternehmen Curt Bauer GmbH, die Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb der TU Chemnitz, das Ingenieurbüro Matthias Weißflog, der Hersteller für Faserverbundbauteile Cotesa GmbH, der Spezialvlieshersteller Norafin Industries (Germany) GmbH, das Recyclingunternehmen Becker Umweltdienste GmbH und die Hörmann Rawema Engineering & Consulting GmbH. Am Ende der Projektlaufzeit sollen ein einsatzfähiges, technologisches Recyclingkonzept für die zukünftigen entstehenden smarten Produkte sowie die in der Produktion entstehenden Abfälle (bspw. durch fehlerhafte Bauteile und Randbeschnitte) und ein Konzept für den Aufbau eines Recycling Centers vorliegen, das im Erzgebirge entstehen soll.