Fortgeschrittene Leichtbaumaterialien für das moderne Verkehrswesen
Auf den Verkehrssektor entfällt ein Drittel aller europäischen Emissionen. Die Dekarbonisierung dieses Sektors ist daher entscheidend für das Erreichen des langfristigen EU-Ziels(öffnet in neuem Fenster) von Netto-Null-Treibhausgasemissionen bis 2050. Die Elektrifizierung von Fahrzeugen ist bei diesem Vorhaben zwar die treibende Kraft, doch auch andere Faktoren spielen eine wichtige Rolle. So kann beispielsweise die Reduzierung des Fahrzeuggewichts den Energiebedarf erheblich senken, den Kraftstoffverbrauch verbessern und die Reichweite von Elektrofahrzeugen erhöhen.
Neuartige, multifunktionale Biokomposite
Vor diesem Hintergrund hat sich das EU-finanzierte Projekt FOREST(öffnet in neuem Fenster) der Entwicklung neuartiger, multifunktionalen Biokomposite verschrieben. Die Idee bestand darin, dass diese neuartigen Biokomposite, die eine biobasierte Polymermatrix – oder ein Harz – mit recycelten Kohlenstofffasern kombinieren, zur Herstellung leichter Fahrzeugteile verwendet werden könnten. Zu diesem Zweck führte das Projekt Partner aus der Wissenschaft und dem Industriesektor mit einem breiten Spektrum an Fachkenntnissen zusammen. „Hierzu zählten große Rohstoff- und Chemiehersteller“, sagt Fernando Ramos Saz, FOREST-Projektmitglied vom Kunststofftechnologiezentrum AIMPLAS(öffnet in neuem Fenster) in Spanien. „In der ersten Phase ging es darum, verschiedene Harze mit hohem biobasiertem Anteil zu entwickeln.“ Eine wichtige Vorgabe dabei war die Entwicklung dieser neuartigen Harze unter Verwendung von Rohstoffen und Grundstoffen aus der EU. Die entsprechende Einrichtung einer in Europa angesiedelten Herstellung wird dazu beitragen, unsere übermäßige Einfuhrabhängigkeit zu verringern, eine sichere Lieferkette aufzubauen und unseren gesamten CO2-Fußabdruck zu reduzieren.
Recycelte Kohlenstofffaser zur Verstärkung
Im Zuge des Projekts wurden drei neuartige biobasierte Harze entwickelt. In der nächsten Phase sollten mit diesen Produkten unverzichtbare Prototypenteile für den Verkehrssektor hergestellt werden. Zuvor mussten die drei Harze jedoch jeweils mit recycelten Kohlenstofffasern zur Verstärkung kombiniert werden. „Wir wollten diese drei Verbundwerkstoffe zur Herstellung von drei Prototypen verwenden – ein Armaturenbrett für ein Pilotencockpit, Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge und ein Busdach“, erklärt Ramos Saz. Zur Herstellung dieser Prototypen kamen Verfahren ohne Autoklaven (Out-of-Autoclave, OoA) zum Einsatz. OoA-Technologien sind innovative Methoden zur kostengünstigeren und energieeffizienteren Herstellung von hochleistungsfähigen, faserverstärkten Kunststoffteilen als bei der herkömmlichen Autoklavenverarbeitung. Anstelle teurer, unter Druck stehender Industrietanks können hierbei Verfahren für Vakuumhärtung, Formpressen oder Pultrusion zum Einsatz kommen. Auf diese Weise wollte das Projekt eine wirtschaftlich tragfähige Herstellung dieser Teile sicherstellen. Die Prototypenteile wurden nach der Herstellung gründlich auf Aspekte wie ihren mechanischen Widerstand und ihre feuerhemmenden Eigenschaften hin geprüft. „Die Feuerschutzleistung ist natürlich überaus wichtig“, fügt Ramos Saz hinzu. „Es wurden biobasierte flammhemmende Additive eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Teile den höchsten Standards entsprechen. Das war eine Herausforderung, da die Zertifizierungsanforderungen kontinuierlich weiterentwickelt werden.“
Eine in Europa angesiedelte Herstellung biobasierter Grundstoffe erreichen
Diese drei Piloten haben demonstriert, dass die Herstellung der neuartigen Harze – und deren Einsatz in leichten Biokomposit-Bauteilen für den Verkehrssektor – durchführbar ist. „Diese Arbeit hat den Weg für weitere Fokusbereiche geebnet“, bemerkt Ramos Saz. „Dazu zählt der Aufbau einer tragfähigen Produktionsbasis und eines Marktes für biobasierte Grundstoffe hier in Europa. Dies wird im Fokus eines kommenden Projektvorschlags stehen.“ Jedes zukünftige Projekt kann sich auf die Weiterentwicklung der wegweisenden Prototypen von FOREST wie beispielsweise die Batteriegehäuse konzentrieren. Für das Vorhaben werden neue Partner gewonnen. Das Projektteam möchte zudem potenzielle neue Märkte für diese innovativen, leichten biologischen Werkstoffe identifizieren. Die Bahnindustrie sowie weitere potenzielle Anwendungen im Bereich von Luft- und Raumfahrt zählen zu den Einsatzmöglichkeiten. „Unser Ziel ist es, unser Wissen weiterhin auf den gesamten Mobilitätssektor zu transferieren“, sagt Ramos Saz.
