RS Sailing stellt nachhaltiges vollelektrisches RIB aus recycelter Carbonfaser vor

RS Sailing (Romsey, UK) ist bekannt für die Produktion erstklassiger Segelboote und behauptet, so viele recycelbare Materialien wie möglich in ihrer Produktion einzusetzen. Vor drei Jahren gründete das Unternehmen die Schwestermarke RS Electric Boats, die sich auf Design und Herstellung von batteriebetriebenen, starren Schlauchbooten (RIB) spezialisiert – leichte Motorboote mit starrem Rumpf und aufgeblasenen, hochdruckluftgefüllten Schläuchen an den Bootsseiten für zusätzlichen Auftrieb. RIBs werden freizeitmäßig genutzt und häufig von Ersthelfern, militärischen Betreibern oder Trainern für Bootsrennen eingesetzt.

Alex Newton-Southon, CEO – Design & Technologien bei RS Sailing, erklärt, dass da Autohersteller bestrebt sind, elektrifizierter zu werden und über nachhaltige Fertigung und Materialien nachdenken, RS Electric Boats dasselbe im Marinemarkt tun will. „Es ist für uns offensichtlich, dass Elektroboote der Weg sind, in den der Markt gehen wird. In Wirklichkeit ist ein konventioneller Außenbordmotor etwa 50-mal umweltbelastender als heutige Autos. Wir wollen unseren Teil zum Schutz des Planeten beitragen“, sagt er.

Den Markt in Richtung nachhaltigerer Antriebe, Materialien und Fertigungsentscheidungen zu drängen, war in den letzten drei Jahren ein Ziel, während RS Electric Boats an der Entwicklung und Kommerzialisierung seines ersten batteriebetriebenen RIB arbeitete. 2019 debütierte RS Electric Boats das Pulse 58 Konzept-RIB auf der Düsseldorfer Internationalen Bootsmesse in Deutschland. Dieser Demonstrator bot mehrere Flachsfaser/Bio-Epoxid-Komponenten, einschließlich Rumpf, Deck und Konsolen.

Seitdem wurden Materialentscheidungen und das Gesamtdesign mindestens dreimal iteriert – „plus eine erhebliche Menge an Feinabstimmung über das ganze Boot“, räumt Newton-Southon ein – was letztendlich im Pulse 63 resultierte, der Anfang 2022 auf den Markt kommen soll.

Die erste, Flachsfaser-Verbundwerkstoff-Iteration: Pulse 58

Die meisten RIBs werden von herkömmlichen kraftstoffbetriebenen Motoren angetrieben, mit wenigen Ausnahmen für kleine (ein- bis zweisitzige) batteriebetriebene Designs. RS Electric Boats behauptet, der Pulse 63, der bis zu acht Personen transportieren soll, sei der erste in der Branche, der vollelektrischen Antrieb für ein Boot dieser Größe nutzt.

Der Rumpf und die Gesamtform des Bootes mussten speziell für den elektrischen Antrieb entworfen werden. „Eines wird sehr deutlich, wenn man anfängt, ein batteriebetriebenes RIB zu designen: Man kann nicht einfach ein elektrisches Antriebssystem auf ein normales Boot setzen. Man muss von Grund auf neu anfangen, weil das Design das Boot super effizient machen muss, und ein Teil davon ist das Gewicht. Es ist sehr wichtig, dass das Boot so stark und steif wie möglich konstruiert wird, nur um es so leicht wie möglich zu machen“, erklärt Newton-Southon.

Die Batteriekonsole ist „die Hauptstruktur für das Ganze“, fügt er hinzu. Der Bootsrumpf ist eine massive monolithische Struktur, mit einem verbundenen Deck, das auch die Batterien beherbergt. Keine Querschotten oder Spanten sind nötig.

Das 5,8 Meter lange Pulse 58 RIB, das RS Electric Boats 2019 auf den Markt brachte, bot einen Rumpf, Deck, Konsole, Batteriekasten und Sitzformteile, die durch Infusion vom lokalen Fertiger Norco (Poole, UK) aus biobasiertem Epoxid, natürlich gewonnener Flachsfaser und recyceltem PET-Kern, wo nötig, hergestellt wurden.

2019 und 2020 wollte RS Electric Boats die Produktion für den Pulse 58 hochfahren und an Kunden verkaufen. Allerdings führten Rückschläge durch die COVID-19-Pandemie sowie Beschaffungsprobleme bei den biobasierten Materialien zu einer kurzen Verzögerung und einigen Designänderungen.

Design-Iterationen und recycelte Carbonfaser: Pulse 63

Im Mai 2021 entschied sich RS Electric Boats für eine Markenauffrischung, angepasst an Designänderungen und Materialentscheidungen zur Vorbereitung der Produktionssteigerung. Die Verbundwerkstoffkomponenten für das umbenannte 6,3 Meter lange Pulse 63 werden von MTAG Composites Ltd. (Coningsby, UK) hergestellt, einem Fertiger, der seit vielen Jahren mit RS Sailing an Werkzeugentwicklung und Bootsbau zusammenarbeitet. Wie vermarktet, kann das Pulse 63 RIB eine Höchstgeschwindigkeit von 23 Knoten erreichen und hat eine maximale Reichweite von 100 Seemeilen. Es kann auch mit einer Vielzahl optionaler Funktionen wie Schlepppfosten, Einpunkthebeanlagen, Verdecke und verschiedenen Sitzkonfigurationen individuell angepasst werden.

Die Verbundwerkstoffkomponenten des Bootes umfassen Rumpf, Deck, Innenboden, Konsolen, Motorkasten und Luken. Die Beschaffung der im Originaldesign verwendeten Flachsfaser und des biobasierten Epoxids erwies sich jedoch als schwieriger als erwartet in den für die Serienproduktion der Boote benötigten Mengen.

„Materialentscheidungen werden sich in den nächsten Jahren sicher ändern, da Naturfasern und biobasierte Harze besser verfügbar werden“, sagt Newton-Southon. Derzeit kombiniert der monolithische Rumpf des Bootes Glas- und Carbonfasergewebe, infundiert mit Vinylester. Um Gewicht zu reduzieren, ist der Rumpf nicht gekernt, sondern stattdessen mit Lagen Carbonfaser verstärkt. Alle anderen Verbundwerkstoffkomponenten des Bootes – Innenboden, Konsolen, Motorkasten und Luken – bestehen aus recycelter Carbonfaser und Vinylester, mit recyceltem PET-Kern (geliefert von 3A Composites Core Materials, Sins, Schweiz) bei Bedarf. „Der Rumpf besteht derzeit nicht aus recycelten Materialien, nur um uns mehr Zeit für Entwicklung und Tests dafür zu geben“, merkt er an.

Beim Harz entschied sich RS Electric Boats für ein traditionelleres Vinylester statt biobasiertem Epoxid aus mehreren Gründen. Einer war die Verfügbarkeit. Laut Newton-Southon sei der Antrieb zur Herstellung wirklich nachhaltiger Harze – in kommerziellen Mengen – langsamer als er es gerne hätte. „Es geht nicht nur um die Preise“, sagt er, „es geht darum, langfristig an Produkte glauben zu können. Was passiert mit diesen Produkten in 10 Jahren? Werden sie halten? Sie sind so neu, dass wir es noch nicht wirklich wissen. Es gibt eine Nachfrage, und wir sind bereit, etwas mehr für nachhaltigere Materialien auszugeben, aber wir müssen der Lebensdauer des Produkts vertrauen können.“

Das biobasierte Epoxid erwies sich auch als schwierig in der Harzinfusion. „Wenn man irgendein Epoxid in einem Infusionsprozess verwendet, kann man keine wiederverwendbaren Silikon-Vakuumbeutel nutzen“, erklärt Newton-Southon. Das Epoxid reagiert mit dem Silikon, und Silikonbeutel, die für 100-150 Zyklen ausgelegt sind, halten vielleicht nur fünf. „Man endet mit einer riesigen Menge Deponieabfall aus dem Fertigungsprozess“, sagt er. Vinylester wurde als beste Option für die Verwendung mit Silikonbeuteln gewählt.

Er fügt hinzu: „Für jetzt, wenn man eine Lebenszyklusanalyse der Materialien macht, finden wir, dass die Reduzierung des Infusionsabfalls auf Deponien ein weit größerer Schritt in die richtige Richtung ist, als zu versuchen, ein etwas nachhaltigeres Harz zu verwenden. Der Prozess ist so nachhaltig mit so wenig Abfall, wie wir ihn machen können.“

Tim King, technischer Vertriebs- und Marketingmanager und Projektleiter bei MTAG Composites, merkt an: „Biobasierte Vinylester kommen auf den Markt, aber sie sind für Produkte dieser Größe noch nicht kommerziell tragfähig. Sie werden nur in relativ kleinen Mengen hergestellt.“

Bei der Faser stammt die recycelte Carbonfaser für die Boote aus wiederverwertetem Ausschuss von MTAG Composites' Arbeit an Carbonfaser-Flugzeugsitzen. „Es ist direkte Rückführung zur Nutzung, verarbeitet durch Drittanbieter Gen 2 Carbon [ehemals ELG Carbon Fibre, Coseley, UK]“, sagt King.

Anstatt die Fasern zu zerkleinern oder in ein Prepreg zu verarbeiten, infundiert MTAG ein trockenes recyceltes Carbonfaser-Vlies direkt. „Das ist besonders schwierig, gegeben die Dichte der recycelten Fasern. Es mag nicht, sich mit Harz zu füllen, aber wir haben einen Prozess gefunden, um es erfolgreich zu machen“, sagt King.

Der Prozess wurde erstmals 2019 am RS Neo Vordeck demonstriert, wo MTAG Composites und RS Sailing traditionelle Glasfaserverstärkung durch recycelte Carbonfaser ersetzten. „Das kommt seit einigen Jahren, aber ich weiß, wir bei MTAG und Gen 2 freuen uns, dieses Produkt und den Prozess vorankommen zu sehen“, sagt King.

Zur ästhetischen Erscheinung der recycelten Faser fügt er hinzu: „Man kann es mit einem Gelcoat abdecken, aber persönlich mag ich die Optik des recycelten Produkts ganz gerne. Es ist schön, das identifizierbare Ausgangsmaterial wiederverwendet zu sehen.“

Letztendlich „bestehen etwa 60 % der Verbundwerkstoffkomponenten des Bootes aus recycelten Materialien, entweder PET-Kern oder Carbonfaser-Ausschuss“, sagt King. Alle Verbundwerkstoffteile werden unter Vakuum infundiert, außer einigen wenigen kleinen Einbauteilen, die von Hand mit trockenen Materialien gelegt werden.

Stapellauf 2022. Etwa 60 % der Komponenten des Pulse 63 bestehen aus recycelten Materialien, laut Fertiger MTAG. Bildnachweis: RS Sailing

Die Werkzeuge für den Pulse 58 dienten als Basis für die neuen Pulse 63-Werkzeuge, die MTAG Composites nach RS Electric's Spezifikationen anpasste. Alle Werkzeuge – insgesamt 22, bestehend aus vier massiven Infusionswerkzeugen, sechs Handlegewerkzeugen und 12 Silikonbeutel-Werkzeugen – sind aus Verbundwerkstoff und wurden intern von Norco oder MTAG hergestellt. Um Designänderungen am Rumpf Rechnung zu tragen, mussten einige Werkzeuge nachbearbeitet werden, und für einige wurden spezielle Einsätze gefertigt, um die Form zurück in die Form zu bringen.

„Wir haben eine sehr aktive interne Formenwerkstatt und einige sehr fähige Leute, die in der Lage waren, die ursprünglichen Prototyp-Werkzeuge zu nehmen und in einigen Fällen ziemlich drastische Änderungen daran vorzunehmen“, erklärt King. Das Team begann im Februar 2021 mit den Werkzeugen, und die finalen Werkzeuge wurden im August geliefert.

Die ersten vier Pulse 63 Boote sollen bis Jahresende produziert werden, bereit zur Ausstellung auf der Düsseldorfer Internationalen Bootsmesse im Januar 2022. Für die Zukunft fügt Newton-Southon hinzu, dass die für den Pulse 63 und zukünftige RS Electric Boats Modelle verwendeten Verbundwerkstoffmaterialien sich wahrscheinlich ändern werden, sobald neue Materialien verfügbar werden und mit der Marktnachfrage. „Wir gehen Schritt für Schritt vor, aber ich glaube, eines, worin wir ziemlich gut geworden sind, ist, der Lieferkette zu helfen zu verstehen, welche Art von Produkten der Markt braucht.“