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Recycling von Karbonfasern:Neue Faser, alte Faser

Mit Karbon verstärkte Kunststoffe sind weit verbreitet. Forscher arbeiten daran, sie künftig besser recyceln zu können. Vom Gelingen dieses Vorhabens hängt der Erfolg des Werkstoffs ab.

Zugegeben, einen Hightech-Werkstoff verschimmeln zu lassen, klingt seltsam, wenn nicht verwerflich. Doch Forscher der Hohenstein-Institute in Bönnigheim bei Heilbronn haben nur Gutes im Sinn. Sie wollen mit Schimmelpilzen Kunststoffe recyceln, die mit Karbonfaser verstärkt wurden. Diese Materialien gelten als Werkstoff der Zukunft, da sie halb so schwer wie Stahl, aber fester sind. Bisher lassen sich die Kohlenstofffaserverbundstoffe (CFK) aber nur mit viel Aufwand wiederverwenden.

Dabei wird das Material schon lange in Flugzeugen, Tennisschlägern und Edelfahrrädern verbaut, zunehmend aber auch in Elektroautos und Windradflügeln. Branchenexperten sagen dem Stoff steile Wachstumskurven voraus. Doch was aus den Abfällen wird, ist bisher unklar.

Das VDI-Zentrum Ressourceneffizienz in Berlin hat im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums vergangenen Monat eine Bestandsaufnahme zum Thema vorgelegt. Eine befriedigende Lösung der Müllproblematik ist demnach nicht in Sicht. Dabei sei die Recyclingfähigkeit entscheidend für die Ökobilanz des Werkstoffs. Schließlich werde er mit einem deutlich höheren Energieaufwand hergestellt als etwa Stahl oder Aluminium.

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Die Boeing 787 ist zum Teil aus Carbonfaser-Gewebe gebaut. Lässt sich der Stoff eines Tages recyceln?

(Foto: Jasper Juinen/Bloomberg)

Forscher prüfen industrielles Recycling-Verfahren

Die Forscher in Bönnigheim wollen das Problem mit Mikroben lösen. Die Wissenschaftler haben briefmarkengroße Proben aus Fasern und Epoxidharz, dem häufigsten CFK-Kunststoff, in nährstoffhaltige Gelplatten gebettet, auf ihnen wachsen verschiedene Mikroorganismen.

"Wir haben eine Mischung gefunden, die den Epoxidharz praktisch vollständig abbaut und die Kohlenstofffasern wieder freilegt", sagt die Hohenstein-Forscherin Christin Glöckner. Als Nächstes wollen sie und ihre Kollegen prüfen, ob das Verfahren auch im industriellen Maßstab funktioniert.

Das zurzeit am weitesten fortgeschrittene Recyclingverfahren ist die sogenannte Pyrolyse. Sie hat den Sprung in die industrielle Anwendung schon geschafft. In Wischhafen etwa betreibt die Firma CFK Recycling Stade eine Pyrolyseanlage mit einer Kapazität von 1000 Tonnen pro Jahr. Es ist die einzige Anlage in Deutschland, weltweit gibt es nur einige weitere.

Kohlefasern

Das Herzstück der Kohlenstofffaser-Verbundstoffe sind ihre Fasern. Sie bestehen aus purem Kohlenstoff und haben eine grafitähnliche Struktur, wie eine Bleistiftmine. Kohlenstofffasern sind zugfester als Glasfasern und sogar Stahl, sie leiten den elektrischen Strom und Wärme. Die Produktion der festen Fasern braucht allerdings eine Menge Energie. Bei Temperaturen um die 1400 Grad Celsius werden sie aus Polyacrylnitiril-Fasern gewonnen, manchmal auch aus Steinkohlenteer oder Petroleumpech. Dann liegen die erforderlichen Temperaturen über 2200 Grad Celsius. Forscher testen zurzeit mikrowellengestützte Verfahren, um Energie zu sparen. Doch auch der Kunststoff für die Karbonverbundstoffe ist nicht zum Nulltarif zu haben. Der Energiebedarf allein für die Epoxidharzproduktion zum Beispiel ist vergleichbar mit dem von Aluminium.