CFRP-genbrug – ind i batteriet i stedet for affaldet

Kulfiberforstærket plast får stadig større betydning som komponenter i fly. Tendensen øger behovet for bæredygtige genbrugskoncepter. På ILA fra 25. til 29. april, 2018 i Berlin, Fraunhofer vil præsentere en teknologi, der omdanner genbrugte kulfibre til materialer til batterier og brændselsceller. Dette sparer omkostninger, forbedrer CO2-balancen og åbner op for nye midler til genanvendelse i flyproduktionen.

Moderne bredkropsfly består i dag af over 50 procent kulfiberforstærket plast (CFRP). Materialet er installeret, for eksempel, over et stort område i vingerne eller flykroppen. Med kulfibre indlejret i en plastikmatrix, kompositten er lettere end tidligere anvendte materialer, mens den stadig er meget stabil. Den afgørende fordel for luftfarten:på grund af deres lavere vægt, fly har brug for mindre brændstof. "Fremstilling og forarbejdning af CFRP er i øjeblikket meget tidskrævende. Efterspørgslen efter bæredygtige genbrugskoncepter er derfor støt stigende, " bemærker Elisa Seiler, videnskabsmand ved Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT i Pfinztal, Tyskland. Mængderne af CFRP-genbrugsmateriale er enorme:for Airbus 350, for eksempel, de summer op til over 65 tons. "Ud over dette er der andre relevante skrotmængder, der allerede opstår under produktionen, " tilføjer Seiler.

Bipolar plade fremstillet

Fraunhofer ICT har mange års erfaring med udvikling af teknologier til fiberforstærket plast. På ILA, messen for innovation inden for luftfart og rumfart, forskerne præsenterer et koncept, der vil blive brugt til at genvinde materialer til batterier og brændselsceller ud af genanvendte kulfibre. Sammen med partnere, det har været muligt at bruge genvundne kulfibre til at fremstille en prototype af en bipolær plade – en elektrode – i industriel skala. Resultatet er baseret på forskning fra "Graphit 2.0" og "RETRO" projekterne.

"Elektriske drev er nu også et seriøst emne i luftfartsindustrien. Producenter kan direkte udføre værdibevarende genbrug ved at overføre materialer fra den ene applikation til den næste, " siger Seiler. Kulfibrene er elektrisk ledende og er velegnede som erstatning for naturlig grafit, som også består af kulstof:et ressourcekritisk råstof til den tyske økonomi, der i øjeblikket skal importeres fra Kina med store omkostninger.

Mad til 3-D print

En anden fordel:genbrugt CFRP kan bruges til additive fremstillingsprocesser såsom 3-D-print. "Dette er også et trendemne i branchen, der gør produktionsprocesser mere effektive og sparer omkostninger, siger Seiler. flyfabrikanter skal også overholde EU-kravene, der har været gældende siden 2015:op til 85 procent af gennemsnitsvægten af ​​et brugt køretøj skal genbruges. Derudover:I Tyskland, deponering af CFRP er forbudt, og affaldsforbrændingsanlæg kan nægte at modtage materialet.

Pyrolyse med mikrobølgestråling

CFRP-eksperterne har udviklet en speciel proces, hvormed kulfibre kan genvindes fra plastmatricen. For at gøre det, de bruger mikrobølgestråling til at brænde plastikmatrixen, der omgiver fibrene. For at fibrene ikke brænder op ved temperaturer op til 900 grader Celsius, forbrændingen skal udføres uden ilt. "I teknisk jargon, dette kaldes pyrolytisk nedbrydning, Seiler forklarer. Fordelen ved mikrobølgestråling:energieffektivitet – en hel ovn skal ikke længere opvarmes, kun selve komponenten. Kollegerne fra afdelingen Polymer Engineering ved Fraunhofer ICT indlejrer de genvundne fibre i termoplastisk materiale. Dette kompositmateriale har lignende egenskaber som grafit og er velegnet til fremstilling af bipolære plader. "Vores prototype bestod alle testene for ledningsevne, tæthed og korrosionsbestandighed perfekt, " rapporterer Seiler.

"Vi har bevist, at det generelt er muligt at bruge genbrugte CFRP-fibre til at producere bipolære plader til batterier og brændselsceller. Dette viser, at genanvendelse fungerer i en holistisk tilgang. Dette er især interessant for luftfartsindustrien, " siger Seiler i en opsummering af merværdien af ​​forskningsarbejdet. Både det genbrugte CFRP såvel som de bipolære plader fremstillet af det kan ses på ILA. De næste skridt frem til forsommeren er karakteriseringen af ​​de bipolære plader i battericellen netværk og undersøgelser vedrørende livscyklusvurderingen. vi ønsker at tune teknologien, så vi kan fremstille bipolære plader af genbrugt CFRP i serier – f.eks. med en luftfartspartner, " slutter Seiler.