Neue Initiative zur Kommerzialisierung der kontinuierlichen Rückgewinnung von Kohlenstofffasern

Das National Composites Centre (NCC) hat den Start einer neuen dreijährigen Initiative zur Industrialisierung der kontinuierlichen Kohlenstofffaserrückgewinnung im Vereinigten Königreich angekündigt.

Ziel des NCC ist die Kommerzialisierung der bereits im Mai erforschten Recyclingverfahren. Die Versuche werden in Zusammenarbeit mit B&M Longworth und Cygnet Texkimp überwacht. Das Projekt beabsichtigt nun, diese Vorgänge zu verfeinern und zu skalieren, um recycelte Endlos-Carbonfasern auf den Markt zu bringen.

Da die erste Phase des Projekts im November 2022 abgeschlossen sein soll, plant das Zentrum, die Materialleistung zu qualifizieren, bevor es in die nächste Phase der Industrialisierung übergeht.

Kontinuierliches Carbonfaser-Recycling erreichen

Durch den Einsatz des DEECOM-Verfahrens, einer Technologie von B&M Longworth, die ursprünglich zur Entfernung von Abfallpolymeren aus Filtern und Produktionsanlagen entwickelt wurde, werden alte Kohlefasermaterialien zur Wiederverwendung zerlegt.

Bei diesem Verfahren dringt überhitzter Dampf unter Kompression in mikroskopische Risse im Polymer des Verbundwerkstoffs ein, wo er dann kondensiert. Beim Dekomprimieren kocht das Material und dehnt sich aus, wodurch es zerbricht und zerbrochene Partikel abtransportiert.

Dieser Druckzyklus wird wiederholt, um das gesamte in der Faser suspendierte Material freizusetzen und die Rückgewinnung der einzelnen Elemente zu ermöglichen. Da das Hauptkomponentenmaterial intakt bleibt, kann jede Materiallänge beibehalten werden.

Durch die Anwendung bei der Herstellung vieler Technologien, darunter Flugzeuge, Elektrofahrzeuge und Wasserstoffspeichertanks, wird die Nachfrage nach Frischfasern bis 2025 voraussichtlich das Angebot übersteigen. Das NCC zielt daher darauf ab, den Druck in der Lieferkette zu verringern und Großbritannien an der Spitze der Verbundwerkstoffe zu positionieren Recycling und unterstützen die Industrie dabei, ihre Netto-Null-Ziele zu erreichen.

Beispielsweise kann die wiedergewonnene Endloskohlefaser Neumaterialien ersetzen, die zur Herstellung von Sportartikeln wie Turnschuhen verwendet werden, deren Herstellung im Durchschnitt etwa 13,6 kg Kohlendioxidemissionen verursacht. Mit seinem neuen Verfahren prognostiziert das NCC jedoch, dass durch die Verwendung wiedergewonnener Kohlenstofffasern die Emissionen bei der Materialherstellung von 29,5 kg CO2e pro kg auf 5 kg CO2e gesenkt werden könnten.

Darüber hinaus hofft das Projekt, dass die Einführung von Second-Life-Materialien in den Lieferketten Unternehmen dabei helfen wird, profitabel zu bleiben, da die Kosten für neue Kohlenstofffasern steigen werden, wenn das Angebot abnimmt, wobei Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsorganisationen Vorrang haben.

Die neuen Prozesse zielen darauf ab, die Herstellung von drei verschiedenen Kohlenstofffaserqualitäten zu beschleunigen; Klasse A, einschließlich Endlosfasern mit bestimmter Länge und Steifigkeit, zur Verwendung in der Energiebranche, in der Automobilproduktion und bei Sportartikeln; Klasse B für Kurzfasern mit bestimmter Länge und Steifigkeit, anwendbar für die Automobil-, Schifffahrts- und Medizinmärkte; und Klasse C zur Kennzeichnung beschädigter Fasern, die in der chemischen Verarbeitung verwendet werden können.

Es wird erwartet, dass diese eine Reihe kommerzieller Anwendungen unterstützen und die Menge an kontinuierlich kohlenstofffaserverstärktem Polymermaterial (CFK), das in Großbritannien auf Deponien landet, in den nächsten vier Jahren um 50 Prozent reduzieren werden.

Derzeit können Methoden zum Recycling von Kohlenstofffasern nur zerkleinerte Segmente verarbeiten und haben nur begrenzte industrielle Anwendungen. Die neuen Endlos-Carbonfaserstreifen, die das NCC industrialisieren will, weisen jedoch eine höhere Materialleistung als traditionell recycelte Materialien auf

Ein sechsstufiger Prozess

Nach einem ersten Sprintprojekt wird das Programm in sechs aufeinanderfolgende Phasen eintreten. In Phase eins wird die Qualität des Ausgangsmaterials des in den Rückgewinnungsprozess eingehenden Materials untersucht, einschließlich der automatischen Faserinspektion und des Verständnisses, wie der Prozess skaliert werden kann.

In Phase zwei wird es dann darum gehen, den Prozess „abstimmbar“ zu machen, um Langfasern mit hoher Geschwindigkeit und für bestimmte Eigenschaften zurückzugewinnen, um dann ein Energiemodell für die Langfaserrückgewinnung zu definieren. Als nächstes wird in Phase drei ermittelt, wie Fasern mit hoher Geschwindigkeit abgewickelt werden können und wie Schäden in den wiedergewonnenen Fasern mit guter Geschwindigkeit identifiziert werden können. In Phase vier geht es darum, die wiedergewonnenen Fasern zu charakterisieren, sie mit Neumaterialien zu vergleichen und ihren Marktpreis zu ermitteln.

Sobald dies abgeschlossen ist, wird in Phase fünf mit der Reformierung der recycelten Fasern begonnen, um sie in ein für die kommerzielle Nutzung geeignetes Format zu bringen. Zum Abschluss des Prozesses wird sich Phase sechs auf die Formulierung einer vertraglichen Lieferung von wiedergewonnenen Fasern an Erstausrüster konzentrieren.

Insgesamt zielen diese Phasen darauf ab, eine Lieferkette zur Rückgewinnung kontinuierlicher Kohlenstofffasern aufzubauen. Was die Partner aus diesem Gesamtprozess herausholen wollen, sind die möglichen Unterschiede, die der Betriebsumfang auf den Prozess haben würde, indem sie beispielsweise die Anforderungen und die Produktivität eines nationalen Recyclingzentrums mit denen eines Faserherstellers mit einer Recyclinganlage vor Ort vergleichen.

Enrique Garcia, Chief Technology Officer des National Composites Centre, sagte: „Großbritannien ist bekanntermaßen weltweit führend bei der Industrialisierung der Kohlenstofffaserherstellung, hatte aber Schwierigkeiten, den Sektor weiterzuentwickeln. Wir haben einen Großteil unseres Fachwissens – und sogar unserer Fertigungsinfrastruktur – exportiert. nach Japan, das anschließend vom enormen Anstieg der US-Verteidigungsausgaben in den 1980er Jahren und später von einem Boom der Verbrauchernachfrage nach hochwertigen Kohlefaserprodukten profitieren konnte.

„Wir haben jetzt die einmalige Gelegenheit, einen neuen Markt voranzutreiben, indem wir die für das Recycling von Kohlenstofffasern erforderlichen Prozesse industrialisieren – wir müssen jetzt unbedingt hart daran arbeiten, diese Fähigkeit im Vereinigten Königreich zu etablieren.“

„Wir möchten diese Zusammenarbeit schnell ausweiten und suchen nach Partnern, die daran interessiert sind, Produktdemonstrationen mit wiedergewonnenen Endlosfasern voranzutreiben, um den CO2-Fußabdruck ihrer Produktion schnell zu reduzieren.“