Aus der Branche

Die DITF leiten das Verbundprojekt „DACCUS-Pre*“. Die Grundidee des Projektes ist es, einen neuen Baustoff zu entwickeln, der langfristig Kohlenstoff speichert und der Atmosphäre sogar mehr CO₂ entnimmt, als bei seiner Herstellung freigesetzt wird.   

In Zusammenarbeit mit der Firma TechnoCarbon Technologies ist das Vorhaben inzwischen fortgeschritten – ein erster Demonstrator als Hauswandelement konnte realisiert werden. Dieser besteht aus drei Werkstoffen: Naturstein, Carbonfasern und Biokohle. Jede einzelne Komponente trägt dabei in unterschiedlicher Art und Weise zu der negativen CO₂-Bilanz des Werkstoffs bei:

Zwei Gesteinsplatten aus Naturstein bilden die Sichtwände des Wandelements. Durch die mechanische Bearbeitung des Materials, dem Zusägen in Gesteinstrennmaschinen, fallen nennenswerte Mengen an Gesteinsstaub an. Dieser ist durch seine große spezifische Oberfläche sehr reaktionsfreudig. Durch Silikatverwitterung des Gesteinsstaubs wird einen große Menge CO₂ aus der Atmosphäre dauerhaft gebunden.

Carbonfasern in Form von technischem Gewebe verstärken die Seitenwände der Wandelemente. Sie nehmen Zugkräfte auf und sollen, analog zu Verstärkungsstahl in Beton, den Baustoff stabilisieren. Die verwendeten Carbonfasern sind biobasiert, hergestellt auf der Basis von Biomasse. Lignin-basierte Carbonfasern, wie sie an den DITF Denkendorf seit langem technisch optimiert werden, sind für diese Anwendung besonders geeignet: Sie sind durch niedrige Rohstoffkosten günstig und haben eine hohe Kohlenstoffausbeute. Außerdem sind sie nicht, wie Verstärkungsstahl, anfällig für Oxidation und dadurch wesentlich länger haltbar. Wenngleich Carbonfasern in der Herstellung energieintensiver sind als Stahl, wie er in Stahlbeton verwendet wird, so wird doch nur eine geringe Menge für den Einsatz im Baustoff benötigt. Dadurch ist die Energie- und CO₂-Bilanz erheblich besser als für Stahlbeton. Durch die Verwendung von Solarwärme und Biomasse zur Herstellung der Carbonfasern und die Verwitterung der Steinstäube wird die CO₂-Bilanz des neuen Baumaterials insgesamt sogar negativ, wodurch CO₂-negatives Bauen von Gebäuden möglich wird.

Die dritte Komponente des neuen Baumaterials besteht aus Biokohle. Diese kommt als Füllmaterial zwischen den beiden Gesteinsplatten zum Einsatz. Die Kohle wirkt als effektives Dämmmaterial. Sie ist zusätzlich ein dauerhafte CO₂-Speicherquelle, die in der CO₂-Bilanz des gesamten Wandelements eine nennenswerte Rolle spielt.

Aus technischer Sicht ist der bereits realisierte Demonstrator, ein Wandelement für den konstruktiven Bau, weit ausgereift. Als Naturstein wurde ein Gabbro aus Indien verwendet, der optisch hochwertig und für hohe Lastaufnahmen geeignet ist. Das wurde in Lasttests nachgewiesen.  Biobasierte Carbonfasern dienen als Decklagen der Gesteinsplatten. Die Biokohle der Firma Convoris GmbH zeichnet sich durch besonders gute Wärmeisolationswerte aus.

Die CO₂-Bilanz einer Hauswand aus dem neuen Werkstoff wurde berechnet und der von etabliertem Stahlbeton gegenübergestellt. Es ergibt sich eine Differenz in der CO₂-Bilanz von 157 CO₂-Equivalenten je Quadratmeter Hauswand. Eine deutliche Einsparung!

* (Methods for removing atmospheric carbon dioxide (Carbon Dioxide Removal) by Direct Air Carbon Capture, Utilization and Sustainable Storage after Use (DACCUS).

Toray Industries, Inc. announced the successful development of recycled carbon fiber (rCF) derived from the production process of the Boeing 787 components using Toray’s advanced carbon fiber, TORAYCA™. The rCF, which is based on pyrolysis recycling process, has been integrated into the Lenovo ThinkPad X1 Carbon Gen 12 as reinforcement filler for thermoplastic pellets. Toray and Lenovo will continue to collaborate to expand the usage of rCF in other Lenovo products.

Toray rCF is the outcome of Boeing and Lenovo’s shared commitment to minimize their environmental impact. Boeing’s objective is to reduce solid waste going to landfill and produce recyclable materials, while Lenovo has been exploring materials to reduce the carbon footprint of their products. Toray rCF connects these visions by repurposing Toray’s high-performance carbon fiber from the Boeing aircraft production process into Lenovo’s ultra-light laptop PC.

TORAYCA™ is an established aerospace material known for its high strength, stiffness, and lightweighting properties. These qualities have led to its adoption in other applications such as electrical and electronic equipment housings, sports equipment, and other industrial applications.

A key advantage of carbon fiber is the ability to retain its primary mechanical properties even after the recycling process. Toray is actively advancing recycling technologies and establishing a strategic business model for rCF. Given that the carbon footprint of rCF is lower than that of virgin carbon fiber, Toray is proactively recommending the adoption of rCF to reduce the environmental impact of customers’ products. This commitment aligns with Toray’s dedication to fostering a circular economy, thereby reducing landfill waste.

Sicomin has confirmed that eco-surfboard specialist NOTOX will use GreenPoxy 56 in its latest line of R-CARBON boards. The new NOTOX R-CARBON boards are the first to use 100% upcycled carbon fibre fabrics recovered from a production waste stream at Airbus.

NOTOX, founded in 2006 and based in Basque, France, has partnered with Sicomin to use GreenPoxy bio-resins in several earlier flax, cork, and bamboo reinforced boards. In a quest to now produce the most sustainable carbon fibre reinforced boards possible, NOTOX has signed a formal agreement with Airbus Nantes to purchase defective carbon fabrics that were destined for landfill.

The new NOTOX technology gives a second life to Airbus carbon fabrics that are declared unusable for aerospace applications due to short roll lengths, an inability to be pre-formed, or other defects. The upcycled materials are combined with Sicomin GreenPoxy 56 and Surf Clear hardener, producing an extremely clear, high gloss laminate with high mechanical properties. NOTOX use a precisely controlled wet lamination process with vacuum bag consolidation to wet out the upcycled woven carbon fabrics and minimise resin consumption in the manufacturing process.

In addition to selecting a high bio-content resin – GreenPoxy 56 derives 56% of its carbon content from plant sources – NOTOX has also sourced the most sustainable carbon fibre fabrics. Full life cycle analysis by NOTOX has shown that using waste carbon fabrics from Airbus is significantly more energy efficient than using other recycled short fibre carbon, confirming the importance of upcycling this key raw material.

• Hightech-Textilien für zukunftsorientierte Bauprojekte

Gebäudehüllen, Brücken, Treppen, Fassaden … Bau-Projekte sind enormen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Oft kommen erhebliche klimatische oder umweltbedingte Einwirkungen hinzu. Faserverstärkte Werkstoffe sind deshalb zunehmend auch in Bauprojekten im Einsatz. Denn neben vielen weiteren spannenden Eigenschaften bringen sie hohe mechanische Festigkeit, niedriges Gewicht und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit mit.

Die perfekte Basis für die innovativen Baustoffe bilden Bänder, Schläuche, Profile und 3D-Gewebe von vombaur. Die nahtlos rund oder in Form gewebten Schmaltextilien aus Hochleistungsfasern sind extrem belastbar, weil sie weder Naht- noch Schweißverläufe – und damit keine unerwünschten Bruchstellen – aufweisen. Ihre Oberflächeneigenschaften sind über die gesamte Länge identisch. Composite Textiles von vombaur bieten dadurch eine Leichtbaulösung für anspruchsvolle Aufgaben, die so zuverlässig wie langlebig ist.

Sichere und langlebige Lösungen für anspruchsvolle Anwendungen
Die Anwendungsmöglichkeiten für Leichtbauteile in der Bau-Industrie sind so zahlreich wie die Projekt-Ideen der Planungs- und Konstruktionsteams.
•    Seile und Zugglieder aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK)
•    Bewehrung von Baukonstruktionen aus Beton, Stahl, Holz oder anderen Materialien
•    Nachhaltige Sanierungsmaßnahmen an Brücken und Gebäuden
•    FVW-Lamellen als Verstärkungen bei Instandsetzungsmaßnahmen
•    (gefüllte) GFK-Rohre aus nahtlosrundgewebten Schläuchen von vombaur als Säulen/Pfosten
•    CFK-Profile als Stahlträgerersatz
•    Hohlprofile mit individuell entworfenem Querschnitt
•    Glasfaserverstärkte Verbindungselemente für Verglasung zur Minimierung von Dehnungsdifferenzen zw. Verbindungselement und Glas
•    Individuelle Lichtschächte

Visionen verwirklichen – mit Composite Textiles von vombaur
vombaur ermöglicht als Entwicklungspartner innovative Composites-Projekte für anspruchsvolle Anwendungen. In innovativen und sicherheitssensiblen Branchen wie Automotive und Aviation, Chemie und Anlagenbau.  Die Composites-Expertinnen und -Experten von vombaur entwickeln, bemustern und fertigen Webbänder und nahtlos rund- oder in Form gewebte Textilien von vombaur – gemeinsam mit den Entwicklungsteams der Kundenunternehmen und individuell für die jeweiligen Projekte. So entstehen neuartige und einzigartige Leichtbauteile aus Hochleistungstextilien für visionäre Leichtbau-Projekte.   

„Faserverstärkte Verbundstoffe sind der ideale Werkstoff für zukunftsorientierte Bau-Projekte“, erklärt Dr.-Ing. Sven Schöfer, Head of Development and Innovation von vombaur. „Ihre herausragenden technischen Eigenschaften und gestalterischen Möglichkeiten eröffnen für Bauprojekte neue und faszinierende Perspektiven. Vom Hochbau bis zum Tiefbau, vom Brückenbau bis zum Innenausbau. Als erfahrener Entwicklungspartner für anspruchsvolle Leichtbauteile bringen wir von vombaur in solche Zukunftsprojekte unsere seamless solutions ein.“

• Kohlenstoff mit mehreren Leben

Geht es um die Zukunft der motorisierten Mobilität, reden alle vom Antrieb: Wie viel E-Auto, wie viel Verbrenner verträgt die Umwelt und braucht der Mensch? Zugleich stellen neue Antriebe erhöhte Anforderungen nicht nur an den Motor, sondern auch an dessen Gehäuse und die Karosse: Für solch anspruchsvolle Anwendungen kommen häufig Carbonfasern zum Einsatz. Wie der Antrieb der Zukunft, sollten auch die Werkstoffe am Fahrzeug umweltfreundlich sein. Deshalb ist Recycling von Carbonfasern gefragt. Lösungen dafür haben Institute der Zuse-Gemeinschaft entwickelt.

Carbonfasern, auch als Kohlenstofffasern oder verkürzt als Kohlefasern bekannt, bestehen fast vollständig aus reinem Kohlenstoff. Sehr energieaufwändig wird er bei 1.300 Grad Celsius aus dem Kunststoff Polyacrylnitril gewonnen. Die Vorteile der Carbonfasern: Sie haben kaum Eigengewicht, sind enorm bruchfest und stabil. Solche Eigenschaften benötigt man z.B. am Batteriekasten von E-Mobilen oder in Strukturbauteilen der Karosserie. So arbeitet das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) aktuell gemeinsam mit Industriepartnern daran, statisch-mechanische Stärken der Carbonfasern mit Eigenschaften zur Schwingungsdämpfung zu verknüpfen, um die Gehäuse von E-Motoren im Auto zu verbessern. Angedacht ist in dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt die Entwicklung sogenannter Hybridvliesstoffe, die neben der Carbonfaser als Verstärkung weitere Faserstoffe enthalten. „Wir wollen, die Vorteile unterschiedlicher Faserstoffe verbinden und so ein optimal auf die Anforderungen abgestimmtes Produkt entwickeln“, erläutert Marcel Hofmann, STFI-Abteilungsleiter Textiler Leichtbau.

Damit würden die Chemnitzer Forschenden bisherige Vliesstoff-Lösungen ergänzen. Sie blicken auf eine 15-jährige Geschichte in der Arbeit mit recycelten Carbonfasern zurück. Der globale Jahresbedarf der hochwertigen Fasern hat sich im vergangenen Jahrzehnt fast vervierfacht, laut Angaben der Industrievereinigung AVK auf zuletzt rd. 142.000 t. „Die steigende Nachfrage hat das Recycling immer stärker in den Fokus gerückt“, betont Hofmann. Carbonfaserabfälle sind ihm zufolge für etwa ein Zehntel bis ein Fünftel des Preises von Primärfasern erhältlich, müssen aber noch aufbereitet werden. Dreh- und Angelpunkt für den Forschungserfolg der recycelten Fasern sind konkurrenzfähige Anwendungen. Die hat das STFI nicht nur am Auto, sondern auch im Sport-Freizeitsektor sowie in der Medizintechnik gefunden, so in Komponenten für Computertomographen. "Während Metalle oder Glasfasern als potenzielle Konkurrenzprodukte Schatten werfen, stört Carbon die Bilddarstellung nicht und kann seine Vorteile voll ausspielen“, erläutert Hofmann.

Papier-Knowhow nutzen
Können recycelte Carbonfasern nochmals den Produktkreislauf durchlaufen, verbessert das ihre CO2-Bilanz deutlich. Zugleich gilt: Je kürzer die Carbonfasern, desto unattraktiver sind sie für die weitere Verwertung. Vor diesem Hintergrund entwickelten das Forschungsinstitut Cetex und die Papiertechnische Stiftung (PTS), beide Mitglieder der Zuse-Gemeinschaft, im Rahmen eines Forschungsvorhabens ein neues Verfahren, das bislang wenig geeignet erscheinende Recycling-Carbonfasern ein zweites Produktleben gibt. „Während klassische Textilverfahren die ohnehin sehr spröden Recycling-Carbonfasern in Faserlängen von mind. 80 mm trocken verarbeiten, beschäftigten wir uns mit einem Verfahren aus der Papierindustrie, welches die Materialien nass verarbeitet. Am Ende des Prozesses erhielten wir, stark vereinfacht gesprochen, eine flächige Matte aus recycelten Carbonfasern und Kunststofffasern“, erläutert Cetex-Projektingenieur Johannes Tietze das Verfahren, mit dem auch 40 mm kurze Carbonfasern zu attraktiven Zwischenprodukten recycelt werden können. Das danach in einem Heißpressprozess entstandene Erzeugnis dient als Grundmaterial für hochbelastbare Strukturbauteile. Zusätzlich wurden die mechanischen Eigenschaften der Halbzeuge durch die Kombination mit endlosfaserverstärkten Tapes verbessert. Das Recyclingprodukt soll, so die Erwartung der Forschenden, glasfaserverstärkten Kunststoffen, Konkurrenz machen, z.B. bei Anwendungen im Schienen- und Fahrzeugbau. Die Ergebnisse fließen nun in weiterführende Forschung und Entwicklung im Kooperationsnetzwerk Ressourcetex ein, einem geförderten Verbund von 18 Partnern aus Industrie und Wissenschaft.

Erfolgreiche Umsetzung in der Autoindustrie
Industriereife Lösungen für die Verwertung von Carbonfaser-Produktionsabfällen werden im Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt (TITK) entwickelt. Mehrere dieser Entwicklungen wurden mit Partnern beim Unternehmen SGL Composites in Wackersdorf industriell umgesetzt. Die Aufbereitung der so genannten trockenen Abfälle, hauptsächlich aus Verschnittresten, erfolgt nach einem eigenen Verfahren. „Dabei führen wir die geöffneten Fasern verschiedenen Prozessen zur Vliesherstellung zu“, sagt die zuständige Abteilungsleiterin im TITK, Dr. Renate Lützkendorf. Neben den Entwicklungen für den Einsatz z.B. im BMW i3 in Dach oder Hintersitzschale wurden im TITK spezielle Vliesstoffe und Verfahren für die Herstellung von Sheet Molding Compounds (SMC) etabliert, das sind duroplastische Werkstoffe, die aus Reaktionsharzen und Verstärkungsfasern bestehen und zum Pressen von Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet werden. Eingang fand dies z.B. in einem Bauteil für die C-Säule des 7er BMW. „In seinen Projekten setzt das TITK vor allem auf die Entwicklung leistungsfähigerer Prozesse und kombinierter Verfahren, um den Carbonfaser-Recyclingmaterialien auch von den Kosten her bessere Chancen in Leichtbauanwendungen einzuräumen“, betont Lützkendorf. So liege der Fokus gegenwärtig auf dem Einsatz von CF-Recyclingfasern in thermoplastischen Prozessen zur Platten- und Profilextrusion. „Ziel ist es, die Kombination von Kurz- und Endlosfaserverstärkung in einem einzigen, leistungsfähigen Prozess-Schritt zu realisieren.“