From the Sector

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.

Im Mittelpunkt des Messeauftritts des Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) stehen im Jahr 2022 aktuelle Entwicklungen, die sich dem Recycling und der Nachhaltigkeit von Leichtbauwerkstoffen widmen. Der Einsatz von rezyklierten Hochleistungsfasern wird an diversen Anwendungsbeispielen aus den Bereichen Sport und Freizeit sowie Mobilität erlebbar gemacht. Beispielsweise werden die Ergebnisse des zum 30.03.2022 beendeten IGF-Vorhabens „VliesSMC“ präsentiert. Gemeinsam mit dem Forschungspartner Fraunhofer ICT, Pfinztal, wurde im Rahmen des Projektes der Einsatz von rezyklierten Carbonfasern in der SMC-Prozesskette detailliert untersucht. Hierzu wurden zunächst Vliesstoffe entwickelt, die es ermöglichen, die rezyklierten Carbonfasern der SMC-Anlage zuzuführen. Die hergestellten SMC-Halbzeuge konnten anschließend sowohl im Form- als auch Fließpressverfahren verarbeitet werden. Der Benchmark mit konventionellen SMC-Produkten zeigte, dass bei niedrigerem Faservolumengehalt vergleichbare Kennwerte erzielt werden konnten.

Zukunftsweisende Materialien bieten zudem die Entwicklungen aus dem Bereich nachwachsender Rohstoffe in Kombination mit biobasierten Harzsystemen. Das Projekt Gro-Coce verfolgte das Ziel, durch die Verbindung nachhaltiger Bauprodukte und -weisen ein innovatives Deckensystem zu entwickeln, welches auf Grundlage der Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV-Bauweise) als ökonomische und ökologisch vorteilhafte Alternative zu den momentan vorherrschenden, energie- und ressourcenintensiven Deckenkonstruktionen aus Stahlbeton funktioniert. Das Deckensystem besteht aus Holzstegen, deren Zugzone durch hochleistungsfähige hanffaserbasierte Armierungstextilien verstärkt wird. Dadurch gelingt eine deutliche Reduktion des notwendigen Holzquerschnittes und eine anforderungsgerechtere sowie verantwortungsvollere Nutzung des Querschnitts für alle üblichen Spannweiten des Hoch- und Geschossbaus. Ziel war die Verwirklichung hoher mechanischer Kennwerte der Fasern, bei gleichzeitig geringer Streuung der Materialeigenschaften, um ein im Vergleich zu industriell gefertigten Fasern konkurrenzfähiges und nachhaltiges Produkt aufbieten zu können.

Zudem stellt das STFI neueste Möglichkeiten zur kontinuierlichen Herstellung von Organoblechen vor. Unter Einsatz einer Intervallheißpresse wurden in den letzten Jahren Organobleche auf Basis unterschiedlichster Verstärkungsstrukturen in Kombination mit thermoplastischen Matrixsystemen entwickelt. Die Palette reicht dabei vom industrieüblichen PP und PA bis hin zu hochtemperaturbeständigen Polymeren wie PPS oder PEI.

SPD, Grüne und FDP haben in ihren Koalitionsgesprächen das Ziel bekräftigt, den Anteil von Forschung und Entwicklung (FuE) am Bruttoinlandsprodukt (BIP) in Deutschland auf 3,5 Prozent zu steigern, gegenüber aktuell rund 3,2 Prozent. Im EU-Ranking steht Deutschland damit schon heute gut da. Doch wie sieht es mit den Forschungsausgaben innerhalb Deutschlands aus? Hier gibt es enorme Unterschiede zwischen den Regionen und auch innerhalb von Bundesländern, wie die neue Infografik der Zuse-Gemeinschaft zu den FuE-Pro-Kopf-Ausgaben in Deutschland zeigt.
 
Die regionalen Unterschiede bei den FuE-Ausgaben sind immens. Dicht hinter dem Regierungsbezirk Stuttgart mit Pro-Kopf-Ausgaben für Forschung und Entwicklung von knapp 4.000 Euro pro Jahr liegt die Statistische Region Braunschweig - Heimat des Volkwagen-Stammwerks in Wolfsburg - mit FuE-Ausgaben von mehr als 3.900 Euro. Die beiden Regionen bringen es bei den Pro-Kopf-Aufwendungen für FuE damit auf jeweils etwa das Dreifache des Bundesmittels von 1.325 Euro. Es handelt sich um die jüngsten verfügbaren Daten, die die Zuse-Gemeinschaft auf Basis von Angaben des Statistischen Bundesamtes für 2019 ermittelt hat. Am anderen Ende der Skala liegen Regionen in Nord- und Ostdeutschland mit Werten im niedrigen bis mittleren dreistelligen Bereich.

Auch wirtschaftlich relativ starke Gebiete wie z.B. die Statistische Region Hannover - der ehemalige Regierungsbezirk um die Landeshauptstadt - oder die Region Unterfranken liegen mit Werten von rd. 947 Euro bzw. rd. 1.200 Euro pro Kopf unter dem Bundesdurchschnitt bei den FuE-Ausgaben. Gleichzeitig sind jedoch z.B. diese beiden Regionen von Innovationsförderung aus dem erfolgreichen Programm INNO-KOM des Bundeswirtschaftsministeriums ausgeschlossen. Der Grund: Der Zugang zu INNO-KOM ist an die Struktur-förderkulisse der Gemeinschaftsaufgabe Verbesserung der regionalen Wirtschaftsstruktur (GRW) gekoppelt. „Diese Kopplung von INNO-KOM an die GRW-Förderkulisse ist nicht zielführend, denn sie ist ein Hindernis für die dringend notwendige verstärkte Teilhabe des Mittelstandes am Innovations-geschehen in Deutschland. Gemeinnützige Forschung für die Industrie muss bundesweit gefördert werden können“, fordert Jansen.

Bestätigt sieht sich die Zuse-Gemeinschaft mit ihrem Vorschlag durch Daten zu den Kooperationen der Institute. „Mehr als 70 Prozent der Kooperationspartner unserer Mitglieder sind in Regionen außerhalb des Institutssitzes angesiedelt. Das zeigt: Forschungstransfer für den Mittelstand gelingt überregional“, erklärt Jansen. Mit Blick auf die Ziele der künftigen Bundesregierung mahnt Jansen: „Eine Steigerung der staatlichen FuE-Ausgaben darf nicht Selbstzweck sein. Vielmehr muss der gelingende Transfer von Innovationen in Wirtschaft und Gesellschaft der Gradmesser sein. Wir brauchen daher mehr transferorientierte staatliche Förderung seitens des Bundes. Die neue Bundesregierung muss hier handeln.“

Das Thema Nachhaltigkeit ist immer wieder Bestandteil der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am Sächsischen Textilforschungsinstitut. In der aktuellen Ausgabe der STFI-Webtalks wird der Schwerpunkt auf nachhaltige und innovative Neuentwicklungen, im Speziellen mit dem Rohstoff Hanf gelegt.

Hanf ist abseits von Cannabis- und Seilherstellung vielseitig einsetzbar. Wie aus den Naturfasern neuartige Produkte entstehen können, wird Inhalt der Vorträge der Wissenschaftlerinnen Elke Thiele und Ina Sigmund sein. Beide präsentieren Ergebnisse von Projekten, deren Grundlage der Rohstoff Hanf bildete:

Der erste Teil der webTalks beschäftigt sich mit Biogenen Heavy Tows. Mit dem Ziel, Hochleistungsfaserverbunde aus Hanfbast zu entwickeln, wurde das Projekt gemeinsam mit den Forschungspartnern Invent GmbH Braunschweig, Technitex Sachsen GmbH, Hohenstein-Ernstthal und Hanffaser Uckermark eG, Prenzlau bearbeitet. In der Präsentation werden Möglichkeiten der Bastfaseraufbereitung zu endlosen Fasersträngen dargestellt und Varianten der Halbzeugherstellung präsentiert. Die Kennwerte der neuartigen Naturfaserverbunde bewegen sich im Bereich von Glasfaserverbunden.

Anschließend werden im zweiten Teil innovative Maschenwaren aus biologisch angebautem Hanf vorgestellt, die sogenannten Lyohemp-Strickwaren. Hanf aus regionalem Anbau ist aufgrund seines Eigenschaftsprofils nur bedingt für die Textilproduktion geeignet. Stand der Technik sind Vliesstoffe als textile Halbzeuge für die Produktion von Naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) für die Automobilindustrie oder Dämmstoffe. Hanfreststoffe bzw. ungenügende Faserqualitäten wurden daher als Ausgangsmaterial für die Zellstoffgewinnung herangezogen. Aus Hanfzellstoff wurde nach dem Lyocell-Verfahren eine Celluloseregeneratfaser entwickelt (Lyohemp), die sich zu feinen Garnen ausspinnen lässt.

Nächste Ausgabe der STFI webTalks am 12. August 2021 von 10:00 bis 10:45Uhr.
Die Teilnahme ist kostenlos und ohne Anmeldung über den Link möglich.

Im Projekt futureTEX forschen Industrieunternehmen, wissenschaftliche Einrichtungen und Verbände in einem interdisziplinären Kompetenznetzwerk, um die traditionsreiche Textilbranche in Deutschland fit für die Zukunft zu machen. Bis 2021 arbeiten die rund 300 Akteure an der Entwicklung wesentlicher Bausteine eines Zukunftsmodells.

In den vergangenen Monaten wurden dazu mehrere Forschungsvorhaben abgeschlossen. Unter anderem entwickelten die Partner in den Vorhabenkonsortien Leichtbauteile aus Hanfbastrinde oder photovoltaisch wirksame Schichten auf Technischen Textilien.

Parallel dazu starteten drei weitere Umsetzungsvorhaben, die unterschiedliche Aspekte des textilen Spektrums abdecken. Im F&E-Vorhaben digiTEX-PRO arbeiten die Partner an einer digitalen, textilen Prozesskette zur nasschemischen Funktionalisierung von textilen Flächengebilden. Das Ziel ist eine digital ansteuerbare flexible Ausrüstungstechnologie auf Basis von digitalen Verfahren aus der Druck- und Beschichtungsindustrie für die effiziente vollflächige und geometriegesteuerte Ausrüstung von textilen Flächen.

Beim Vorhaben iTEXFer steht die Entwicklung von vernetzten Fertigungssystemen und Wertschöpfungsstufen im Rahmen des Fabriklebenszyklus im Fokus. Als Ergebnis soll ein textilspezifischer, erweiterbarer Industrie 4.0-Baukasten entstehen, der neben Software und Methoden auch mechanisch-elektronischen Komponenten enthält. Damit sollen zukünftig Entwicklungszeit, Produktionsdurchlaufzeit, Ausfallzeit und die Ressourcennutzung optimiert werden.

Das Vorhabenkonsortium von T-EXoSuit plant die Entwicklung eines textilbasierten Exoskeletts mit individuell einstellbarem graduellen Bewegungswiderstand und User Interface zur präventiven und rehabilitativen Unterstützung des Bewegungsapparats. Mit der Orthese sollen Fehlhaltungen und Überlastungen durch ein individuelles angepasstes textiles Exoskelett reduziert werden. Gleichzeitig können mittels der integrierten Sensorik relevante Bewegungsdaten erfasst und analysiert werden.

Neu ist ebenfalls das futureTEX-Vorhaben „Von der Forschung in die Praxis - futureTEX Inkubator für technische Textilien und disruptive Produkte“. Das Vorhaben wird im Mai starten und als wichtiger Impulsgeber für den Transfer ausgewählter Vorhabenergebnisse in die Wirtschaft fungieren. Bis 2021 sollen nachhaltige Strukturen entwickelt werden, die futureTEX-Inhalte ganz gezielt zur Marktreife bringen. Gleichzeitig soll damit eine Innovationsplattform für die gesamte Branche etabliert werden, die ausdrücklich KMU einbindet sowie Lern- und Anwendungsmodule aufzeigt.