Aus der Branche

Die Windenergie ist essenzieller Bestandteil der Energiewende und damit Hoffnungsträger für Deutschlands Nachhaltigkeitsstrategie bis zum Jahr 2045. Doch rund ein Drittel der Windkrafträder in Deutschland haben ihre vorgesehene Nutzungsdauer bereits überschritten und stehen laut Fachagentur Wind und Energie kurz vor ihrem Abbau. Wir haben mit unserem Recycling-Experten für Verbundmaterialien – Fabian Rechsteiner – gesprochen, was mit den ausrangierten Anlagen passiert. Dabei gibt der Experte auch spannende Einblicke in die technischen und politischen Herausforderungen, die auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft im Bereich Windenergie noch zu überwinden sind.

Warum werden in Deutschland viele Windenergieanlagen über ihre technische Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren betrieben?
Wir als Endverbraucher kaufen den Strom immer zu dem Preis der teuersten Stromerzeugungstechnologie (Merit-Order) ein. Aktuell ist das Gas, das mit rund 11 Cent pro Kilowattstunde zu Buche schlägt. Windenergie kann hingegen unter optimalen Bedingungen sehr günstig produziert werden. Der Preis pro Kilowattstunde liegt derzeit bei rund 4 Cent. Darum ist es für Betreiber meist rentabler, ihre Anlagen 30 Jahre und länger zu betreiben. Sie sparen sich damit aufwendige Genehmigungs- und Planungsverfahren für den Bau neuer Anlagen. Das dauert in Deutschland leider oft zwischen sechs und acht Jahre. Auch die Logistik und der Transport neuer Anlagen sind komplex. Die Bauteile sind so groß, dass ihr Transport auf den Straßen und unter Brücken Millimeterarbeit ist. Nicht selten müssen dafür Bäume gefällt werden. Das stellt Betreiber vor eine Vielzahl von Herausforderungen und hohe Kosten. Die Alternative heißt dann oft Repowering. Dabei werden alte Anlagen mit Neueren ausgetauscht. Da der Standort bleibt, ist die Genehmigung dafür auch deutlich schneller zu bekommen.

Und was passiert mit den Anlagen, die nicht mehr weiterbetrieben werden können?
Die Anlagen werden abgebaut und recycelt. Der Turm aus Stahl wird wiederverwertet und das Fundament aus Zement wird zum Beispiel im Straßenbau genutzt. Das umfasst fast 90 Prozent der Anlage. Die größte Herausforderung stellt jedoch das Rotorblatt dar. Das besteht meist aus einem bunten Materialstrauß wie faserverstärkten Kunststoffen, Holz, Schaum, Metallen und vielem mehr. Leider machen sich Hersteller noch nicht allzu viele Gedanken darüber, was am Ende mit dem Material passiert. Auch politisch ist recyclinggerechtes Konstruieren noch nicht so stark eingefordert, wie es meiner Einschätzung nach sein sollte. Das macht das Recycling auch so schwer. Abhilfe könnte ein digitaler Produktpass schaffen. Durch ihn lassen sich die Materialien, die in Rotorblättern verbaut sind, besser nachzuvollziehen. Viele Windräder sind rund 30 Jahre alt und niemand weiß mehr genau, welche Materialien damals verwendet wurden. Aktuell gibt es noch keine standardisierte Dokumentation oder ein System, das diese Informationen langfristig speichert. Wenn man die Rotorblätter recyceln will, ist es aber wichtig zu wissen, welche Materialien verwendet wurden. Das wäre ein wichtiger Schritt, um das Recycling zu optimieren. Da das bislang noch nicht der Fall ist, arbeiten wir am Fraunhofer IGCV daran, Recyclingprozesse zu entwickeln, die diese Materialien besser verwertbar machen.

Wie sehen diese Recyclingprozesse konkret aus?
Wir verwenden einen Pyrolyse-Prozess, bei dem der zerkleinerte, faserverstärkte Kunststoff unter Ausschluss von Sauerstoff erhitzt wird. Das passiert unter Stickstoffatmosphäre, damit der Kunststoff nicht verbrennt, sondern sich thermisch zersetzt. Das Ziel des Prozesses ist es, die Fasern– meist Carbon- oder Glasfasern – vom Kunststoff zu trennen. Im Anschluss versuchen wir aus der Faser wieder ein Textil zu gewinnen. Die Fasern verarbeiten wir dann nicht mehr in ihrer ursprünglichen, endlosen Form, sondern als kürzere Varianten zu einem Vlies. Eine Herausforderung liegt für uns darin, die Fasern so gerichtet wie möglich in diesem Vlies anzuordnen. Denn je zielgerichteter und gleichmäßiger die Faser, desto besser sind die Eigenschaften des Vlieses in die gerichtete Richtung und desto ähnlicher sind sie neuen Materialien, was wiederum ihren Einsatz vereinfacht. Um das zu erreichen, entwickeln wir bei uns einerseits die Recyclingprozesse und andererseits die Anwendungsprozesse und Fertigungsprozesse aus den recycelten Fasern. Wir charakterisieren und analysieren die Eigenschaften der Recyclingmaterialien und vergleichen sie mit neuen Materialien.

Was unterscheidet denn das recycelte von neuem Material?
Die recycelte Carbonfaser hat größtenteils vergleichbare Eigenschaften. Das würde ihren Einsatz zum Beispiel sehr interessant für die Automobil- oder Sportindustrie machen. Ausnahme bilden Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen an die Struktur. In einem neuen Rotorblatt oder in der tragenden Struktur eines Flugzeuges wird man das recycelte Material daher nicht finden. Aber das ist ja auch gar nicht der Anspruch.

Wie steht es um die Forschung zum Recycling von Rotorblättern?
Die Prozesse sind schon weit entwickelt, sodass wir jetzt in die industrielle Umsetzung gehen könnten. Es gibt bereits Unternehmen, die sich in Deutschland mit Rotorblatt-Recycling beschäftigen. Das größte Problem ist jedoch, dass es noch keine ausreichende Nachfrage nach recycelten Materialien gibt. Viele Unternehmen scheuen Investitionen, weil der Markt noch unklar und unsicher ist. Politische Maßnahmen wie eine Recyclingquote wären hier sehr hilfreich, um die Nachfrage nach recyceltem Material zu steigern und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.

Fabian, zum Abschluss – gäbe es einen Wiederverwendungszweck für recycelte Windkraftanlagen, über den du dich ganz persönlich freuen würdest?
Da ich ein begeisterter Radfahrer bin, fände ich es natürlich großartig, wenn das recycelte Material in meinem Fahrrad landen würde. So würde sich nicht nur wirtschaftlich, sondern auch für mich ganz persönlich der Kreislauf schließen.

Bei der diesjährigen Preisverleihung der JEC Composites Innovation Awards ging die Auszeichnung in der Kategorie „Construction & Civil Engineering“ an das Projekt „DACCUSS“, welches die DITF als Koordinator geleitet haben. Die Firma TechnoCarbon Technologies GbR als Erfinder des Carbon Fiber Stone (CFS) erhielten den JEC Award zusammen mit ihren Entwicklungspartnern. Die Auszeichnung gilt der Entwicklung von Hauswänden aus Carbon Fiber Stone (CFS), einem CO2-negativen Kompositmaterial.

Mit den JEC Composites Innovation Awards zeichnet JEC jedes Jahr innovative und kreative Projekte aus, die das volle Potenzial von Verbundwerkstoffen demonstrieren. Unter Mitwirkung eines Entwicklungsteam von 12 Firmen und Forschungseinrichtungen konnte die Firma TechnoCarbon Technologies GbR erfolgreich ihr neuartiges DACCUSS-Bauelement für Hauswände aus Carbon Fiber Stone in den Wettbewerb einbringen.

Carbon Fiber Stone ist ein Baumaterial aus Naturstein und biobasierten Carbonfasern. Es dient als umweltfreundlicher Ersatz für CO2-intensiven Beton in der Bauindustrie. Während herkömmliche Betonwände bei der Herstellung in hohem Maße CO2 freisetzen, bindet das DACCUS-Bauelement 59 kg CO2 je Quadratmeter und hat dadurch eine negative CO2-Bilanz. Zudem wiegen die Elemente nur ein Drittel entsprechender Hauswände aus Stahlbeton.

Jedes DACCUS Bauelement besteht aus mehreren hochfesten Natursteinplatten aus magmatischem Gestein. Im Inneren der Konstruktion befinden sich biobasierte Carbonfasern, mit deren Entwicklung die DITF Denkendorf intensiv befasst sind. Sie bilden das Versteifungselement, das die hohe Festigkeit der Bauelemente ermöglicht und tragen ihrerseits zu der negativen CO2-Bilanz bei. Die Schicht zwischen den Natursteinplatten ist mit kohlenstoffnegativem Biokohlegranulat gefüllt, das für die Isolierung des Bauelementes verantwortlich ist. Das mineralische Sägemehl aus dem Zuschnitt der Gesteinsplatten kann als Bodenverbesserer ausgebracht werden und dient als Binder von freiem CO2 aus der Atmosphäre. Die strikte Orientierung an Prozessen und Materialien, die aktiv CO2 binden, hat die Fertigung eines Baumaterials mit CO2-negativer Bilanz ermöglicht.

Die Preisverleihung des JEC Composites Innovation Awards zeigt, dass sich das Forschungs- und Entwicklungsteam der prämierten Teilnehmer auf dem richtigen Wege zur Herstellung klimafreundlicher Materialien befindet.
 
Partner: Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF), TechnoCarbon Technologies GbR, Universität Hamburg (UHH), Labor für Stahl- und Leichtmetallbau GmbH (LSL), AHP GmbH & Co. KG, Technische Universität München (TUM), GVU mbH, Silicon Kingdom Holding Ltd., Gallehr Sustainable Risk Management GmbH, Peer Technologies GmbH & Co. KG, GREIN srl, Convoris Group GmbH, RecyCoal GmbH, ITA, Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen, LISD GmbH.

Aufgrund ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und ihrem geringen Eigengewicht werden in Leichtbauanwendungen, bei denen eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei zugleich minimalem Gewicht entscheidend sind, zunehmend carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) eingesetzt. Jedoch gehen mit dem wachsenden Einsatz an CFK auch große Mengen an Carbonfaserabfällen einher. Für diese haben sich bisher nur Verarbeitungsrouten etablieren können, die eine signifikante Verringerung der CFK-Eigenschaften und somit eine Einschränkung der Einsatzbereiche aufweisen. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) haben hochorientierte Tapes aus recycelten Carbonfasern (rCF) entwickelt, die auch für Hochleistungsanwendungen wie Strukturbauteile im Automobil wiedereingesetzt werden können.

Carbonfasern werden in der Regel aus erdölbasierten Rohstoffen in einem energieintensiven Prozess hergestellt, wobei große Mengen CO₂ ausgestoßen werden. Das verwendete Material entspricht einem Treibhauspotential von ungefähr 20 – 65 Kilogramm CO₂-Äquivalenten pro Kilogramm. Trotzdem steigt die Produktion von CFK weiterhin und mit ihr auch die Menge an CFK-Abfällen. Denn je nach Verarbeitungsverfahren fällt in der Produktion bis zu 50 Prozent Verschnitt an. Hinzu kommen große Mengen CFK-Abfälle in Form von Bauteilen, die das Ende ihrer Lebenszeit erreicht haben. Allein in Europa werden bis 2030 voraussichtlich etwa 8.000 Passagierflugzeuge mit erheblichen Anteilen an CFK aus dem Betrieb genommen.

Aktuell werden lediglich 15 Prozent der CFK-Abfälle rezykliert. Die übrigen über 85 Prozent dieser CFK-Bauteile landen am Ende ihrer Lebensdauer in Müllverbrennungsanlagen oder Deponien. Durch die Verbrennung kann zwar Energie in Form von Wärme oder Strom gewonnen werden. Ein Recycling der Carbonfasern würde jedoch weit mehr für den Klima- und Ressourcenschutz beitragen.

In den letzten Jahren wurden deshalb verschiedene Recyclingverfahren für CFK, wie die Pyrolyse oder Solvolyse, weiterentwickelt, um Carbonfasern in hoher Qualität zurückzugewinnen.

Im Vergleich zu Neufasern sind die Einsatzmöglichkeiten von recycelten Carbonfasern deutlich eingeschränkt. In einem Neufaserprodukt liegen Carbonfasern üblicherweise in Filamentsträngen von technisch unbegrenzter Länge und zudem in Lastrichtung orientiert vor. Auf diese Weise entfaltet die Carbonfaser ihr volles Potential, da sie ihre maximale Festigkeit in Faserrichtung aufweist. Durch das Recycling kommt es zwangsläufig zu einer Einkürzung der Carbonfasern auf Längen im Mikrometer- bis Zentimeterbereich. Zusätzlich geht die Lastrichtungsorientierung der Carbonfasern verloren, die Fasern liegen zunächst in Wirrlage vor.

Die DITF befassen sich nun bereits seit ca. 15 Jahren erfolgreich damit, die klassischen Spinnereiprozesse an das neuartige Fasermaterial rCF anzupassen. Ziel ist es dabei, eine neue Kategorie von rCF-Tape-Halbzeugen zu entwickeln und in ihren mechanischen Eigenschaften so zu verbessern, dass sie Neufasermaterial in strukturellen Anwendungen tatsächlich ersetzen kann. Nur dann sind carbonfaserbasierte Verbundwerkstoffe wirklich kreislauffähig.

Um ein orientiertes Halbzeug ähnlich eines Carbonprodukts aus Neufasern herzustellen, ist es entscheidend, die Wirrlage der rCF aufzuheben und die Fasern wieder parallel zueinander auszurichten. Eine vielversprechende Möglichkeit dies zu erreichen, stellt die Herstellung von hochorientierten Tapes dar.

Hierbei werden die Carbonfasern in einem ersten Schritt geöffnet und mit thermoplastischen Matrixfasern (Polyamid 6) gemischt. Im Anschluss wird die Fasermischung in einem für die Verarbeitung von Carbonfasern modifizierten Krempelprozess weiter separiert und orientiert. Am Auslauf der Krempel wird das im Krempelprozess entstehende Faserflor zu einem Faserband zusammengefasst und in eine Kanne abgelegt. Dieses rCF/PA6-Faserband stellt das Ausgangsmaterial für den folgenden Tapebildungs-Prozess dar und weist bereits eine Vororientierung der Carbonfasern auf. Im nachfolgenden Verstreckprozess kann die Orientierung der Fasern noch gesteigert werden. Durch das Verziehen des Faserbandes werden die Fasern in Verzugsrichtung bewegt und längs ausgerichtet. Der letzte Prozessschritt ist die Tapebildung, bei der das Faserband unter Spannung in die gewünschte Form gebracht und anschließend in eine endlose Tapestruktur fixiert wird. Bei der Fixierung schmelzen die Thermoplastfasern teilweise oder komplett auf und erstarren anschließend.

Diese an den DITF entwickelte Technologie zur Herstellung von hochorientierten rCF-Tapes wurde im Rahmen des Forschungsprojektes „Infinity“ (03LB3006) eingesetzt, um einen nachhaltigen und faserschonenden Recyclingkreislauf für CFK nachzuweisen. Auf Basis der „Infinity“-Tapes wurde ein Verbundwerkstoff entwickelt, der 88 Prozent der Zugfestigkeit und des Zugmoduls eines vergleichbaren Neufaserprodukts erzielte. Zudem ergab eine Lebenszyklusanalyse, dass sich das Treibhauspotenzial bei Einsatz von Pyrolysefasern um ca. 49 Prozent und für rCF aus Produktionsabfällen um ca. 66 Prozent reduziert.

Die Ergebnisse weisen somit den Weg zur echten Substitution von Neufaser-CFK durch Recycling-CFK anstelle des Downcyclings zu schwach orientierten Materialien und dem damit verbundenen Verlust an mechanischen Eigenschaften.

Am 17. September 2024 wurde am Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) das Nassvliestechnikum im Zentrum für Textile Nachhaltigkeit eröffnet. Mit dem Neubau des Zentrums für Textile Nachhaltigkeit und durch die Installation einer Nassvliesanlage, die eine anwendungsspezifische Verarbeitung von Kurzfasern ermöglicht, hat das Chemnitzer Institut seine Kompetenzen in den Bereichen Vliesstoffentwicklung, Textilrecycling und Prüfung erweitert.

Neben einer Reicofil© 4.5-Spinnvliesanlage stehen für Forschung und Entwicklung eine Meltblown-Laboranlage sowie Faservliesanlagen, sowohl im Labor- als auch im semiindustriellen Maßstab, zur Verfügung. Die Faservliesverfestigung am STFI ist rein mechanisch über Vernadeln, Vermaschen oder Wasserstrahlverfestigung sowie chemisch über verschiedene Bindersysteme möglich. Im Bereich Recycling sind Versuche auf einer kombinierten Anlage für die Wirrvliesbildung in den Verfahren Airlay oder Airlaid möglich. Mit der Nassvliesanlage sind am STFI ab sofort erstmals alle verfügbaren Vliesbildungstechnologien installiert.

Mit einer Arbeitsbreite von 600 mm und einer Anlagengeschwindigkeit von bis zu 10 m/min können einlagige Nassvliese hergestellt werden. Verarbeitet werden Kurzfasern mit Längen bis zu 25 mm sowie Faserstäube. Fast alle Fasertypen und Materialien in verschiedenen Längen, Dicken oder Aufbereitungszuständen sowie Materialmischungen und Recyclingfasern können zu Nassvliesstoffen verarbeitet werden. Entscheidend für das Produkt sind u.a. das Dispergierverhalten der Fasern und die Faserlänge. Im ersten Prozessschritt werden Fasern in Wasser zu einer Suspension dispergiert. Anschließend erfolgt mit dem Stoffauflauf auf einem schräggestellten Siebband die Vliesbildung. Die Verfestigung erfolgt thermisch durch die Zugabe von Bindefasern oder mittels zusätzlichem Bindemittelauftrag. Abschließend wird die Warenbahn getrocknet sowie gewickelt.

Nassvliesstoffe zeichnen sich durch eine hohe Gleichmäßigkeit in der Fläche bei geringer Materialdicke und gleichmäßigen Festigkeiten in Längs- und Querrichtung aus, was ihnen besondere Materialeigenschaften verleiht. Darüber hinaus besitzen sie das Potenzial für neuartige Materialeigenschaften, wie beispielsweise elektromagnetische Abschirmung. Ihre Anwendungsfelder sind u.a. Hygieneartikel, Verpackungen, Batterieseparatoren, Filtermedien, Verstärkungsstrukturen und Technische Textilien.

Aktuelle FuE-Themen der Nassvliestechnologie umfassen neben der Entwicklung moderner Filtermedien auch die Verarbeitung von recycelten Carbonfasern, Optimierung der Ausgangsmaterialien und Prozessparameter sowie die Entwicklung von Batteriekomponenten. Zudem wird am STFI zukünftig an der Skalierung und Produktivitätssteigerung von Nassvliesanlagen sowie an innovativen Materialkombinationen geforscht.

Für eine nachhaltige Zukunft der Textil- und Bekleidungsindustrie gilt es, die Stärken von Menschen und ihre Talente zu wecken und zu fördern“ – so lautete das gemeinsame Resümee des Walk4Future-Tages am TEXOVERSUM auf dem Campus der Hochschule Reutlingen. Hinter der Aktion unter dem Motto „Walk4Future – REthink Fashion“ steht Martina Gleissenebner-Teskey – das Model war Finalistin der 17. Staffel von Germany’s Next Topmodel, aber auch Autorin, systemische Coachin und studierte Ökologin. Um auf das Thema Nachhaltigkeit in der Modeindustrie aufmerksam zu machen, läuft sie die rund 1.500 Kilometer lange Strecke von ihrem Wohnort Klosterneuburg nach Paris zur Fashion Week zu Fuß.

Konkrete Lösungen aufzuzeigen, liegt ihr dabei am Herzen, so machte sie auf dem Weg unter anderem bereits Halt beim Südwesttextil-Mitgliedsunternehmen pervormance international in Ulm, das mit der Integration von Kühltechnologie in Bekleidung für die Einsparung von CO2 im Vergleich zu Klimaanlagen sorgt. Im TEXOVERSUM informierte sich die 52-jährige über die Angebote vor Ort – die Aus- und Weiterbildungsangebote der TEXOVERSUM Experts & Training Hub gGmbH, die Studiengänge der TEXOVERSUM Fakultät Textil und wie sowohl Auszubildende als auch Studierende das Thema Nachhaltigkeit vermittelt bekommen und in Projekten eigenständig daran arbeiten. Im Technikum der TEXOVERSUM Fakultät Textil zeigten Studierende, wie beispielsweise die Nassvliestechnologie, Naturfasern oder biobasierten Materialien zu einer nachhaltigeren Textilproduktion beitragen können. Zum Abschluss ihres Besuchs tauchte Martina Gleissenebner-Teskey in die Kollektion des studentisch geführten Modelabels RU Enterprises ein. Sie präsentierte die TEXOVERSUM Capsule Collection vor der futuristischen Fassade aus Glas- und Carbonfasern und Kleidungsstücke von Studentin Eleonora Fay aus Vintage Handtüchern im textilen Interieur des Gebäudes. So fanden zum Abschluss des Tages Ausbildung, Technologie, Innovation, Nachhaltigkeit und Kreation zu einer Symbiose zusammen.

Am 15. und 16. Mail fand das Kick-off-Meeting des REWIND-Projekts in Valencia, statt. REWIND befasst sich mit Verbundwerkstoffabfällen im Windenergiesektor. Es wird von Horizon Europe und CINEA (European Climate, Infrastructure and Environment Executive Agency) finanziert. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) sind einer von 14 Partnern aus sieben Ländern.

REWIND steht für Efficient Decommissioning, Repurposing and Recycling to increase the Circularity of end-of-life Wind Energy Systems. Das Projekt befasst sich mit der Verwertung von Windturbinenflügeln, wenn sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben. Die Projektpartner entwickeln grundlegende Technologien für die Demontage des Verbundwerkstoffs und Methoden, mit denen das Material zerlegt und bewertet wird. Im nächsten Schritt werden Recyclingverfahren und Möglichkeiten für die Wiederverwendung der Verbundwerkstoffe erarbeitet. Ziel ist es, die Windturbinenflügel kreislauffähig zu machen statt sie zu deponieren oder zu verbrennen.

Bei diesem ersten Treffen besprach das Forschungskonsortium die Ziele des Forschungsvorhabens und die Vorgehensweise. Aufgabe der DITF ist es, aus den von den Projektpartnern rezyklierten Glas- und Carbonfasern ein Garn und ein Gewebe für neue Bauteile oder für Reparatur-Sets von Windkraftanlagen zu entwickeln.

Das Projekt wird durch das Horizon Europe Framework Programme (HORIZON) der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 101147226 finanziert.

Partner:
AIMPLAS
TECKNIKER
IPC – Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites
Miljøskærm
Hochschule Pforzheim – Gestaltung, Technik, Wirtschaft und Recht
Deutsche Institute für Textil – und Faserforschung Denkendorf (DITF)
Alke Electric Vehicles
Suez Group
Bcircular
Composite Patch
TPI Composites Inc.
R-Nanolab
CiaoTech-Gruppo PNO
AEMAC.

Anlässlich der Messe Techtextil in Frankfurt hat der Vorsitzende der Walter Reiners-Stiftung des VDMA, Peter D. Dornier, sechs erfolgreiche Jungingenieurinnen und -ingenieure ausgezeichnet. Ausgelobt waren Förder- und Nachhaltigkeitspreise in den Kategorien Bachelor-/Projektarbeiten und Diplom-/Masterarbeiten. Für die Nachhaltigkeitspreise kommen akademische Arbeiten in Betracht, in denen beispielsweise Lösungen für ressourcenschonende Produkte und Technologien entwickelt werden.

Ein mit 3.000 Euro dotierter Nachhaltigkeitspreis in der Kategorie Bachelor verlieh die Walter Reiners-Stiftung Anna Markic. Thema ihrer an der Hochschule Reutlingen entstandenen Arbeit war das Recycling von Carbonfasern.

Mark Zenzinger, Hochschule Albstadt-Sigmaringen, erhielt einen mit 3.000 Euro dotierten Förderpreis in der Kategorie Bachelor. Sein Thema war die Automatisierung der Prozesskette zur Erzeugung von geschweißten textilen Hartwaren.

Ein weiterer Förderpreis, dotiert mit 3.000 Euro ging an Lena Fink von der TU Dresden. Ihre konstruktionstechnische Projektarbeit beschäftigte sich mit einer Vorrichtung zur Vereinfachung der Wartung von Flechtmaschinen.

Ein Förderpreis in der Kategorie Master, dotiert mit 3.500 Euro, wurde an Fabio Bußmann von der RWTH Aachen vergeben. In seiner Arbeit ergründete er die Ökobilanzen alternativer Halbzeuge für Geotextilien.

Katharina Maria Ernst, TU Dresden, wurde in der Kategorie Master mit einem Nachhaltigkeitspreis in Höhe von 3.500 Euro ausgezeichnet. Ihre Arbeit drehte sich um die Entwicklung eines geeigneten Prozesses zur Behandlung von Chitosanfasern als alternatives Ausgangsprodukt bei der Herstellung von Kohlenstofffasern.

Ein mit 3.500 Euro dotierter Förderpreis in der Kategorie Master wurde Lennart Hellwig von der RWTH Aachen zuerkannt. Er widmete sich dem Thema maschinelles Lernen am Beispiel einer Vliesstoff-Anlage.

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).

Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) haben mit Unterstützung des Landes Baden-Württemberg ihr Schmelzspinntechnikum modernisiert und maßgeblich erweitert. Die neue Anlage ermöglicht Forschung an neuen Spinnverfahren, Faser-Funktionalisierungen, und an nachhaltigen Fasern aus bioabbaubaren und biobasierten Polymeren.

Im Bereich Schmelzspinnen bearbeiten die DITF mehrere Forschungsschwerpunkte, zum Beispiel die Entwicklung von verschiedenen Fasern für medizinische Implantate oder von Fasern aus Polylactid, einem nachhaltigen biobasierten Polyester. Weitere Schwerpunkte sind die Entwicklung flammhemmender Polyamide und ihre Verarbeitung zu Fasern für Teppich- und Automobil-Anwendungen sowie die Entwicklung von Carbonfasern aus schmelzgesponnenen Präkursoren. Neu ist auch die Entwicklung einer biobasierten Alternative zu erdölbasierten Polyethylenterephtalat (PET)-Fasern zu Polyethylenfuranoat (PEF)-Fasern. Die Bikomponentenspinntechnik, bei der die Fasern aus zwei verschiedenen Komponenten hergestellt werden können, nimmt dabei einen besonderen Stellenwert ein.

Seit vor mehr als 85 Jahren Polyamid (PA) und viele andere Polymere entwickelt wurden, haben verschiedene schmelzgesponnene Fasern die textile Welt revolutioniert. Im Bereich der Technischen Textilien übernehmen sie vielfältige Funktionen: sie können – je nach der genauen Beschaffenheit – zum Beispiel elektrisch leitfähig oder lumineszent sein. Sie können über antimikrobielle Eigenschaften verfügen sowie flammhemmend sein. Sie eignen sich für den Leichtbau, für Anwendungen in der Medizin oder für die Dämmung von Gebäuden.

Um die Umwelt und Ressourcen zu schützen, sollen zukünftig einerseits mehr biobasierte Fasern eingesetzt werden und andererseits die Fasern nach der Nutzung besser rezykliert werden können. Hierzu forschen die DITF an nachhaltigen Polyamiden, Polyestern und Polyolefinen sowie an vielen weiteren Polymeren. Viele 'klassische', also erdölbasierte, Polymere können nach der Anwendung nicht oder nur unzureichend in ihre Bestandteile aufgelöst oder direkt rezykliert werden. Ein wichtiges Ziel neuer Forschungsarbeiten ist es deshalb, systematische Recycling-Methoden zu möglichst hochwertigen Fasern weiter zu etablieren.

Für diese Zukunftsaufgaben wurde im Januar an den DITF eine Bikomponenten-Spinnanlage der Firma Oerlikon Neumag in einer industriellen Größenordnung aufgebaut und in Betrieb genommen. Das BCF-Verfahren (bulk continuous filaments) erlaubt eine spezielle Bündelung, Aufbauschung und Verarbeitung der (Multifilament-) Fasern. Dieses Verfahren ermöglicht die großskalige Synthese von Teppichgarnen sowie die Stapelfaserproduktion, ein Alleinstellungsmerkmal in einem öffentlichen Forschungsinstitut. Ergänzt wird die Anlage durch ein sogenanntes Spinline-Rheometer. Damit können eine Reihe an messspezifischen chemischen und physikalischen Daten online und inline erfasst werden, was zum erweiterten Verständnis der Faserbildung beitragen wird. Außerdem wird ein neuer Compounder für die Entwicklung von funktionalisierten Polymeren und für das energiesparende thermomechanische Recycling von Textilabfällen eingesetzt.

Auf der diesjährigen JEC World zeigt das STFI Highlights aus dem Carbonfaserrecycling sowie einen neuen Ansatz von hanfbasierten Bastfasern, die als Bewehrung im Leichtbau vielversprechende Eigenschaften mitbringen.

Grünes Snowboard
Auf der JEC World in Paris vom 5. bis 7. März 2024 zeigt das STFI ein Snowboard der Firma silbaerg GmbH mit patentiertem anisotropen Kopplungseffekt aus Hanf und recycelten Carbonfasern mit biobasiertem Epoxidharz. An der Entwicklung des Boards waren neben silbaerg und STFI auch die Partner Circular Saxony - das Innovationscluster für die Kreislaufwirtschaft sowie FUSE Composite und die bto-epoxy GmbH beteiligt. Das grüne Snowboard wurde mit JEC Innovation Award 2024 in der Kategorie „Sport, Freizeit und Erholung“ ausgezeichnet.

VliesComp
Rezyklate in verschiedenen Leichtbaulösungen wieder in den Markt zu bringen, ist das Ziel der im Projekt VliesComp vereinigten Industriepartner Tenowo GmbH (Hof), Siemens AG (Erlangen), Invent GmbH (Braunschweig) und STFI. Beispielhaft wurden dabei unter anderem die Anwendungsfelder „Innovative E-Maschinenkonzepte für die Energiewende“ und „Innovative E-Maschinenkonzepte für die E-Mobilität“ betrachtet. Gezeigt wird auf der JEC World in Paris ein Leichtbaulagerschild für E-Motoren, das auf Basis von Hybridvliesstoffen – einer Mischung aus thermoplastischer Faserkomponenten und recycelter Verstärkungsfasern – sowie auch Vliesstoffen mit 100 % recycelten Verstärkungsfasern hergestellt wurde. Das Lagerschild wurde schlussendlich mit einem Rezyklatanteil von 100 % gefertigt. Die Untersuchungen ergaben, dass im Vergleich zur Variante aus Primärkohlenstofffasern im RTM-Verfahren eine Reduzierung des CO₂-Äquivalents um 14 % bei gleicher Leistung möglich ist. Die Berechnung zur Verwendung des Prepreg-Verfahrens unter Nutzung eines Bioharzsystems zeigt ein Potenzial zur Reduzierung des CO₂-Äquivalents um fast 70 %.

Bastfaserbewehrung
Zur Stabilitätserhöhung im Pflanzenstängel bilden sich im Rindenbereich Bastfasern aus, die den Stengel stützen, aber im Gegensatz zum starren Holz sehr flexibel aufgebaut sind und es ermöglichen, dass schlanke, hohe Pflanzen sich im Wind bewegen können, ohne zu brechen. Ein neues Verfahren gewinnt die Bastrinde des Hanfes durch Schälen. Die daraus erzielten Kennwerte, wie Zug-E-Modul, Bruchkraft und Dehnung, sind vielversprechend im Vergleich mit den am Markt verfügbaren Endlosrovingen aus Flachs. Das Material könnte als Bewehrung im Leichtbau seine Anwendung finden. Das STFI stellt zur JEC World Bewehrungsstäbe aus, die im Pultrusionsverfahren auf Basis biobasierter Bewehrungsfasern aus Hanfbast für mineralische Matrices, zu einem Gewirke verarbeitet wurden.