VDI Themenradar Automobil

Ist CFK eine Frage des Recyclings?

Laut der jüngst veröffentlichten Markterhebung von Composites Germany setzt sich das positive Geschäfts- und Investitionsklima auf dem Composites-Markt fort. Als Wachstumstreiber gilt bei den Werkstoffen insbesondere CFK. Er wird seit Jahren aufgrund seiner besonderen Eigenschaften in der Luft- und Raumfahrt und der Windenergie eingesetzt. Auch die Nachfrage des Automobilsektors hat sich in kurzer Zeit verdoppelt.

Bild: VDI ZREDr Martin Vogt_ZRE„Die Frage, ob sich das große Interesse an CFK auch in Zukunft fortsetzen wird oder ob es sich nur um einen zeitlich begrenzten Hype handelt, hängt von einigen offenen Fragen ab, die gelöst werden müssen“, erklärt Dr. Martin Vogt, Geschäftsführer des VDI Zentrums Ressourceneffizienz (VDI ZRE). „Diese betreffen die Bereiche Rohstoff, Fertigungsprozess und Recycling.“

Rohstoffherstellung, Fertigungsverfahren und Recycling als offene Fragen

Bislang wird der Ausgangsstoff für Kohlenstoffasern aus Polyacrylnitril gewonnen, das wiederum aus Erdöl hergestellt wird. Dieser Rohstoff wird sich nach Ansicht von Experten auf längere Sicht bei der Produktion von CFK schwer ersetzen lassen. Hier wird es mit Blick auf die Zukunft wichtig sein, Alternativen aus nachwachsenden Rohstoffen zu erforschen. Verschiedene Forschungsinstitute arbeiten bereits daran, wie beispielsweise das Bremer Faserinstitut und das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP), die es sich zum Ziel gesetzt haben, ligninbasierte Carbonfasern zu entwickeln.

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CFK findet in der Windenenergie- sowie der Automobil- und Luft- und Raumfahrtbranche Anwendung. (Foto: Thomas Ernsting / LAIF)

Die Fertigung von CFK ist bislang sehr aufwändig und energieintensiv, was mit hohen Kosten verbunden ist. Diese Stellschraube ist mitentscheidend, ob CFK in Serienproduktion übergehen oder ein Nischenmaterial bleiben wird. Für viele Unternehmen, die das Material einsetzen und weiterverarbeiten, ist die Kostensenkung und Beschleunigung der CFK-Herstellung das dringendste und relevanteste Thema. Ihr Ziel ist eine Automatisierung des Produktionsprozesses.

Aktuell erscheint die Frage, wie CFK am Ende der Produktnutzungsphase weiterverwertet werden kann, noch nicht akut. Der Werkstoff ist noch neu, die Flug- oder Fahrzeuge bzw. andere Produkte sind zum übergroßen Teil noch in Betrieb. Betrachtet man jedoch, dass CFK aktuell in immer mehr Branchen Einzug hält, ist ein ganzheitliches Recyclingkonzept ein notwendiger nächster Schritt. Ziel muss es sein, die Carbonfasern hochwertig zu recyceln, um sie ohne Qualitätsverlust zurück zu gewinnen und weiterverarbeiten zu können, damit CFK in einen vollständigen Stoffkreislauf überführt werden kann.

Bei der Umfrage des VDI Themenradars Automobil im Januar haben 58,6  Prozent angegeben, dass trotz der dringend zu lösenden Frage des Recyclings nicht auf die Chancen von CFK verzichtet werden sollte. Fast ein Drittel (27,6 Prozent) sieht es anders. Ihrer Meinung nach wird sich CFK erst durchsetzen, wenn Recyclingfrage gelöst ist. Nur 13,8 Prozent sind davon überzeugt, dass  die Recyclingfrage keinen Einfluss auf den Erfolg von CFK hat.

„Trotz der Dringlichkeit, bei CFK die Recyclingfrage zu lösen, sollten allerdings die Chancen, die dieses Material im Leichtbau bietet, genutzt werden“, so Vogt „Dies ist mit mehr als 50 Prozent die Ansicht des Großteils der Befragten. Dieses Ergebnis ist nicht überraschend, wenn man sich vor Augen führt, in wie vielen Branchen – über die Luft- und Raumfahrt und Windenergiebranche hinaus – CFK bereits Einzug gehalten hat. Erst kürzlich wurde beispielsweise in die erste Carbon-Armband-Uhr vorgestellt.“

Vogt ergänzt: „Auf der anderen Seite negiert nur gut ein Zehntel der Umfrageteilnehmer die Bedeutung des Themas Recycling für den Erfolg von CFK. Dies spricht dafür, dass der Einsatz dieses Materials nicht „blind“, sondern vorausschauend erfolgen sollte. Erfreulicherweise stellen Wissenschaftler heute bereits in der Entwicklungsphase eines neuen Werkstoffs die Frage, wie sich z.B. bei Hybridwerkstoffen die einzelnen Komponenten wieder voneinander lösen und weiterverarbeiten bzw. recyceln lassen.“

Materialalternativen: Die Konkurrenz schläft nicht
Sowohl eine kostengünstige, weniger energieaufwändige Herstellung als auch ein ganzheitliches Recycling sind Fragen, an denen derzeit geforscht wird. Mittlerweile hat CFK in vielen Bereichen Konkurrenz von anderen innovativen Leichtbaumaterialien bekommen, die zum einen kostengünstiger und ökologischer hergestellt und zum anderen einfacher recycelt werden können. Beispiele hierfür sind etwa Hanf, Flachs, Baumwolle oder Holz. Darüber hinaus besitzen sie gleiche – oder größere – Gewichtsvorteile als Carbonfasern.

Alternativen sind diese beispielsweise für die Automobilindustrie oder den Lifestyle-Bereich, wo bereits mit diesen Materialien experimentiert wird. In punkto Steifigkeit und Festigkeit können die Naturfasern dem CFK aber nicht das Wasser reichen. Die „Stammbranchen“ – die Luft- und Raumfahrt und die Windenergiebranche – werden weiterhin auf CFK bauen, da hier ein Material benötigt wird, das enormen physischen Belastungen standhält.

Jennifer_RittermeierAutorin: Jennifer Wienand
Position im VDI: Referentin PR/Öffentlichkeitsarbeit bei der VDI Wissensforum GmbH
Aufgabe im VDI: Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

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