Verbundstoffrecycling – keine Ausreden mehr

Im April 2016 verfasste ich eine Kolumne mit dem Titel „Können wir recycelte Kohlefasern sexy machen?“. Es wurde geschrieben, nachdem ich eine Dachverkleidung an einem BMW i8 gesehen hatte auf der North American International Auto Show in Detroit, das aus einer sichtbaren, klar beschichteten Kohlefasermatte hergestellt wurde, die aus Schnitten im Verbundstoffherstellungsprozess von BMW gewonnen und wiederverwendet wurde. Es demonstrierte damals bedeutendes zukunftsweisendes Denken, da alle anderen auf der Messe ausgestellten Beispiele für sichtbare Kohlefasern gewebte Stoffe waren, die unter ihren klaren Oberflächen den klassischen Kohlefaser-„Look“ ergaben.

Seitdem ist viel passiert, da verschiedene Recyclingtechnologien für Verbundwerkstoffe ausgereift sind und mehrere Einsteiger hervorgebracht haben. Das Recycling von Verbundwerkstoffen hat auch Investitionen von Risikokapitalfonds und strategischen Investoren angezogen, wie Hexcel (Stamford, CT, USA), die 2016 eine Beteiligung an Carbon Conversions Inc. (Lake City, SC, USA) einging, und im Dezember 2018 Ankündigung der Mitsubishi Corp. (Tokio, Japan), die eine 25-prozentige Beteiligung an ELG Carbon Fiber Ltd. (Coseley, UK) übernimmt. Am bedeutendsten ist vielleicht die wachsende Liste von Endanwendungen, bei denen recycelte Verbundmaterialien verwendet werden, unter anderem von Kanaldeckeln über Parkbänke bis hin zu Materialien für den 3D-Druck.

Bei CompositesWorld 's Carbon Fiber Conference im Dezember 2018 präsentierten Referenten von ELG, Vartega Inc. (Golden, CO, USA) und dem Composite Recycling Technology Center (CRTC, Port Angeles, WA, USA) die Materialeigenschaften von recycelten Verbundwerkstoffen (die vergleichbar sind, sie B. zu Neuware) sowie bereits erstellte Endanwendungen das könnte zu einer erheblichen Nachfrage führen.

Beim Recycling von Verbundstoffen und Verbundwerkstoffabfällen gibt es zwei Hauptziele:Das erste besteht darin, die Deponierung von Abfällen zu vermeiden, und das zweite, und vielleicht noch wichtigere, besteht darin, Wege zur Rückgewinnung und Wiederverwendung dieser Materialien in nützlichen (und rentablen) Anwendungen zu finden. Doch welche Methoden erreichen welche Ziele und welche sind für verschiedene Rohstoffe sinnvoll? Um einen Dialog darüber zu beginnen, schlage ich eine Methode vor, um die verschiedenen Recyclingtechnologien auf sechs Ebenen zu kategorisieren:

Stufe 0 ist Minimierung der Schrott, der auf Deponien landet, vor allem durch die Verbesserung der Materialausnutzung und die Wiedereinarbeitung von Abfall in andere Produkte innerhalb derselben Verbundstoff-Fertigungsanlage. Dazu gehören abfallarme Verfahren wie das automatisierte Tapelegen (ATL) und das automatisierte Faserplatzieren (AFP) von Trockenfasern und Prepregs sowie das Nachschleifen oder Zerkleinern von Schrottstücken und deren Verwendung in Kombination mit kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Materialien in Mittellagen oder Injektion oder Formpressen. Sie gilt für Duroplaste und Thermoplaste und sollte für alle Hersteller Priorität haben.

Stufe 1 wird umgenutzt von Schrott zur Deponie geleitet. Dazu gehören gemahlene, gehackte und matte Formen von trockenem Faserabfall sowie die Entnahme von ungehärteten Prepregs, die abgelaufen sein können oder nicht den Spezifikationen entsprechen, und sie zu Produkten mit weniger strengen Leistungsanforderungen zu formen. Es gibt zahlreiche Schrottfaserverarbeiter und mehrere Einrichtungen zur Wiederverwendung von Prepreg, wie beispielsweise das CRTC.

Stufe 2 nimmt gehärtete Verbundwerkstoffe sowie Faserabfälle und ungehärtete Prepregs, zerkleinert sie und kombiniert sie mit weiterem Harze, um alles in verschiedenen Platten und Produkten zu verbinden, die Metall, Holz und Beton ersetzen. Das Ausgangsmaterial kann ausgediente Windturbinenblätter, Boote, Flugzeugteile und Automobilkomponenten umfassen und kann Glasfaser-, Kohlefaser- oder Schaumkern sein. Global Fiberglass Solutions Inc. (Bothell, WA, USA) und GreenTex Solutions LLC (Charleston, SC, USA) sind zwei Unternehmen auf dieser Ebene.

In Stufe 3 , Fasern werden aus Zwischenproduktformen wie ungehärteten duroplastischen und thermoplastischen Prepregs zurückgewonnen, wodurch Fasern mit Eigenschaften erhalten werden, die den ursprünglichen Fasern im Wesentlichen äquivalent sind, wenn auch hauptsächlich in diskontinuierlicher „Flaum“- oder Pelletform oder in einem Vliesformat. ELG und Carbon Conversions (beide mit Pyrolyse) und Vartega (mit Solvolyse) bieten Kohlenstofffasern auf diesem Niveau.

Rückgewinnung von Fasern auf Level 4 (ausgehärteter Verbundschrott und Ausschussteile) und Stufe 5 (Altteile) ist der „heilige Gral“ des Verbundstoffrecyclings. Zu den verfügbaren Technologien gehören Hochtemperatur-Pyrolyse (ELG und Kohlenstoffumwandlung), nasschemischer Polymerabbau (Adherent Technologies, Albuquerque, NM, USA) und ein pyrolytisches Verfahren zur dualen Energieerzeugung/Faserrückgewinnung, das von CHZ Technologies (Auburn, AL, USA) entwickelt wurde. Die wirtschaftliche Skalierung dieser Technologien ist für den langfristigen Erfolg unerlässlich.

Angesichts der verfügbaren Optionen müssen Verbundwerkstoffhersteller in Erwägung ziehen, Recyclingunternehmen in dieVerbundwerkstoff-Lieferkette einzubeziehen ebenso wie Faser-, Harz- und Prepreg-Lieferanten. Dabei müssen sie bereit sein, F&E-Mittel zu investieren, um diese sich entwickelnden Technologien zur Reife zu bringen. Im Dezember kündigte Boeing eine Fünfjahresvereinbarung mit ELG an, um seine Verbundabfälle, gehärtet (Stufe 4) und ungehärtet (Stufe 3), von 11 Produktionsstandorten an ELG zur Rückgewinnung von Kohlefasern zu schicken. Es ist ein Anfang, und es ist an der Zeit, dass andere Hersteller nachziehen. Keine Ausreden erlaubt.