Kolfiberarmerad plast blir allt viktigare som komponenter i flygplan. Trenden ökar behovet av hållbara återvinningskoncept. På ILA från 25 till 29 april, 2018 i Berlin, Fraunhofer kommer att presentera en teknik som omvandlar återvunna kolfibrer till material för batterier och bränsleceller. Detta sparar kostnader, förbättrar CO2-balansen och öppnar upp för nya sätt att återvinna i flygplansproduktionen.

Moderna bredkroppsflygplan består idag av över 50 procent kolfiberförstärkt plast (CFRP). Materialet är installerat, till exempel, över ett stort område i vingarna eller flygkroppen. Med kolfibrer inbäddade i en plastmatris, kompositen är lättare än tidigare använda material, samtidigt som den är väldigt stabil. Den avgörande fördelen för flyget:på grund av deras lägre vikt, flygplan behöver mindre bränsle. "Tillverkningen och bearbetningen av CFRP är för närvarande mycket tidskrävande. Efterfrågan på hållbara återvinningskoncept ökar därför stadigt, " konstaterar Elisa Seiler, forskare vid Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT i Pfinztal, Tyskland. Mängderna av CFRP-återvinningsmaterial är enorma:för Airbus 350, till exempel, de uppgår till över 65 ton. "Utöver detta finns det andra relevanta skrotmängder som redan uppstår under produktionen, ", tillägger Seiler.

Bipolär platta tillverkad

Fraunhofer ICT har många års erfarenhet av utveckling av teknik för fiberförstärkt plast. På ILA, mässan för innovation inom flyg och rymd, forskarna presenterar ett koncept som kommer att användas för att återvinna material till batterier och bränsleceller ur återvunna kolfibrer. Tillsammans med partners, det har varit möjligt att använda återvunna kolfibrer för att tillverka en prototyp av en bipolär platta – en elektrod – i industriell skala. Resultatet är baserat på forskning från projekten "Graphit 2.0" och "RETRO".

"Elektriska drivningar är nu också ett allvarligt ämne inom flygindustrin. Tillverkare kan direkt utföra värdebevarande återvinning genom att överföra material från en applikation till en annan, " säger Seiler. Kolfibrerna är elektriskt ledande och är lämpliga som ersättning för naturlig grafit, som också består av kol:en resurskritisk råvara för den tyska ekonomin som för närvarande måste importeras från Kina till stora kostnader.

Mat för 3D-utskrift

En annan fördel:återvunnet CFRP kan användas för additiva tillverkningsprocesser som 3D-utskrift. "Detta är också ett trendämne i branschen som gör produktionsprocesser mer effektiva och sparar kostnader, säger Seiler. När allt kommer omkring, Flygplanstillverkare måste också följa EU:s krav som har varit i kraft sedan 2015:upp till 85 procent av medelvikten på ett begagnat fordon måste återvinnas. Dessutom:I Tyskland, deponering av CFRP är förbjuden, och avfallsförbränningsanläggningar kan vägra att ta emot materialet.

Pyrolys med mikrovågsstrålning

CFRP-experterna har utvecklat en speciell process med vilken kolfibrer kan återvinnas från plastmatrisen. Att göra så, de använder mikrovågsstrålning för att bränna plastmatrisen som omger fibrerna. Så att fibrerna inte brinner upp vid temperaturer upp till 900 grader Celsius, förbränningen måste ske utan syre. "I teknisk jargong, detta kallas pyrolytisk nedbrytning, " Seiler förklarar. Fördelen med mikrovågsstrålning:energieffektivitet – en hel ugn behöver inte längre värmas upp, bara själva komponenten. Kollegorna på avdelningen för polymerteknik vid Fraunhofer ICT bäddar in de återvunna fibrerna i termoplastiskt material. Detta kompositmaterial har liknande egenskaper som grafit och är lämpligt för tillverkning av bipolära plattor. "Vår prototyp klarade alla tester för konduktivitet, densitet och korrosionsbeständighet perfekt, " rapporterar Seiler.

"Vi har bevisat att det generellt är möjligt att använda återvunna CFRP-fibrer för att producera bipolära plattor för batterier och bränsleceller. Detta visar att återvinning fungerar i ett holistiskt synsätt. Detta är särskilt intressant för flygindustrin, " säger Seiler i en sammanfattning av forskningsarbetets mervärde. Både det återvunna CFRP-materialet och de bipolära plattorna gjorda av det kan ses på ILA. Nästa steg fram till försommaren är karakteriseringen av de bipolära plattorna i battericellen nätverk och studier om livscykelanalys. "Då, vi vill trimma tekniken så att vi kan tillverka bipolära plattor av återvunnet CFRP i serie – t.ex. med en flygpartner, avslutar Seiler.